javaEE-网络原理-1初识

目录

一.网络发展史

1.独立模式

2.网络互联

二.局域网LAN

1.基于网线直连：

2.基于集线器组件：

3.基于交换机组件：

4.基于交换机和路由器组件

​编辑 三、广域网WAN

四、网络通信基础

1.ip地址

2.端口号：

3.协议

4.五元组

五、协议分层

1.ISO七层模型

2.TCP/IP五层（四层）模型

3.网络设备所在分层

4.网络分层对应

5.封装和分用

封装的过程

1.应用层(应用程序):

2.传输层：

3.网络层:

4.数据链路层：

5.物理层（硬件设备）：

分用的过程：

1.物理层：

2.数据链路层：（以太网数据帧）

​编辑3.网络层：（IP协议）

4.传输层：（TCP/UDP协议）

5.应用层（应用程序）：

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一.网络发展史

1.独立模式

独立模式：计算机之间相互独⽴；

2.网络互联

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。

根据⽹络互连的规模不同，可以划分为局域⽹和⼴域⽹。

二.局域网LAN

局域⽹，即Local Area Network，简称LAN.

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.基于集线器组件：

3.基于交换机组件：

4.基于交换机和路由器组件

 三、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。

局域网就类似与一个公司，人员的管理，上下层之间的管理与联系。

广域网就是多个分公司之间，相互之间有联系，各自又有自己的管理系统。

四、网络通信基础

网络互联是为了进行网络通信，即网络数据传输。更具体⼀点，是⽹络主机中的不同进程间， 基于⽹络传输数据。

那么，在组建的⽹络中，如何判断到底是从哪台主机，将数据传输到那台主机呢？这就需要使⽤IP地址来标识.

1.ip地址

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。

格式：

IP地址是⼀个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的形式（a,b,c,d都是0~255之间的⼗进制整数）。 如：100.4.5.6。

2.端口号：

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。

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。

IP地址就类似与发送快递的收货地址，而端口号就是指定的收货人。

3.协议

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。

协议（protocol）最终体现为在⽹络上传输的数据包的格式。

如何让这些不同⼚商之间⽣产的计算机能够相互顺畅的通信?就需要有⼈站出来，约定⼀个共同的标准，⼤家都来遵守，这就是⽹络协议；

4.五元组

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：标识源主机这次发送数据的进程。

3.目的IP:标识目的主机

4.目的端口：标识目的主机这次发送数据的进程。

5.协议号：标识发送进程和接受进程双方约定的协议。

类比于寄件人和收货人：

源IP:寄件人电话

源端口：寄件人地址

目的IP:收货人电话

目的端口：收货人地址

协议：使用的快递公司（顺丰)。

在cmd窗口输入：netstat -ano 可以查看网络数据传输的五元组信息。

五、协议分层

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。

把功能相似的放在同一层中，上层协议调用下层协议的功能，下层协议为上层协议提供服务。只用相邻的层次才能沟通，不同层次之间不能交流，不能跨层次调用。

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。

1.ISO七层模型

OSI：即Open System Interconnection，开放系统互连

 OSI七层⽹络模型是⼀个逻辑上的定义和规范：把⽹络从逻辑上分为了7层。

OSI七层模型是⼀种框架性的设计⽅法，其最主要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输；

分别为：应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层，物理层 七层。

按如下方式划分：

ISO七层模式既不实用，又过于复杂，并没有得到落实。

实际组建⽹络时，只是以OSI七层模型设计中的部分分层，也即是以下TCP/IP五层（或四层）模型来 实现。

2.TCP/IP五层（四层）模型

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：程序获取到数据要干什么，解决什么问题。（把快递从商家送到用户手中）

传输层：负责关注 网络数据包的起点和终点，端到端的传输。（从商家地址：上海,到用户地址北京）

网络层：负责关注网络的起点和终点的路径，历经规划。（确定具体路线：上海--河南-河北-北京）

数据链路层：负责两个相邻节点之间的数据传输。（上海-河南：飞机，河南-河北：高铁....)

物理层：通信过程中的基础设施。（飞机，铁路...)

