网络编程基础知识总结——IP，端口，协议

1. 什么是网络编程？

2. 网络编程的三要素

3. IP

3.1 IP地址的概念

3.2 IP地址的分类

3.3 IPv4解析

3.4 Ipv6解析

4. IPv4 的使用细节

5. 特殊IP地址

4. 端口号

5. 协议

5.1 UDP协议

5.2 TCP协议

1. 什么是网络编程？

总的来说就是一句话，在网络通信协议下，不同计算机上运行的程序，进行数据传输。

之前我们编写代码，都是编写单体项目，在自己的电脑上运行，数据在本机前后端互相传输，不需要通过网络传输给别人。而在实际业务开发时，我们都是网络编程，微服务架构下会有多台服务器，服务器与服务器之间要进行数据通信，都是通过网络传输。

再者，我们网上与亲朋好友聊天，打游戏，向别人发送邮件，都是自己的计算机与别人的计算机之间的数据传输，都需要用到我们的网络编程。

2. 网络编程的三要素

大家思考一下，一台电脑像另一台电脑传输数据，需要知道那些参数呢？

OK，我直接来说吧。

（1）IP地址：一个设备向另一个设备发送信息，(因为数据传输不只有电脑，平板，手表，手机也可以进行数据传输，说以这里不说是电脑而说设备)。首先，肯定是要知道另一台设备的IP地址，每台设备的 IP 地址都是独一无二的，世界上有那么多的设备，我们就是通过设备的 IP 地址来确定你要向哪台设备发送数据的；

（2）端口号：既然知道了要发送的电脑是哪一台，我们还需要知道端口号，因为发送数据通常都是一个软件中的数据，每个软件APP在一台电脑上都绑定这一个端口，一个软件只能绑定一个端口，通过电脑的端口我们就可以确定要把数据传输给电脑上的哪个软件；

（3）协议(传输规则)：再进行数据传输的时候，为了确保安全，通常会基于某种规则对数据进行加密，另一台电脑接收到数据之后，要对数据进行解密，这种传输规则称之为协议。常见的协议有UDP，TCP，HTTP，HTTPS，FTP等等；

3. IP

3.1 IP地址的概念

IP 全程 Internet Protocor，也可以说是互联网协议地址，会给每一个可以上网的设备分配一个唯一的地址；

3.2 IP地址的分类

现在常用的 IP 主要分为 IPv4 和 IPv6，Internet Protocor version 4(互联网通信协议第四版) 和 Internet Protocor version 6(互联网通信协议第四版)；

3.3 IPv4解析

IPv4 采用了 32 位地址长度，计算机中每个字节有八个比特位，分为四组，正好四个字节，如下图就是一个随机的值，就可以表示一个 IP 地址。

但是，我们通常不会采用上面的那种方式来表示，因为可读性太差，所以我们采用点分十进制表示法，什么意思呢？

很简单，就是将上面的四组看作是四个二进制的数，然后转化成是十进制，另外有一点需要注意，在转化过程中，不存在负数这一说法，都是正数，转化之后的四个数之间采用 "." 来分开，就形成了我们常见的 "xxx.xxx.xxx.xxx"。如下图

这里我们可以算一下，每个八位二进制数转化为十进制，一共有 2^8 = 256 个十进制数，四组则一共有 256*256*256*256 = 42，9496，7296 就是42亿，也就是说 IPv4 一共最多有42亿多个 IP 地址，在2019年的时候，这42亿个 IP 地址就已经分配完了，不够使用了。

3.4 Ipv6解析

为了解决 IPv4 分配地址不够用的这一情况，后续又推出了 IPv6，它则是采用了 128 位地址长度，分为了8组，如下图

128 位2进制数，那么它可以分配的 IP 地址数量为 2^128，这个数量非常庞大，可以给地球上的每粒沙子都分配一个 IP 地址，完全够用，但是 IPv6 还没有大面积推广开，但在未来一定会被广泛使用。

IPv6 采用的是冒分十六进制表示法，每16个二进制数为一组，一共分为8组，将二进制转化为16进制，转化完毕后每组之间采用 ":" 分开，就形成了下面这个样子

16进制数如果计算出来的结果如果某一组都是0，可以省略三个只写一个0，如果只有两头有数值中间都是零，则可以省略中间的六组，用两个连续的 "::" 来代替，计算机在读取的时候会自动补零。

4. IPv4 的使用细节

上面我们了解到了，IPv4 的地址已经分配完毕了，而 IPv6 还没有大面积普及，那么如果新的设备需要 IP 地址，是如何解决的呢？

这就要说到 IPv4 的地址分类形式了，实际上 IPv4 还可以分为公网IP和局域网IP，192.168.开头的IP都是局域网IP，范围是 192.168.0.0--192.168.255.255，是专门为组织机构内部使用，节省IP地址数量。

我们大家举个例子就很好理解了。假如你现在有手机，平板，手表，电脑四个上网设备，原本来说你这四个设备需要分别占用那42亿个IP地址中的四个，但是现在你的这四个设备共同占用 42 亿个公网IP地址中的一个，然后你的这四个设备再分别占用局域网IP 192.168.0.0--192.168.255.255 中的四个，这样说应该好理解一些。就是不管你有几个设备，你只占用世界上的一个公网IP，然后你的个人设备再去分配局域网的 IP，节省了42亿个公网IP的利用率。

实际生活中可能一栋大楼，一家小型公司，一个商场，或者一家茶馆餐馆只占用一个公网IP，然后顾客在这个范围内的IP实际上是这个公网IP下的局域网IP。这样做极大地提高了公网IP的使用率，所以至今IPv6只是小面积普及，还没有大面积应用开来。