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?當(dāng)前專欄：Java EE初階??

一. 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史

獨(dú)立模式：計(jì)算機(jī)之間相互獨(dú)立

網(wǎng)絡(luò)互連：

隨著時(shí)代的發(fā)展，越來越需要計(jì)算機(jī)之間互相通信，共享軟件和數(shù)據(jù)，即以多個(gè)計(jì)算機(jī)協(xié)同工作來完成業(yè)務(wù)，就有了網(wǎng)絡(luò)互連。
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網(wǎng)絡(luò)互連：將多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接在一起，完成數(shù)據(jù)共享。
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數(shù)據(jù)共享本質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，即計(jì)算機(jī)之間通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)，也稱為網(wǎng)絡(luò)通信。
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根據(jù)網(wǎng)絡(luò)互連的規(guī)模不同，可以劃分為局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。

局域網(wǎng)LAN：

局域網(wǎng)，即 Local Area Network，簡稱LAN。
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Local 即標(biāo)識(shí)了局域網(wǎng)是本地，局部組建的一種私有網(wǎng)絡(luò)。
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局域網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)之間能方便的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，又稱為內(nèi)網(wǎng)；局域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間在沒有連接的情況下，是無法通信的。

局域網(wǎng)組建網(wǎng)絡(luò)的方式有很多種：

1. 基于網(wǎng)線直連

2. 基于交換機(jī)組建

3. 基于交換機(jī)和路由器組建

• 交換機(jī)：把多個(gè)機(jī)器連接到一個(gè)局域網(wǎng)中
• 路由器：連接多個(gè)局域網(wǎng)

4. 其實(shí)還有集線器，但是集線器比較特殊，它的功能非常有限，所以現(xiàn)在組網(wǎng)的時(shí)候很少看到了。

在交換機(jī)和路由器反復(fù)連接之下，就可以把很多很多的設(shè)備都連接在一起，使他們可以直接通信。當(dāng)機(jī)器足夠多的時(shí)候，就可以成為 " 廣域網(wǎng) "。廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間沒有明確的界限。

廣域網(wǎng)WAN

廣域網(wǎng)，即 Wide Area Network，簡稱WAN。

通過路由器，將多個(gè)局域網(wǎng)連接起來，在物理上組成很大范圍的網(wǎng)絡(luò)，就形成了廣域網(wǎng)。廣域網(wǎng)內(nèi)部的局域網(wǎng)都屬于其子網(wǎng)。

二. 網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)

網(wǎng)絡(luò)互連的目的是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，也即是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，更具體一點(diǎn)，是網(wǎng)絡(luò)主機(jī)中的不同進(jìn)程間，基于網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。

那么，在組建的網(wǎng)絡(luò)中，如何判斷到底是從哪臺(tái)主機(jī)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥桥_(tái)主機(jī)呢？這就需要使用IP地址來標(biāo)識(shí)。

1. IP地址

IP地址主要用于標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)主機(jī)、其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如路由器）的網(wǎng)絡(luò)地址。簡單說，IP地址用于定位主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址。

就像我們發(fā)送快遞一樣，需要知道對(duì)方的收貨地址，快遞員才能將包裹送到目的地。

格式：

IP地址是一個(gè)32位的二進(jìn)制數(shù)，通常被分割為4個(gè)“8位二進(jìn)制數(shù)”（也就是4個(gè)字節(jié)），如：
01100100.00000100.00000101.00000110。

通常用“點(diǎn)分十進(jìn)制”的方式來表示，即 a.b.c.d 的形式（a,b,c,d都是0~255之間的十進(jìn)制整數(shù)）。如：100.4.5.6。

特殊IP：

127.*的IP地址用于本機(jī)環(huán)回(loop back)測(cè)試，通常是127.0.0.1
本機(jī)環(huán)回主要用于本機(jī)到本機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信（系統(tǒng)內(nèi)部為了性能，不會(huì)走網(wǎng)絡(luò)的方式傳輸），對(duì)于
開發(fā)網(wǎng)絡(luò)通信的程序（即網(wǎng)絡(luò)編程）而言，常見的開發(fā)方式都是本機(jī)到本機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信。

IP地址解決了網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，定位網(wǎng)絡(luò)主機(jī)的問題，但是還存在一個(gè)問題，傳輸?shù)侥康闹鳈C(jī)后，由哪個(gè)進(jìn)程來接收這個(gè)數(shù)據(jù)呢？這就需要端口號(hào)來標(biāo)識(shí)。

2. 端口號(hào)

概念：

在網(wǎng)絡(luò)通信中，IP地址用于標(biāo)識(shí)主機(jī)網(wǎng)絡(luò)地址，端口號(hào)可以標(biāo)識(shí)主機(jī)中發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)的進(jìn)程。簡單說：端口號(hào)用于定位主機(jī)中的進(jìn)程。

