【网络编程】网络基础知识

r囧r小猫 2023-09-27 17:12 113阅读 0赞

> ## 前言 ##
> 
> 小亭子正在努力的学习编程，接下来将开启javaEE的学习~~
> 
> 分享的文章都是学习的笔记和感悟，如有不妥之处希望大佬们批评指正~~
> 
> 同时如果本文对你有帮助的话，烦请点赞关注支持一波, 感激不尽~~

**目录**

网络编程

什么是网络编程？

网络通信基本模式

网络互连

局域网LAN

广域网WAN

实现网络编程关键的三要素

IP地址Client

IP地址构成：

ip地址的分类

InetAddress 类

端口号

端口类型

通信协议

协议（protocol）最终体现为在网络上传输的数据包的格式

两套参考模型

在TCP/IP协议中，用五元组来标识一个网络通信

协议分层

什么是协议分层

OSI 七层模型划分为以下七层：

TCP/IP五层（或四层）模型

网络连接设备编辑

编辑传输层的2个常见协议

TCP协议特点

封装和分用

## 网络编程 ##

#### 什么是网络编程？ ####

网络编程可以让程序与网络上的其他设备中的程序进行数据交互。

#### 网络通信基本模式 ####

常见的通信模式有如下2种形式：Client-Server(CS) 、 Browser/Server(BS)

![e7ffc5433f584b1f95ca837fafaa9014.png][]Client

![4bc7c5a9285043e4ab2e31c0de148ffb.png][]

### 网络互连 ###

随着时代的发展，越来越需要计算机之间互相通信，共享软件和数据，即以多个计算机协同工作来完成业务，就有了网络互连。

**网络互连：将多台计算机连接在一起，完成数据共享。**

数据共享本质是网络数据传输，即计算机之间通过网络来传输数据，**也称为网络通信。**

根据网络互连的规模不同，可以划分为局域网和广域网。

### 局域网LAN ###

局域网，即 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的进行网络通信，又称为内网；

局域网和局域网之间在没有连接的情况下，是无法通信的。

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

### 广域网WAN ###

广域网，即 Wide Area Network，简称WAN。

通过路由器，将多个局域网连接起来，在物理上组成很大范围的网络，就形成了广域网。广域网内部的局域网都属于其子网。  
![95d48ec31c384e858d2f2b3b0a927f99.png][]

### **实现网络编程关键的三要素** ###

**IP****地址：**设备在网络中的地址，是唯一的标识。

**端口：**应用程序在设备中唯一的标识。

**协议****:** 数据在网络中传输的规则，常见的协议有UDP协议和TCP协议。

> 举个栗子：
> 
> 网友小明和小兰在网上聊的挺好，但是没见过，有一天约定周天去电竞酒店打游戏，约定了穿着红色卫衣去，XX电竞酒店308房间。
> 
> 这个栗子中：IP地址是XX酒店的地址，308是端口号，穿红色卫衣是协议。

### **1、IP****地址**Client ###

IP （ Internet Protocol ）：全称 ” 互联网协议地址 ” ，是分配给上网设备的唯一标志。

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。

常见的 IP 分类为： IPv4 和 IPv6

#### IP地址构成： ####

**网络位+主机位（网络位相同的IP地址，为同一网段）**

![502858f951434ab9ac79d0609ea30f56.png][]

![2d3095edcaf444f794d73b29b6acebd2.png][]客户端

#### ip地址的分类 ####

国际标准组织ISO定义地址分类：五大类（是以IP地址的第一位进行区分的）

A类地址：前8位是网络位，后24位是主机位，网络号范围是1~126，能容纳（2^24）-2台主机。

B类地址：前16位是网络位，后16位是主机位，网络号范围是128~191，能容纳 65534 台主机。

C类地址：前24位是网络位，后8位是主机位，网络号范围是192~223，能容纳 254 台主机。

D类地址：网络号范围224~239，专门用于组播。

E类地址：网络号范围240~254，保留不用。

**我们一般人常用的就是C类地址。**

> **IP****常用命令：**
> 
> ipconfig：查看本机IP地址
> 
> ping IP地址：检查网络是否连通
> 
> **特殊****IP****地址**：
> 
> ![7f9a152bd08541f6a85e5adaee32e773.png][]
> 
> 本机IP: 127.0.0.1或者localhost：称为回送地址也可称本地回环地址，只会寻找当前所在本机。

