【JavaEE 初阶】⽹络原理 - 初识

一、⽹络发展史

单机期间==》局域网期间==》广域网期间==》移动互联网期间


1.独⽴模式

独⽴模式：盘算机之间相互独⽴

2.⽹络互连

        随着期间的发展，越来越必要盘算机之间相互通讯，共享软件和数据，即以多个盘算机协同⼯作来完成业务，就有了⽹络互连。         ⽹络互连：将多台盘算机毗连在⼀起，完成数据共享。         数据共享本质是⽹络数据传输，即盘算机之间通过⽹络来传输数据，也称为⽹络通讯。         根据⽹络互连的规模差别，可以分别为局域⽹和⼴域⽹。

(1）局域⽹LAN

        局域⽹，即 Local Area Network，简称LAN。         Local 即标识了局域⽹是当地，局部组建的⼀种私有⽹络。         局域⽹内的主机之间能⽅便的进⾏⽹络通讯，⼜称为内⽹；局域⽹和局域⽹之间在没有毗连的环境下，是⽆法通讯的。         局域⽹组建⽹络的⽅式有很多种： 1.基于⽹线直连

2.基于集线器组建

3.基于交换机组建

4.基于交换机和路由器组建

(2）⼴域⽹WAN

        ⼴域⽹，即 Wide Area Network，简称WAN。         通过路由器，将多个局域⽹毗连起来，在物理上构成很⼤范围的⽹络，就形成了⼴域⽹。⼴域⽹内部的局域⽹都属于其⼦⽹。

        假如有北、中、南平分公司，甚⾄外洋分公司，把这些分公司以专线⽅式毗连起来，即称为“⼴域⽹”。         假如属于环球化的公共型⼴域⽹，则称为互联⽹（⼜称公⽹，外⽹），属于⼴域⽹的⼀个⼦集。         偶尔在不严酷的环境下说的⼴域⽹，着实是指互联⽹。         所谓 "局域⽹" 和 "⼴域⽹" 只是⼀个相对的概念。⽐如，我们有 "天朝特⾊" 的⼴域⽹，也可以看做⼀个⽐较⼤的局域⽹。

3.⽹络通讯底子

        ⽹络互连的⽬的是进⾏⽹络通讯，也便是⽹络数据传输，更具体⼀点，是⽹络主机中的差别历程间，基于⽹络传输数据。         那么，在组建的⽹络中，怎样判定到底是从哪台主机，将数据传输到那台主机呢？这就必要使⽤IP地点来标识。

4.IP地点

（1）概念

        IP地点重要⽤于标识⽹络主机、其他⽹络装备（如路由器）的⽹络地点。简单说，IP地点⽤于定位主机的⽹络地点。         就像我们发送快递⼀样，必要知道对⽅的收货地点，快递员才华将包裹送到⽬的地。 （2）格式

        IP地点是⼀个32位的⼆进制数，通常被分割为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 的情势（a,b,c,d都是0~255之间的⼗进制整数）。         如：100.4.5.6。

5.端⼝号

（1）概念

        在⽹络通讯中，IP地点⽤于标识主机⽹络地点，端⼝号可以标识主机中发送数据、吸取数据的历程。         简单说：端⼝号⽤于定位主机中的历程。         雷同发送快递时，不但必要指定收货地点（IP地点），还必要指定收货⼈（端⼝号）。 （2）格式

        端⼝号是0~65535范围的数字，在⽹络通讯中，历程可以通过绑定⼀个端⼝号，来发送及吸取⽹络数据。 Q:有了IP地点和端⼝号，可以定位到⽹络中唯⼀的⼀个历程，但还存在⼀个标题，⽹络通讯是基于⼆进制0/1数据来传输，怎样告诉对⽅发送的数据是什么样的呢？ A:⽹络通讯传输的数据范例大概有多种：图⽚，视频，⽂本等。    同⼀个范例的数据，格式大概也差别，如发送⼀个⽂本字符串“你好！”：怎样标识发送的数据是⽂本范例，及⽂本的编码格式呢？    基于⽹络数据传输，必要使⽤协议来规定双⽅的数据格式。