類似發(fā)送快遞時(shí)，不光需要指定收貨地址（IP地址），還需要指定收貨人（端口號(hào)）

格式：

端口號(hào)是0~65535范圍的數(shù)字，在網(wǎng)絡(luò)通信中，進(jìn)程可以通過綁定一個(gè)端口號(hào)，來發(fā)送及接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

注意事項(xiàng)：

兩個(gè)不同的進(jìn)程，不能綁定同一個(gè)端口號(hào)，但一個(gè)進(jìn)程可以綁定多個(gè)端口號(hào)。

問題：

有了IP地址和端口號(hào)，可以定位到網(wǎng)絡(luò)中唯一的一個(gè)進(jìn)程，但還存在一個(gè)問題，網(wǎng)絡(luò)通信是基于二進(jìn)制0/1數(shù)據(jù)來傳輸，如何告訴對(duì)方發(fā)送的數(shù)據(jù)是什么樣的呢？
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網(wǎng)絡(luò)通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型可能有多種：圖片，視頻，文本等。同一個(gè)類型的數(shù)據(jù)，格式可能也不同，如
發(fā)送一個(gè)文本字符串“你好！”：如何標(biāo)識(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)是文本類型，及文本的編碼格式呢？
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基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，需要使用協(xié)議來規(guī)定雙方的數(shù)據(jù)格式。

3. 認(rèn)識(shí)協(xié)議（核心概念）

協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的簡稱，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)通信（即網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸）經(jīng)過的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都必須共同遵從的一組約定、規(guī)則。如怎么樣建立連接、怎么樣互相識(shí)別等。只有遵守這個(gè)約定，計(jì)算機(jī)之間才能相互通信交流。

由三要素組成：

1. 語法：即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式；

類似打電話時(shí)，雙方要使用同樣的語言：普通話

2. 語義：即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng)；

語義主要用來說明通信雙方應(yīng)當(dāng)怎么做。用于協(xié)調(diào)與差錯(cuò)處理的控制信息。
類似打電話時(shí)，說話的內(nèi)容。一方道：你瞅啥？另一方就得有對(duì)應(yīng)的響應(yīng)：瞅你咋的！

3. 時(shí)序，即事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。

時(shí)序定義了何時(shí)進(jìn)行通信，先講什么，后講什么，講話的速度等。比如是采用同步傳輸還是
異步傳輸。
女生和男生的通話，總是由男生主動(dòng)發(fā)起通話，而總是在男生戀戀不舍的時(shí)候，由女生要求
結(jié)束通話。

協(xié)議（protocol）最終體現(xiàn)為在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的格式。

為什么需要協(xié)議？

好比相親，彼此協(xié)商胸口插支玫瑰花見面，這就是一種提前的約定，也可以稱之為協(xié)議。

計(jì)算機(jī)之間的傳輸媒介是光信號(hào)和電信號(hào)。通過 “頻率” 和 “強(qiáng)弱” 來表示 0 和 1 這樣的信息。要想傳遞各種不同的信息，就需要約定好雙方的數(shù)據(jù)格式。

• 計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠商有很多；
• 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，也有很多；
• 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備，還是有很多；

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如何讓這些不同廠商之間生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)能夠相互順暢的通信? 就需要有人站出來，約定一個(gè)
共同的標(biāo)準(zhǔn)，大家都來遵守，這就是 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；

知名協(xié)議的默認(rèn)端口

系統(tǒng)端口號(hào)范圍為 0 ~ 65535，其中：0 ~ 1023 為知名端口號(hào)，這些端口預(yù)留給服務(wù)端程序綁定廣泛使用的應(yīng)用層協(xié)議，如：

• 22端口：預(yù)留給SSH服務(wù)器綁定SSH協(xié)議
• 21端口：預(yù)留給FTP服務(wù)器綁定FTP協(xié)議
• 23端口：預(yù)留給Telnet服務(wù)器綁定Telnet協(xié)議
• 80端口：預(yù)留給HTTP服務(wù)器綁定HTTP協(xié)議
• 443端口：預(yù)留給HTTPS服務(wù)器綁定HTTPS協(xié)議

需要補(bǔ)充的是：

以上只是說明 0 ~ 1023 范圍的知名端口號(hào)用于綁定知名協(xié)議，但某個(gè)服務(wù)器也可以使用其他 1024 ~ 65535 范圍內(nèi)的端口來綁定知名協(xié)議。

