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网络初识 - Java

news 来源：原创 2025/8/25 13:42:01

网络发展史：

单机时代（独立模式） -> 局域网时代 -> 广域网时代 -> 移动互联网时代
网络互联：将多台计算机链接再一起，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。根据网络互联的规模不同，可以划分为局域网和广域网。
独立模式：计算机之间相互独立
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链接的情况下，是无法通信的。
局域网组建网络的方式有很多种方式：
（1）基于网线直连
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（2）基于集线器组建
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（3）基于交换机组建
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（4）基于交换机和路由器组建
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交换机可以视为是“对路由器的接口进行了扩展”，家用路由器，一般就是插 4 个网线（1 WAN口连运营商的设备）
交换机不会进行组局域网功能，可以把路由器的接口进行扩展。（也就是，某个电脑连接到交换机上就相当于连接到路由器了），交换机也是可以连接交换机的
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。

IP地址

在 cmd（win + r）上输入 ipconfig 可以查看自己电脑的IP。
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。
就像发快递一样，需要知道对方的收获地址，快递员才能将包裹送到目的地。
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）。

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，接受数据的进程。简单说：端口号用于定位主机中的进程（一台主机上可能有多个程序同时使用网络，端口号是区分一台主机上多个应用程序的）。类似发快递时，不光需要收获地址（IP地址），还需要收货人姓名（端口号）。
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，来发送及接受网络数据。

理解IP地址和端口号之后，还有一个问题：网络通信是基于二进制0/1数据来传输的，如果我的程序已经收到数据了，哪程序如何理解数据的含义呢？？

认识协议

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。如怎么样建立链接，怎么样互相识别等。只有遵守这个约定，计算机之间才能互相通信交流。
协议最终体现为在网络上传输的数据包的格式。
网络协议，通信双方对于发送/接受数据格式的约定，我的数据怎么发，你收到就得怎么解析。

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受数据的进程。
5.协议号：标识发送进程和接受进程双发约定的数据格式。
可以在cmd中，输⼊ netstat -ano 查看⽹络数据传输中的五元组信息。如果需要过滤（⼀般是通过端⼝号或进程PID过滤），可以使⽤ netstat -ano | findstr 过滤
字符串。

协议分层

网络通信，非常复杂，如果我们设计一个协议，完成网络通信中方方面面的问题，势必会使这个协议非常复杂，非常庞大。所以就把协议拆分。把一个大的协议拆成若干个小的，功能单一的协议了。但是拆完之后，发现小的协议太多了，于是就把这些小的协议归类，最后形成了好几个层次。
分层：只有相邻两层协议之间可以进行交互。上层协议可以调用下层协议，下层协议可以给上层提供服务。（协议之间的交互，不能跨层进行）

什么是协议分层：
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在这个例⼦中，我们的协议只有两层；但是实际的⽹络通信会更加复杂，需要分更多的层次。

OSI七层网络模型

OSI：即Open System Interconnection。开放系统互联。

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，其最重要的功能就是帮助不同类型的主机实现数据传输。

OSI七层模型划分为以下七层：
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由于OSI 七层模型既复杂又不实用，所以这一套分层的体系，只是存在与教科书上。
而真实实际组建网络时，只是以OSI七层模型设计中的部分分层，最主要还是使用 TCP/IP五层（或四层）模型来实现。

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通讯协议采用的五层层级结构，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。
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应用层：负责应用程序沟通，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。（也就是我们拿到包裹之后怎样使用）
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。（也就是两个任意设备之间的通信，不考虑中间过程，只考虑起点和终点）
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）。路由器工作在网络层（也就是两个任意设备之间如何进行通信，考虑的是中间过程是怎么样的。（这两个设备之间，可能隔着很多的交换机和路由器））
数据链路层：负责设备之间的数据帧的传送和识别。有以太网，令牌环网，无线LAN等标准。交换机工作在数据链路层。（也就是完成两个相邻设备直间如何进行通信的。（先考虑一小步怎么走）通过网线，把电脑连到路由器/交换机上）
物理层：负责光/点信号的传递方式。物理层的能力决定了最大传输速率，传输距离，抗干扰性等。集线器工作在物理层。（也就是物理层规定了网络通信中的一些硬件设施符合的要求。（像网线，WIFI，光纤这物理层的协议，就是约定这些硬件设施要符合的要求是怎样的））
举个例子：

至于为什么有的资料又叫四层呢？
其实是把数据链路层和物理层看作一个整体了。
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网络设备所在分层

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，也即是TCP/IP五层模型的下四层；
对于一台路由器，它实现了网络层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的下三层；
对于一台交换机，它实现了从数据链路层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的下两层；
对于集线器，他只实现了物理层；
注意我们这里说的是传统意义上的交换机和路由器，也成为二层交换机（TCP/IP五层模型的下两层），三层路由器（TCP/IP五层模型的下三层）。
随着现在网络设备技术的不断发展，也出现了很多三层或四层交换机，四层路由器。我们一下说的网络设备都是传统意义上的交换机和路由器。

封装和分用

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，称为封装。
首部信息中包含了一些类似于首部有多长，载荷有多长，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部首，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。

网络数据通信的基本流程：
比如我通过qq，发送hello给对方
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像上述过程，从上层到下层，数据进一步加工（添加报头）的过程，称为封装（和面向对象的封装，不是一个封装）

还有一个小知识点：
谈到网络传输的“基本数据单位”涉及到多个术语：
网络数据包/帧/报/段
段（segment） TCP用段
报（Datagram） UDP用报
包（packet） IP 用包
帧 (frame) 数据链路层以太网数据帧
日常工作中，就不太会区分这些概念，这里就混着用了。

分用，就是封装的逆向过程，当数据到达接收方主机，逐层进行解析的过程。
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传输的中间过程中，也是涉及到封装分用的。
交换机，只需要封装到数据链路层即可。交换机是工作在数据链路层（二层转发）
主机的数据 => 交换机。交换机收到之后，物理层解析，数据链路层解析（没有网络层了，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进行下一步工作），重新构造出新的以太网数据帧，发给下一个设备。
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，网络层解析（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，进行转发。

    物理层考虑信号衰减事情，，不管是有线/无线都会有衰减，不过无线衰减的快，有线衰减的慢，到达下一个节点，下一个节点重新发送数据的时候把信号又加强了。

两台计算机通过 TCP/IP 协议通讯的过程如下图所示：
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另外一些网络中的基本概念：

请求：在互联网通信中，请求通常指的是客户端（如网页浏览器、移动应用程序等）向服务器发送的请求信息。
响应：响应是服务器对客户端请求的回应。当服务器接收到请求后会进行处理，然后返回一个响应，其中包含了处理结果和一些其他相关信息。
客户端是指通过网络向服务器发送请求以获取服务的计算机或设备。客户端通常由用户直接操作，如浏览器、邮件客户端等。
服务器是指存储数据、运行程序并提供服务的计算机，它响应客户端的请求并返回结果。服务器可以是网站服务器、数据库服务器等。