### **InetAddress** **类**  ###

此类表示Internet协议（IP）地址。

**InetAddress** **API**

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="background-color:#ad2b26;border-color:#ffffff;text-align:center;vertical-align:middle;width:322px;"> 名称 </td> 
 <td style="background-color:#ad2b26;border-color:#ffffff;text-align:center;vertical-align:middle;width:526px;"> 说明 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="background-color:#f2f2f2;border-color:#ffffff;vertical-align:middle;width:322px;"> public static&nbsp;InetAddress&nbsp;getLocalHost() </td> 
 <td style="background-color:#f2f2f2;border-color:#ffffff;vertical-align:middle;width:526px;"> 返回本主机的地址对象 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="background-color:#f2f2f2;border-color:#ffffff;vertical-align:middle;width:322px;"> public static InetAddress getByName(String host) </td> 
 <td style="background-color:#f2f2f2;border-color:#ffffff;vertical-align:middle;width:526px;"> 得到指定主机的IP地址对象，参数是域名或者IP地址 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="background-color:#f2f2f2;border-color:#ffffff;vertical-align:middle;width:322px;"> public String getHostName() </td> 
 <td style="background-color:#f2f2f2;border-color:#ffffff;vertical-align:middle;width:526px;"> 获取此IP地址的主机名 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="background-color:#f2f2f2;border-color:#ffffff;vertical-align:middle;width:322px;"> public String getHostAddress() </td> 
 <td style="background-color:#f2f2f2;border-color:#ffffff;vertical-align:middle;width:526px;"> 返回IP地址字符串 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="background-color:#f2f2f2;border-color:#ffffff;vertical-align:middle;width:322px;"> public boolean isReachable(int timeout) </td> 
 <td style="background-color:#f2f2f2;border-color:#ffffff;vertical-align:middle;width:526px;"> 在指定毫秒内连通该IP地址对应的主机，连通返回true </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

### **端口号** ###

标识正在计算机设备上运行的进程（程序），被规定为一个 16 位的二进制，范围是 0~65535。

在网络通信中，IP地址用于标识主机网络地址，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**

#### **端口类型** ####

周知端口：0~1023，被预先定义的知名应用占用（如：HTTP占用 80，FTP占用21）

**注册端口**：1024~49151，分配给用户进程或某些应用程序。（如：Tomcat占 用8080，MySQL占用3306）

动态端口：49152到65535，之所以称为动态端口，是因为它 一般不固定分配某种进程，而是动态分配。

**注意：我们自己开发的程序选择注册端口，且一个设备中不能出现两个程序的端口号一样，否则出错。**

> **补充：**
> 
> 知名协议的默认端口  
> 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：  
> 22端口：预留给SSH服务器绑定SSH协议  
> 21端口：预留给FTP服务器绑定FTP协议  
> 23端口：预留给Telnet服务器绑定Telnet协议  
> 80端口：预留给HTTP服务器绑定HTTP协议  
> 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。
> 
> 举个栗子：餐厅的VIP包房是给会员使用，但会员也可以不坐包房，坐其他普通座位

### **通信协议** ###

连接和通信数据的规则被称为网络通信协议

![1c52568d0b8b4cb08c7be5957f5cc421.png][]

**协议，网络协议的简称，网络协议是网络通信（即网络数据传输）经过的所有网络设备都必须共同遵从的一组约定、规则。如怎么样建立连接、怎么样互相识别等。只有遵守这个约定，计算机之间才能相互通信交流。**

通常由三要素组成：  
**1. 语法：即数据与控制信息的结构或格式；**

类似打电话时，双方要使用同样的语言：普通话

**2. 语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应；**

语义主要用来说明通信双方应当怎么做。用于协调与差错处理的控制信息。

类似打电话时，说话的内容。一方道：你瞅啥？另一方就得有对应的响应：瞅你咋的！

**3. 时序，即事件实现顺序的详细说明。**  
时序定义了何时进行通信，先讲什么，后讲什么，讲话的速度等。比如是采用同步传输还是  
异步传输。

类似女生和男生的通话，总是由男生主动发起通话，而总是在男生恋恋不舍的时候，由女生要求  
结束通话。

### **协议（protocol）最终体现为在网络上传输的数据包的格式**    ###

## **两套参考模型** ##

*  OSI参考模型：世界互联协议标准，全球通信规范，由于此模型过于理想化，未能在因特网上进行广泛推广。 
 *  TCP/IP参考模型(或TCP/IP协议)：事实上的国际标准。

