JAVA——网络编程基本概念

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目录

一. IP地址和端口号 

1. IP地址

2. 端口号

二.协议

1. 为什么要引入协议

2. 协议的基本概念 

3. 一些协议的默认端口

 三.协议分层

OSI七层模型

TCP/IP五层模型（重点）

封装和分用

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一. IP地址和端口号 

1. IP地址

1. IP地址主要用于标识网络主机、其他网络设备（如路由器）的网络地址。简单说，IP地址用于定位主机的网络地址，就好比我们每个人的身份证号一样，一个身份证号有且只能对应一个人
2. IP地址由一个32位的二进制数表示，它被分割为4个“8位二进制数”（也就是4个字节），如：01100100.00000100.00000101.00000110。
   通常用“点分十进制”的方式来表示，即 a.b.c.d 的形式（a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数）。如：
   100.4.5.6
3. 一般情况下，我们都希望网路上每个主机的IP地址都不一样，但实际上由于IP地址不太够用（最多只能取42亿9千万），所以还是有多个主机共用一个IP地址的情况

注意：
127.？的IP地址用于本机环回(loop back)测试，通常是127.0.0.1
本机环回主要用于本机到本机的网络通信（系统内部为了性能，不会走网络的方式传输），对于开发网络通信的程序（即网络编程）而言，常见的开发方式都是本机到本机的网络通信

IP地址解决了网络通信时定位网络主机的问题，但是还存在一个问题，传输到目的主机后，由哪个进程来接收这个数据呢？这就需要端口号来标识

2. 端口号

1. 用于区分一台主机上的应用程序，相当于应用程序的一个标识，端口号是一个整数（2个字节，取值范围为0-65535）。
2. 例如：MySQL的默认端口号为3306
3. 当一台主机收到一个具体的数据的时候，要把这个数据交给哪个程序来处理往往是通过端口号来进行区分的；每个访问网络的程序，都需要有一个不同的端口号，即一台主机上，不能用两个进程尝试关联（绑定）同一个端口号

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二.协议

1. 为什么要引入协议

有了IP地址和端口号，这样可以定位到网络中唯一的一个进程，但还存在一个问题，网络通信是基于二进制0/1数据来传输，那么我们如何告诉对方发送的数据是什么样的呢？
网络通信传输的数据类型可能有多种：图片，视频，文本等。同一个类型的数据，格式可能也不同，如发送一个文本字符串“你好！”：如何标识发送的数据是文本类型，及文本的编码格式呢？
为了使数据在网络上从源到达目的，网络通信的参与方必须遵循相同的规则，这套规则称为协议（protocol），它最终体现为在网络上传输的数据包的格式

2. 协议的基本概念 

协议就例如：接头行动，两个人必须规定一个暗号，才能对上，这就是一种协议
计算机中的协议就是规定网络通信中的设备如何连接，如何互相识别的一套规则。

协议有三要素：

• 语法：规定数据与控制信息格式。例如两个人打电话规定用中国话
• 语义：规定当一端发出了控制信息，另一端该如何响应，做出什么动作。比如跑步，发令枪一响运动员就跑起来了
• 时序：即事件实现顺序的详细说明。规定了何时通信，先干什么，后干什么。

协议（protocol）最终体现为在网络上传输的数据包的格式

3. 一些协议的默认端口

系统端口号范围为 0 ~ 65535，其中：0 ~ 1023 为知名端口号，这些端口预留给服务端程序绑定广泛使用的应用层协议，如：

1. 22端口：预留给SSH服务器绑定SSH协议
2. 21端口：预留给FTP服务器绑定FTP协议
3. 23端口：预留给Telnet服务器绑定Telnet协议
4. 80端口：预留给HTTP服务器绑定HTTP协议
5. 443端口：预留给HTTPS服务器绑定HTTPS协议

 以上只是说明 0 ~ 1023 范围的知名端口号用于绑定知名协议，但某个服务器也可以使用其他 1024 ~65535 范围内的端口来绑定知名协议

一个协议如果要解决网络通信的全部问题，那么一个协议是十分复杂的，于是有了协议分层

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 三.协议分层

协议分层就如同我们写代码时，一个类太复杂了，我们就把他拆分成多个类，一个类实现一个功能。
类似，有些协议解决的问题都差不多，于是依据他解决问题的类型，把他们分成了多层协议。

常见协议分分层模型：

OSI七层模型

由于OSI七层模型过于复杂，且不实用，所以并没有实现

TCP/IP五层模型（重点）

TCP/IP模型根据OSI七层模型进行了精简，如图

理解每层协议的功能：

• 应用层：负责数据传输到之后，该怎么使用
• 传输层：负责两点之间数据传输，只管发出者和接收者，不管传输路径。可类比卖家发货只管发货地和收货地
• 网络层：负责两个点之间的路径规划。可类比卖家把东西给物流公司后，物流公司负责规划路径，例如北京到深圳，可以是这个路径：北京——杭州——苏州——深圳，也可以是这个路径：北京——广东——上海——深圳。
• 数据链路层：负责两个节点之间如何传输。可类比物流公司规划完路径之后，两个节点之间如何运输，北京到广东该用货车运还是飞机运。
• 物理层：网络通信基础设施。就是我们平常可见的信号塔，也可类比送快递的公路，没有公路快递也没法送

协议在此拆分过后，有许多好处：

1. 下层协议使用上层协议不需要知道他实现细节，只管用
2. 每一层协议可以替换成其他协议，其他层次的协议是不会感受到的，这也是协议更加灵活了

网络设备所在分层：

• 路由器：网络层
• 交换机：数据链路层
• 集线器：物理层

封装和分用

封装就是在每层进行处理成一个数据报，然后递给下一层，在处理完后，交给物理层传输出去。

过程：在应用层会产生一个数据包，然后将数据包递给传输层，传输层拿到数据包和自己的数据整合好产生一个数据报再给网络层，以此类推，直到数据链路层整合好所有数据后，会构成一个以太网数据帧，将这个数据给物理层，物理层会将二进制信息转化为光信号/电信号传递出去。

同理，分用就是封装的逆过程，将数据层层拆分，最后拿到应用程序数据