二、熟悉协议

1.概念

        协议，⽹络协议的简称，⽹络协议是⽹络通讯（即⽹络数据传输）颠末的全部⽹络装备都必须共同服从的⼀组约定、规则。如怎么样建⽴毗连、怎么样相互辨认等。只有服从这个约定，盘算机之间才华相互通讯交换。         协议（protocol）终极体现为在⽹络上传输的数据包的格式。



2.作⽤

为什么必要协议？         就好⽐⻅⽹友，相互协商胸⼝插⽀玫瑰花⻅⾯，这就是⼀种提前的约定，也可以称之为协议。

        盘算机之间的传输媒介是光信号和电信号。通过 "频率" 和 "强弱" 来表⽰ 0 和 1 如许的信息。要想转达各种差别的信息，就必要约定好双⽅的数据格式。

• 盘算机⽣产⼚商有很多；
  
• 盘算机利用体系，也有很多；
  
• 盘算机⽹络硬件装备，照旧有很多；
  

怎样让这些差别⼚商之间⽣产的盘算性可以或许相互顺畅的通讯? 就必要有⼈站出来，约定⼀个共同的尺度，⼤家都来服从，这就是 ⽹络协议；

3.五元组

在TCP/IP协议中，⽤五元组来标识⼀个⽹络通讯：

• 源IP：标识源主机
  
• 源端⼝号：标识源主机中该次通讯发送数据的历程
  
•  ⽬的IP：标识⽬的主机
  
• ⽬的端⼝号：标识⽬的主机中该次通讯吸取数据的历程
  
• 协议号：标识发送历程和吸取历程双⽅约定的数据格式
  

五元组在⽹络通讯中的作⽤，雷同于发送快递：

可以在cmd中，输⼊ netstat -ano 检察⽹络数据传输中的五元组信息：

假如必要过滤（⼀般是通过端⼝号或历程PID过滤），可以使⽤ netstat -ano | findstr 过滤字符串

4.协议分层

对于⽹络协议来说，每每分成⼏个条理进⾏界说。 (1)什么是协议分层

协议分层雷同于打电话时，界说差别的条理的协议：

        在这个例⼦中，我们的协议只有两层；但是现实的⽹络通讯会更加复杂，必要分更多的条理。 (2)分层的作⽤

为什么必要⽹络协议的分层？
        分层最⼤的长处，雷同于⾯向接⼝编程：界说好两层间的接⼝规范，让双⽅依照这个规范来对接。         在代码中，雷同于界说好⼀个接⼝，⼀⽅为接⼝的实现类（提供⽅，提供服务），⼀⽅为接⼝的使⽤类（使⽤⽅，使⽤服务）：

• 对于使⽤⽅来说，并不关⼼提供⽅是怎样实现的，只必要使⽤接⼝即可
  
• 对于提供⽅来说，利⽤封装的特性，匿伏了实现的细节，只必要开放接⼝即可。
  

如许能更好的扩展和维护，如下图：

• 只有相邻两层协议之间可以举行交互
  
• 上层协议可以调用下层协议,且不必要相识下层协议的细节（便于封装）
  
• 下层协议可以给上层提供服务
  
• 分层之后，机动的更换此中的某一层,对于团体的工作过程影响很小（便于解耦） 
  

(协议之间的交互,不能跨层举行) 5.OSI七层模子

OSI：即Open System Interconnection，开放体系互连

• OSI 七层⽹络模子是⼀个逻辑上的界说和规范：把⽹络从逻辑上分为了7层。
  
• OSI 七层模子是⼀种框架性的计划⽅法，其最重要的功能使就是资助差别范例的主机实现数据传输；
  

OSI 七层模子分别为以下七层：

        OSI 七层模子既复杂⼜不实⽤：以是 OSI 七层模子没有落地、实现。         现实组建⽹络时，只是以 OSI 七层模子计划中的部分分层，也便是以下 TCP/IP 五层（或四层）模子来实现。 6.TCP/IP五层（或四层）模子