#### 在TCP/IP协议中，用五元组来标识一个网络通信： ####

*  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数据的进程
 *  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数据的进程
 *  5. 协议号：标识发送进程和接收进程双方约定的数据格式

![60c40945b363424dab1d338ee9d0c4b8.png][]

### 协议分层 ###

#### 什么是协议分层 ####

协议分层类似于一个公司的组织架构，不同的层级有不同的责任和权力，通知的下发从上层领导到中层领导到底层员工，员工汇报工作也是从底层员工汇报给中层领导，再汇报个上层领导。每一层定义不同的层次的工作准则和要求。

![6eaf7016f62246828eefcf5662a775f8.png][]

**分层最大的好处，类似于面向接口编程：定义好两层间的接口规范，让双方遵循这个规范来对接**  
  
在代码中，类似于定义好一个接口，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，并不关心提供方是如何实现的，只需要使用接口即可  
对于提供方来说，利用封装的特性，隐藏了实现的细节，只需要开放接口即可。**  
![cab852abb6a04bfd8ec6105de0f30316.png][]

### OSI 七层模型划分为以下七层： ###

![bc8406470fef4fc5a20cc21548ecabd4.png][]

### TCP/IP五层（或四层）模型 ###

TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括许多协议，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：**

负责应用程序间沟通，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。我们的网络编程主要就是针对应用层。  
**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  
送到目标主机。  
**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线路（路由）。路由器（Router）工作在网路层。  
**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。  
**物理层：**

负责光/电信号的传递方式。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(现在主要用于有线电视)、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、传输距离、抗干扰性等。集线器（Hub）工作在物理层。  
![c437fa2f80dc4355b22d2414157d3f14.png][]

#### 网络连接设备![1815ce534b5642feb78f34d9524a0e22.png][] ####

**举个栗子：**

**在淘宝买衣服，用户下单，卖家发货，快递运输**

## ![f4e07a9abbf44fb1805161cfed68b9e2.png][]**传输层的2个常见协议** ##

**TCP(Transmission Control Protocol) ：传输控制协议**

**UDP(User Datagram Protocol)：用户数据报协议**

#### **TCP****协议特点** ####

使用TCP协议，必须双方先建立连接，它是一种面向连接的可靠通信协议。

传输前，采用“三次握手”方式建立连接，所以是可靠的 。

在连接中可进行大数据量的传输 。

连接、发送数据都需要确认，且传输完毕后，还需释放已建立的连接，通信效率较低。

**TCP****协议通信场景**

对信息安全要求较高的场景，例如：文件下载、金融等数据通信。

**TCP****三次握手确立连接**

![1bbddf2301ba439b827d097b5b5e4005.png][]

举个栗子：

![d2c451209eec43ffa422cd2590475d5e.png][]

**TCP****四次挥手断开连接**

![39dcbe4d2f0e44b1b917673800ed432f.png][]

举个栗子：

![e41830b327e1492887e8b631a413cd5d.png][]

**UDP****协议：**

UDP 是一种 无连接 、 不可靠传输 的协议。

将数据源 IP 、目的地 IP 和端口封装成数据包，不需要建立连接

每个数据包的大小限制在 64KB 内

发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，故是不可靠的

可以广播发送 ，发送数据结束时无需释放资源，开销小，速度快。

**UDP****协议通信场景**

语音通话，视频会话等。

举个栗子：

街边的烧烤店，厨房和前厅，厨房做好了韭菜，把他装进盘子里，直接把盘子里的韭菜抛到客户的盘子里，只管抛，不管客户接没接到。 ![78111972bc4d41ca91d04a3d545d1af5.gif][]

## 封装和分用 ##

不同的协议层对数据包有不同的称谓，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)。  
首部信息中包含了一些类似于首部有多长，载荷(payload)有多长，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理

**下图为数据封装的过程**  
![dfa81a7bf1fe4241aafcb2be5fbda089.png][]

**举个栗子：我用qq给你发个消息**

![6365100fc0f54fd29446aba64e8e7159.png][]

**分用的过程和封装的过程相反，可以理解为U型**

**下图为数据分用的过程**

![e80e9749a9c94aa2bd305221a0822157.png][]

**举个栗子：你接收上面发的消息**![bfdcb8f55aa5474aaf9099bf8d3ed6ac.png][]

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