餐廳的VIP包房是給會(huì)員使用，但會(huì)員也可以不坐包房，坐其他普通座位。

4. 五元組

在TCP/IP協(xié)議中，用五元組來標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信：

1. 源IP：標(biāo)識(shí)源主機(jī)
2. 源端口號(hào)：標(biāo)識(shí)源主機(jī)中該次通信發(fā)送數(shù)據(jù)的進(jìn)程
3. 目的IP：標(biāo)識(shí)目的主機(jī)
4. 目的端口號(hào)：標(biāo)識(shí)目的主機(jī)中該次通信接收數(shù)據(jù)的進(jìn)程
5. 協(xié)議號(hào)：標(biāo)識(shí)發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程雙方約定的數(shù)據(jù)格式

用發(fā)送快遞來講就是：

1. 源IP：寄件人地址
2. 源端口號(hào)：寄件人
3. 目的IP：收件人地址
4. 目的端口號(hào)：收件人
5. 協(xié)議：順豐快遞

5. 協(xié)議分層

網(wǎng)絡(luò)通信，是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，有很多的問題，很多的細(xì)節(jié)要處理，如果就用一個(gè)協(xié)議，把所有的問題都解決，就會(huì)造成這個(gè)協(xié)議復(fù)雜無比。

于是在這里就有了協(xié)議拆分，把協(xié)議拆分成多個(gè)協(xié)議，但是在后續(xù)的發(fā)展中發(fā)現(xiàn)拆分出來的協(xié)議解決的問題差不多，因此就再把這些協(xié)議分成很多類，就是協(xié)議分層。（每一層里都有很多協(xié)議，這些協(xié)議做的工作都差不多）

當(dāng)前我們看到的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就是協(xié)議分層之后的產(chǎn)物。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議拆分，并分層之后，有啥好處呢？
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1. 下層協(xié)議給上層提供服務(wù)，上層調(diào)用下層協(xié)議。（封裝）
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   實(shí)現(xiàn)上層協(xié)議的人，不必考慮下層協(xié)議的細(xì)節(jié)
2. 解耦合：可以把同一層協(xié)議替換成其他協(xié)議，對(duì)于其他層次的協(xié)議來說，基本是無感知的
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   類似于打電話我們只需要有語言協(xié)議即可，并不需要了解電話協(xié)議，也互不影響

當(dāng)前有兩種分層方式：

1. OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型（理論上存在，實(shí)際上沒有這么實(shí)現(xiàn)的）
2. TCP/IP五層（或四層）模型

OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型：

TCP/IP五層（或四層）模型：

上面三層統(tǒng)稱為應(yīng)用層

• 應(yīng)用層：負(fù)責(zé)應(yīng)用程序間溝通，如簡單電子郵件傳輸（SMTP）、文件傳輸協(xié)議（FTP）、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問協(xié)議（Telnet）等。我們的網(wǎng)絡(luò)編程主要就是針對(duì)應(yīng)用層。（數(shù)據(jù)傳輸過去之后，具體怎么使用）
• 傳輸層：負(fù)責(zé)兩臺(tái)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。如傳輸控制協(xié)議 (TCP)，能夠確保數(shù)據(jù)可靠的從源主機(jī)發(fā)送到目標(biāo)主機(jī)。（兩個(gè)點(diǎn)之間的通信，不考慮路徑規(guī)劃）
• 網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)地址管理和路由選擇。例如在IP協(xié)議中，通過IP地址來標(biāo)識(shí)一臺(tái)主機(jī)，并通過路由表的方式規(guī)劃出兩臺(tái)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€路（路由）。路由器（Router）工作在網(wǎng)路層。（兩個(gè)點(diǎn)之間的路徑規(guī)劃）
• 數(shù)據(jù)鏈路層：負(fù)責(zé)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)幀的傳送和識(shí)別。例如網(wǎng)卡設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、幀同步(就是說從網(wǎng)線上檢測(cè)到什么信號(hào)算作新幀的開始)、沖突檢測(cè)(如果檢測(cè)到?jīng)_突就自動(dòng)重發(fā))、數(shù)據(jù)差錯(cuò)校驗(yàn)等工作。有以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)，無線LAN等標(biāo)準(zhǔn)。交換機(jī)（Switch）工作在數(shù)據(jù)鏈路層。（兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間如何傳輸）
• 物理層：負(fù)責(zé)光/電信號(hào)的傳遞方式。比如現(xiàn)在以太網(wǎng)通用的網(wǎng)線(雙絞 線)、早期以太網(wǎng)采用的的同軸電纜(現(xiàn)在主要用于有線電視)、光纖，現(xiàn)在的wifi無線網(wǎng)使用電磁波等都屬于物理層的概念。物理層的能力決定了最大傳輸速率、傳輸距離、抗干擾性等。集線器（Hub）工作在物理層。（網(wǎng)絡(luò)通行基礎(chǔ)）

只有應(yīng)用層是程序可以寫代碼處理的，其他的都是由操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備來處理的