TCP/IP是⼀组协议的代名词，它还包罗很多协议，构成了TCP/IP协议簇。 TCP/IP通讯协议采⽤了5层的层级布局，每⼀层都召唤它的下⼀层所提供的⽹络来完成⾃⼰的需求。

• 应⽤层：负责应⽤步伐间沟通，如简单电⼦邮件传输（SMTP）、⽂件传输协议（FTP）、⽹络远程访问协议（Telnet）等。我们的⽹络编程重要就是针对应⽤层。
  
• 传输层：负责恣意两台主机之间的数据传输（不思量中心过程）。如传输控制协议 (TCP)，可以或许确保数据可靠的从源主机发送到⽬标主机。
  
• ⽹络层：负责地点管理和路由选择。比方在IP协议中，通过IP地点来标识⼀台主机，并通过路由表的⽅式规划出恣意两台主机之间的数据传输的线路（路由）。路由器（Router）⼯作在⽹路层。
  
• 数据链路层：负责相邻装备之间的数据帧的传送和辨认。比方⽹卡装备的驱动、帧同步(就是说从⽹线上检测到什么信号算作新帧的开始)、辩说检测(假如检测到辩说就⾃动重发)、数据不对校验等⼯作。有以太⽹、令牌环⽹，⽆线LAN等尺度。交换机（Switch）⼯作在数据链路层。
  
• 物理层：负责光/电信号的转达⽅式(硬件办法符合的要求）。⽐如现在以太⽹通⽤的⽹线(双绞线)、早期以太⽹采⽤的的同轴电缆(现在重要⽤于有线电视)、光纤，现在的wifi⽆线⽹使⽤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、传输隔断、抗⼲扰性等。集线器（Hub）⼯作在物理层。
  

物理层我们思量的⽐较少。因此很多时间也可以称为 TCP/IP四层模子。 ⽹络装备地点分层

• 对于⼀台主机，它的利用体系内核实现了从应用层到物理层的内容（通过应用步伐满意网络通讯的内容）
  
• 对于⼀台路由器，它实现了从⽹络层到物理层（组建局域网，举行网络数据包的转发）
  
• 对于⼀台交换机，它实现了从数据链路层到物理层（对路由器的接口举行拓展，不必要思量组网的标题）
  
• 对于集线器，它只实现了物理层；
  

        注意我们这⾥说的是传统意义上的交换机和路由器，也称为⼆层交换机（⼯作在TCP/IP五层模子的下两层）、三层路由器（⼯作在TCP/IP五层模子的下三层）。         随着现在⽹络装备技能的不绝发展，也出现了很多3层或4层交换机，4层路由器。我们以下说的⽹络装备都是传统意义上的交换机和路由器。 7.⽹络分层对应

⽹络数据传输时，颠末差别的⽹络节点（主机、路由器）时，⽹络分层必要对应。 以下为同⼀个⽹段内的两台主机进⾏⽂件传输：

        以下为跨⽹段的主机的⽂件传输：数据从⼀台盘算机到另⼀台盘算机传输过程中要颠末⼀个或多个路由器

8.封装和分⽤

• 差别的协议层对数据包有差别的称呼，在传输层叫做段(segment)，在⽹络层叫做数据报(datagram)，在链路层叫做帧(frame)。
  
• 应⽤层数据通过协议栈发到⽹络上时，每层协议都要加上⼀个数据⾸部(header)，称为封装(Encapsulation)。
  
• ⾸部信息中包罗了⼀些雷同于⾸部有多⻓，载荷(payload)有多⻓，上层协议是什么等信息。
  
• 数据封装成帧后发到传输介质上，到达⽬的主机后每层协议再剥掉相应的⾸部，根据⾸部中的 "上层协议字段" 将数据交给对应的上层协议处置惩罚。
  

下图为数据封装的过程

下图为数据分⽤的过程

9.网络数据通讯的根本流程 

1.应用步伐 获取到用户输入, 构造一个应用层的数据包
这个应用层数据包 就会服从 应用层协议.===>每每是开发这个步伐的步伐员自己界说的
    每每是"布局化数据” 
本质上就是"字符串拼接"

