JAVAEE初阶相关内容第十四弹--网络初识

写在前：

这一部分开启网络部分的相关知识，这一弹内容初始网络将主要进行网络相关知识的简单介绍，以及着重介绍协议、协议分层、OSI七层模型、TCP/IP五层模型、封装和分用。

需要认识协议，并知道协议的效果是什么；知道为什么分层，分层的好处？每一层都是干什么的？以及层与层之间是如何进行配合工作的。

1.网络发展史

网络在国外起步比较早，在国内是2000年左右开始起步的。2000年左右，网络开始兴起，越来越多联网游戏出现，这里就有局域网联网、广域网联网。【局域和广域没有一个明确的界限】

2007年，乔布斯发布苹果一代，智能手机登上历史舞台，标志着网络时代，开始往“移动互联网进军”。2008年安卓登场。2011年安卓崛起，2014年左右，移动互联网发展最迅速的一年，资本的风口疯狂涌入这个赛道，掀起全民创业的高潮。

1.1独立模式

计算机之前是相互独立的，每个终端各自持有客户数据。

1.2网络互连

将多台计算机连接在一起，完成数据共享。

数据共享的本质是网络数据传输，即计算机之间通过网络来传输数据，也称网络通信。

1.3局域网LAN

局域网（Local Area NetWork），简称LAN。Local即标识了局域网是本地，局部组建的一种私有网络。

局域网内的主机之间能方便进行通信，又称内网；局域网和局域网之间在没有连接的情况下是不能进行通信的。

1.3.1局域网组建网络的方式：

（1）基于网线直连

（2）基于集线器组建

比较古老的东西，现在比较少见（一根网线岔出来两根）

（3）基于交换机组建

组建局域网，不能跨局域网。【交换机有家用的也有企业用的】

（4）基于交换机和路由器组建

WiFi的本质就是一个无线路由器，路由器的本质上就是把两个局域网给连起来。

现在带有路由功能（三层转发）交换机也是很多很常见的，交换机哥路由器之间的界限越来越模糊。

1.3.2知识拓展--光纤

传输信号的介质。

网络通信信号传递：

电信号（网线）、光信号（光纤-玻璃丝、电磁波）

对于电信号，可以使用低电平表示1，高电平表示0；

对于光信号，可以使用高频光表示1，低频光表示0；

1.4广域网WAN

广域网Wide Area NetWork 简称WAN

通过路由器，将多个局域网连起来，在物理上组成很大范围的网络，就形成广域网，广域网内部的局域网都属于其子网。

2.网络通信基础

网络互联的目的是进行网络通信，也即是网络数据传输，更具体一点，是网络主机之间的不同进程间基于网络传输数据。

2.1IP地址

2.1.1概念

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。简单的说，IP地址用于定位主机的网络地址。类似于我们发快递一样，需要知道对方的收货地址，快递员才能将包裹送到目的地。

2.1.2格式

32位二进制数 “点分十进制”。

2.1.3特殊IP

环回IP：用于本机环回（loop back）测试，通常是127.0.0.1

2.2端口号

标识一个具体的应用程序。

2.2.1概念

端口号可以标识主机中发送数据、接收数据的进程。简单说，端口号用于定位主机中的进程。

2.2.2格式

端口号是0-65535范围的数字，在网络通信中，进程可以通过绑定一个端口号，来发送及接收网络数据。

2.2.3注意事项

两个不同的进程，不能绑定同一个端口号，但是一个进程可以绑定多个端口号。

2.2.4了解内容

一个进程启动之后，系统会随机分配一个端口（启动端口）

程序代码中，进行网络编程时，需要绑定端口号（收发数据的端口）来发送、接收数据。

此时我们提出一个问题：有了IP和端口号后，可以定位到网络中唯一的一个进程，但是存在问题，网络是基于二进制0/1数据来传输，如何告诉对方发送的数据是什么样子的？

网络通信传输的数据类型也是很多种的，同一个数据类型，格式也可能不同，如何识别？

基于网络数据传输，需要使用协议来规定双方的数据格式。

2.3认识协议

2.3.1概念

协议，网络协议的简称，网络协议是网络通信（及网络数据传输）经过所有的网络设备都必须共同遵从的一组约定、规则。如何建立、怎么识别。只有遵循这个约定才能实现计算机之间的相互交流。