網(wǎng)絡(luò)編程的主要工作就是寫應(yīng)用層代碼，來處理應(yīng)用層的協(xié)議數(shù)據(jù)

物理層我們考慮的比較少。因此很多時(shí)候也可以稱為 TCP/IP四層模型。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所在分層：

• 對(duì)于一臺(tái)主機(jī)，它的操作系統(tǒng)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)了從傳輸層到物理層的內(nèi)容，也即是TCP/IP五層模型的下四層；
• 對(duì)于一臺(tái)路由器，它實(shí)現(xiàn)了從網(wǎng)絡(luò)層到物理層，也即是TCP/IP五層模型的下三層；
• 對(duì)于一臺(tái)交換機(jī)，它實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)鏈路層到物理層，也即是TCP/IP五層模型的下兩層；
• 對(duì)于集線器，它只實(shí)現(xiàn)了物理層；

注意我們這里說的是傳統(tǒng)意義上的交換機(jī)和路由器，也稱為二層交換機(jī)（工作在TCP/IP五層模型的下兩層）、三層路由器（工作在TCP/IP五層模型的下三層）。

面試拓展：

交換機(jī)和路由器功能都是用來組建局域網(wǎng)
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交換機(jī)是工作在數(shù)據(jù)鏈路層；路由器是工作在網(wǎng)絡(luò)層；

實(shí)際上路由器和交換機(jī)都越來越強(qiáng)大，彼此之間有許多功能的重疊

6. 封裝和分用

封裝描述了網(wǎng)絡(luò)是如何傳輸數(shù)據(jù)的

例如我們使用 QQ 傳輸消息，主機(jī) A 發(fā)送消息

1. 應(yīng)用層，QQ 應(yīng)用程序，把用戶輸入的數(shù)據(jù)整理成應(yīng)用層數(shù)據(jù)報(bào)（相當(dāng)類似于 “字符串拼接” 的方式，構(gòu)成更完整，信息更多的數(shù)據(jù)，再傳輸）
   
   接下來就需要把這個(gè)報(bào)交給傳輸層（操作系統(tǒng)內(nèi)核）

2. 傳輸層，會(huì)根據(jù)當(dāng)前使用的傳輸層協(xié)議，給應(yīng)用層數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行進(jìn)一步組裝
   
   繼續(xù)把這個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)交給網(wǎng)絡(luò)層

3. 網(wǎng)絡(luò)層，主要使用的是 IP 協(xié)議，再進(jìn)行進(jìn)一步組裝
   
   數(shù)據(jù)組合好了之后，再交給數(shù)據(jù)鏈路層

4. 數(shù)據(jù)鏈路層，比如使用以太網(wǎng)協(xié)議，再進(jìn)一步組裝
   
   構(gòu)造成了一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，再把這個(gè)數(shù)據(jù)交給了物理層

5. 物理層，拿到數(shù)據(jù)之后，把這里的這些二進(jìn)制序列，轉(zhuǎn)換成 光信號(hào)/電信號(hào)，把光電信號(hào)發(fā)送出去即可

上述從上到下依次添加報(bào)頭的過程，就稱為封裝

當(dāng)主機(jī) B 收到上述數(shù)據(jù)的時(shí)候，就是封裝的 “逆過程” ，稱為 “分用”，每一層協(xié)議把對(duì)應(yīng)的協(xié)議報(bào)頭給解析出來，并且去掉報(bào)頭。

1. 物理層，把光電信號(hào)轉(zhuǎn)換回二進(jìn)制的數(shù)據(jù)，得到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，交給數(shù)據(jù)鏈路層

2. 數(shù)據(jù)鏈路層，去掉幀頭幀尾，把載荷部分取出來，交給網(wǎng)絡(luò)層
   

3. 網(wǎng)絡(luò)層，IP 協(xié)議解析出 IP 報(bào)頭，并去掉，把載荷取出來，交給傳輸層
   

4. 傳輸層，UDP 協(xié)議再進(jìn)行解析，解析出 UDP 報(bào)頭，把載荷取出來，交給應(yīng)用程序
   

5. 應(yīng)用層，qq這個(gè)程序，qq再解析這里的信息，顯示到界面上
   

上述過程中也就體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)通信中各個(gè)協(xié)議是如何配合工作的

封裝分用不僅僅出現(xiàn)在主機(jī)上，也出現(xiàn)在傳輸過程中，包括在交換機(jī)和路由器上。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-408788.html

• 經(jīng)典路由器，是封裝分用到網(wǎng)絡(luò)層
• 經(jīng)典交換機(jī)，是封裝分用到數(shù)據(jù)鏈路層

到了這里，關(guān)于【網(wǎng)絡(luò)原理】網(wǎng)絡(luò)通信與協(xié)議的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！