• 发送数据的时间,把布局化数据 =>字符串/二进制比特流（序列化）
  
• 继承数据的时间,字符串/二进制比特流 =>布局化数据（反序列化）
  

网络传输的数据,本质上都是"字符串"大概"二进制的 bit 流"
 2.应用步伐调用 传输层 提供的接口(API),把数据交给传输层.
传输层拿到数据之后,构造出"传输层数据包"
传输层的协议，重要是两个TCP/UDP

TCP 数据包 = TCP 报头(header) + TCP 载荷(payload ）

报头包罗：源端口/目的端口

3.传输层构造好数据之后,继承调用网络层的 api, 把传输层的数据包交给网络层.
网络层继承举行处置惩罚
网络层最重要的协议，IP 协议.
IP 协议继承对上述数据包举行加工 =>拼上 IP 报头 

 IP 数据包 = IP 报头 + IP 载荷 (整个传输层的数据包)

报头包罗：源IP/目的IP

4.IP 协议继承调用 数据链路层的 api,把 IP 数据包交给数据链路层
数据链路层中,焦点协议，"以太网"
以太网这个协议,也会在网络层数据包的底子上进一步加工 
 

以太网数据帧 = 帧头 + 载荷 + 帧尾 

5.以太网继承如许的数据交给硬件装备(网卡)
网卡会把上述二进制数据,终极以 光信号/电信号/电磁波信号 传播出去了，数据终于出门了

• 从上层到下层,数据都要进一步加工(添加报头)
  
• 封装 (和面向对象的封装,不是一个封装)
  

分用,数据到达吸取方主机,逐层举行分析 
1.数据到达吸取方的网卡. 网卡把光电信号还原成二进制 0101 
把二进制数据交给上层数据链路层
物理层数据信号是咋来的,和数据链路层是直接相干的
网线/光纤来的数据,数据链路层 =>以太网
wifi 来的数据,数据链路层 =>802.11 协议
2 数据链路层按照以太网协议举行分析
把报头和报尾取出来,剩下的载荷,往上转达给网络层

以太网的帧头中就有专门的属性,形貌了网络层利用哪个协议.
3.网络层拿到这个数据之后,按照 IP 协议的格式分析，再把载荷数据交给传输层

 IP 报头中也有专门的属性,形貌了传输层利用哪个协议
4.传输层拿到数据之后,也是雷同,按照 TCP 协议来分析,取出载荷, 交给应用层

传输层报头中, 通过目的端标语,告知我们数据交给哪个应用步伐
5.应用步伐, 分析应用层数据,拿到关键信息,展示到界面上,给出提示 

差别的应用步伐,自然利用差别的应用层协议来分析 

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传输的中心过程中,也是涉及到封装分用的.

交换机是工作在数据链路层
(二层转发)

交换机,只必要封装分用到 数据链路层即可
主机的数据 =>交换机. 交换机收到之后,物理层分析,数据链路层分析 (没有网络层了),重新构造出新的以太网数据帧,发给下一个装备
数据链路层中,得到的以太网数据帧的帧头,信息就足以支持交换机举行下一步工作

路由器是工作在网络层
(三层转发)

主机的数据 =>路由器,路由器收到之后,物理层,数据链路层,网络层分析 (没有传输层),重新构造出新的网络数据包,构造出以太网数据帧, 构造出二进制数据, 举行转发

是否有装备工作在传输层？
如许的装备也有，好比：防火墙，网关 封装分用到传输层

也有装备,只工作在物理层的
集线器、网线延伸线
            

           

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