协议（protocol）

最终体现为在网络上传输的数据包格式。

2.3.2五元组

（1）源IP

标识源主机。

（2）源端口号

标识源主机中该次通信发送的数据进程。

（3）目的IP

标识目的主机。

（4）目的端口号

标识目的主机中该次通信接收的数据进程。

（5）协议号

标识发送进程和接收进程双方约定的数据格式。

2.3.3协议分层

网络通信是一个比较复杂的事情，需求场景复杂，实现的功能也复杂，如果这个协议复杂，学习成本、使用成本、理解成本、维护成本都非常高。因此，实际采用的做法，都是针对这个复杂的大协议，拆分成若干小的协议。每个协议负责一部分功能。此时就会发现，某些协议之间起到的功能和作用是类似的。就针对这些小的协议继续进行“分类”（分层），这就好比代码拆分为很多类，有些类功能差不多，就可以放到同一个包里。

（1）协议分层的好处

降低了学习和维护的成本（封装）。

灵活的针对这里的某一层协议进行替换。

当前互联网世界，协议分层有两种风格

（2）OSI七层模型

教科书上的，实际上是没有的

物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

（3）TCP/IP五层/或四层模型

五层或四层是针对的包不包含物理层来说的。

是OSI简化的实现方式。

TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括很多协议，组成了TCP/IP协议簇。

TCP/IP通讯协议采用了5层的层级结构，每一层都呼叫他的下一层所提供的网络来完成自己的需求。

TCP/IP五层协议
层级名称	主要负责内容	协议举例	备注
应用层	负责应用程序间沟通	如简单的电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。网络编程主要针对的就是应用层。	应用程序，用户怎样进行使用。	应用程序（程序员自己写的代码）
传输层	负责两台主机之间的数据传输	如传输控制协议（TCP），能够确保数据可靠的从源主机发送到目的主机。	类比于快递公司的送货，在网上买衣服需要填写收货人地址、姓名；卖家与买家均不需要关心快递传输的过程，只关心起点和终点。	操作系统
网络层	负责地址管理和路由选择	例如在IP协议中，通过IP地址来标识一台主机，并通过路由表的方式规划出两台主机之间的数据传输的路线（路由）。路由器（Router）工作在网络层。	路径规划：走那条路划算。例如快递从上海发往北京选择卡车运输，这时就需要考虑具体从哪条路走，这就是网络层的作用。	操作系统
数据链路层	负责设备之间的数据帧的传送和识别	例如网卡设备的驱动、帧同步（就是说从网线上检测到有什么信号算作新帧的开始）、冲突检测（如果检测到冲突就自动重发）、数据差错校验等工作。有以太网、令牌环网、无线LAN等标准。交换机（Switch）工作在数据链路层。	相邻的两个节点之间具体进行怎么传输。例如将一个快递从上海运到哈尔滨。可以分为上海到北京再到哈尔滨。第一段上海到北京选择卡车运输。第二段北京到哈尔滨选择飞机运输。这里运输方式的选择就是数据链路层的作用。	设备驱动程序与网络接口。（驱动程序和硬件设备关联，每个硬件的厂商会提供对应的驱动软件，操作系统内核通过驱动程序来控制硬件）
物理层	负责光/电信号的传递方式	现在的以太网通用的网线（双绞线）、早期以太网采用的同轴电缆（现在主要用于有线电视）、现在的WiFi，无线网使用的电磁波等都属于物理层的概念。物理层的能力决定了最大传输速率，传输距离，抗干扰性。集线器（Hub）工作在物理层。	约定了网络通信中基础的硬件设备是啥，类比于现实生活中的修路。通信使用的网线、网口设备都是相同规格的。