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JavaEE--初识网络

news 来源：原创 2025/5/14 6:04:42

一、IP地址

二、端口号

三、认识协议

四、五元组

五、协议分层

1. OSI七层模型

2. TCP/IP五层（或四层）模型

3. 网络设备所在分层

4. 封装和分用

一、IP地址

IP地址（Internet Protocol Address）是用于标识设备在网络上的唯一标识符。它是由数字和点号组成的标识符，用于区分网络上的不同设备。IP地址通常分为IPv4地址和IPv6地址两种类型。

IPv4地址由32位数字组成，通常以四个十进制数表示，如192.168.1.1。IPv6地址由128位数字组成，通常以八组十六进制数表示，如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。

IP地址可用于识别计算机、路由器、网络打印机等设备，以便它们能够在网络上相互通信。

二、端口号

端口号是用于标识应用程序或服务在计算机网络上通信的端口，通常与IP地址一起构成网络通信的终点。在TCP/IP协议中，端口号是一个16位的数字，范围从0到65535。

端口号被分为两种类型：TCP端口和UDP端口。TCP（Transmission Control Protocol）和UDP（User Datagram Protocol）是两种常用的传输层协议，它们通过端口号来区分不同的应用程序或服务。TCP端口用于建立可靠的连接，适用于需要确保数据传输完整性的应用，如网页浏览、邮件传输等；而UDP端口是无连接的，适用于实时性要求高，但数据传输完整性要求较低的应用，如音视频流媒体、在线游戏等。端口号的正确使用可以帮助不同的应用程序之间正常通信，确保网络服务的正常运行。

问题：

有了IP地址和端口号，可以定位到网络中唯一的一个进程，但还存在一个问题，网络通信是基于二进制0/1数据来传输，如何告诉对方发送的数据是什么样的呢?
网络通信传输的数据类型可能有多种：图片，视频，文本等。同一个类型的数据，格式可能也不同，如发送一个文本字符串“你好!”：如何标识发送的数据是文本类型，及文本的编码格式呢?
基于网络数据传输，需要使用协议来规定双方的数据格式。

三、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。在计算机网络中，常见的协议有TCP/IP协议、HTTP协议、FTP协议、SMTP协议、IMAP协议、POP3协议等。
协议(protocol)最终体现为在网络上传输的数据包的格式。

四、五元组

在TCP/IP协议中，用五元组来标识一个网络通信：

源IP:标识源主机
源端口号：标识源主机中该次通信发送数据的进程
目的IP:标识目的主机
目的端口号：标识目的主机中该次通信接收数据的进程
协议号：标识发送进程和接收进程双方约定的数据格式

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

五、协议分层

在计算机网络中，通常使用分层的方式来组织协议，以便更好地管理和理解网络通信过程。

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。

1. OSI七层模型

OSI七层模型（Open Systems Interconnection Reference Model）是一个由国际标准化组织（ISO）制定的网络通信协议模型，用于指导不同厂商开发的计算机网络互联产品，确保它们可以互相通信。OSI模型将通信过程分为七个抽象层，每一层负责不同的功能，每个层次都提供一定的服务，同时与相邻层次之间有着明确定义的接口。这种分层的设计使得网络技术可以更加清晰地被理解和实现。

以下是OSI七层模型的各层及其功能：

通过将网络通信过程细分为不同层次，OSI模型提供了一个清晰的框架，便于不同厂商和组织开发遵循一致标准的网络设备和应用，从而促进网络互联的发展和互操作性。

2. 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。

物理层我们考虑得比较少，因此很多时候也可以称为 TCP/IP 四层模型。

3. 网络设备所在分层

网络设备所在分层

对于一台主机，它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五层模型的四层；
对于一台路由器，它实现了从网络层到物理层，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，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五层模型的下两层)、三层路由器(工作在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3层或4层交换机，4层路由器。我们以下说的网络设备都是传统意义上的交换机和路由器。

4. 封装和分用

在网络通信中，封装（Encapsulation）和分用（Multiplexing）是两个重要的概念。

封装（Encapsulation）：在发送端，数据经过不同层次的处理和封装，每一层都会在数据上添加相应的首部或尾部信息，形成一个带有多个层次信息的数据包。这样的处理过程称为封装。在接收端，数据包经过逐层解封装，每一层都会根据相应的首部信息进行处理，最终还原出原始的数据。
分用（Multiplexing）：在网络通信中，多个应用程序通常需要通过同一个通道进行数据传输。分用是指在发送端将来自不同应用程序的数据打包成一个数据流进行传输，然后在接收端根据不同的标识符将数据流分发给不同的应用程序。这样可以实现多路复用，提高通信效率。