官方描述：

TCP/IP五层模型，有时也被称为四层模型，是没有算物理层，因为物理层属于纯硬件设施，考虑的比较少。

3.网络设备所在分层

1.对于一台主机,他的操作系统内核实现了从传输层,到物理层的内容,即TCP/IP模型中的下四层.

2.对于一台路由器,实现了从网络层到物理层,即TCP/IP模型中的下三层.也说路由器工作在网络层.

3.对于一台交换机,实现了从数据链路层到物理层,即TCP/IP模型中的下两层.说交换机工作在数据链路层.

4.对于集线器,他只实现了物理层.

4.网络分层对应

⽹络数据传输时，经过不同的⽹络节点（主机、路由器）时，⽹络分层需要对应。 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：数据从⼀台计算机到另⼀台计算机传输过程中要经过⼀个或多个路 由器:

5.封装和分用

封装和分用是网络数据传输最核心的流程.

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理。

下图为数据封装的过程:

下图为数据分⽤的过程:

封装的过程

借助QQ发送消息来分析一下封装的过程:设 A通过QQ给B发送了一个消息 "haha"

1.应用层(应用程序):

QQ应用程序收到A发出的消息后,要把这个消息构造成应用层的数据包;

QQ程序内部规定了一个应用层协议,这个应用层数据包就要按照这个应用层协议的格式来构造数据包.

构造完成之后，应用程序就会调用操作系统的api,将数据包传给传输层。

这里的传给下一层：是下一层提供的一组api，上层调用这个api，并将构造好的数据包通过参数 传给下一层，下一层协议就能处理这里的数据了。

2.传输层：（TCP/UDP协议）

传输层最重要的协议是：TCP和UDP。

传输层收到这个数据包后，会把这个数据包看成一个整体，再构造一个传输层的数据包。

假定用UDP通信，传输层就给这个收到的载荷加上一个UDP报头。构造一个UDP数据包。

拼接好传输层数据包后，就会把这个数据包交给下一层，网络层。

3.网络层:（IP协议）

网络层涉及到最核心的的协议是IP协议.

网络层IP协议把收到这个数据包后看成一个整体,再加上IP协议的报头，就构成了一个IP数据包。

IP协议的报头包含一些辅助转发的关键信息，最重要的就是 源IP和 目的IP了。

构造完IP数据包后，就会调用数据链路层的api,将这个IP数据包传输给数据链路层。

4.数据链路层：（以太网数据帧）

数据链路层涉及到最核心的协议是 “以太网”。（这里的以太是用来网络数据传输的介质）

该层协议将IP数据包看成一个整体，在这个基础上加上帧头和帧尾，就构成了以太网数据帧。

包装好的以太网数据帧调用下层的api，将数据传给下一层，物理层。

5.物理层（硬件设备）：

把上述的以太网数据帧（一串二进制0101...样的数据）,转换成光信号（光纤：通过光的频谱进行编码）/电信号（网络：高电平或低电平）/电磁波（无线wifi)，让后进行发送。

通过上述的一系列包装，就把信息发送出去了（仅仅是发出去了，接收方收到消息还要进行一系列的分用）

分用的过程：

设数据包已经到达B的网口，B如何处理数据，处理的过程就叫“分用”。

1.物理层：

B的物理层收到光信号/电信号/电磁波后，就将这些物理信号转换成数字信号（一串二进制的0101），得到一个以太网数据帧，再把这个以太网数据帧传输给上层，数据链路层。

2.数据链路层：（以太网数据帧）

数据链路层按照以太网数据帧的格式，对数据包进行解析，取出其中的载荷，再将这个载荷交给上一层，网络层。

3.网络层：（IP协议）

网络层按照IP协议的格式，将数据进行解析，取出其中的载荷，再将这个载荷交给上一层，传输层。

4.传输层：（TCP/UDP协议）

传输层按照UDP协议的格式，将数据进行解析，取出其中的载荷，再将这个载荷发给上一层，应用层。

5.应用层（应用程序）：

应用程序获取到数据后，按照QQ应用程序内部的应用层协议的格式对数据进行解析。

这就是分用的过程，就是封装的逆向过程。