Java-网络编程理论

网络编程

• 网络编程的三要素：IP地址，端口号，协议

举例：

某一天，阿涛喜欢上一个女孩，他想和这个女孩表白，怎么办？
1、首先他要去找到这个女生 -- IP地址
2、找到这个女孩之后，他要开始表白了，跟她说话，对着耳朵说话。 -- 端口号
3、他要说什么呢？“I Love You”
但是呢，那个女生没有学过英文，听不懂。
他就没有必要说英文，说她能听懂的语言，说“我爱你” -- 协议 （TCP,UDP）

网络编程三要素

1.IP地址

• 计算机在网络中的唯一标识。
  查看windows中ip地址：win + R,输入cmd,输入ipconfig查看 //192.168.10.112
  查看Mac中的ip地址：终端窗口中，输入ifconfig查看
• IP地址应该也是在计算机中进行存储的，但是呢，计算机只能识别二进制的数据，这里IP应该实际上也是二进制才对的。
  IP:192.168.10.112
  换成二进制：11000000.10101000.00001010.01110000
  实际上存储的时候是没有.的：11000000101010000000101001110000，但是呢，我们今后的学习过程中，难免会遇到配置ip地址的时候
  ，记忆的时候拿着这个二进制的ip地址去记忆使用，表示起来会很麻烦，所以，为了更方便的表达ip地址，国际上规定我们就把ip地址的每一个
  字节上的数据换算成十进制的，然后在字节与字节之间使用.来进行分割，这样的表示法：点分十进制表示法。

IP地址的组成：网络号段 + 主机号段组成

IP地址的分类：IP地址主要分为A,B,C,D,E五类，其中A,B,C类是比较常用的，D，E类为特殊地址。

• A类地址（由一个网络号段和3个主机号段组成）A类地址第一个字节为网络地址（其中最高位固定是0），另外三个字节为主机地址 A类地址的范围是：1.0.0.0 ~ 126.255.255.255，其中0和127作为特殊地址 A类网络默认的子网掩码为255.0.0.0，也可以写成 /8
  A类网络中最大可以承受的主机数量：256256256-2.（减去的是1个主机为为0的网络地址和1个广播地址）
  在计算网络中，主机ID全部为0的地址为网络地址，而主机ID全部为255的地址为广播地址，这两个地址是不能分配给主机用的。
• 2）B类地址（由两个网络号段和两个主机号段组成）
  B类地址第一个字节（最高位固定为10）和第二个字节为网络号段，另外两个字节为主机号段
  B类地址的范围是：128.0.0.0 ~ 191.255.255.255
  B类网络默认的子网掩码是255.255.0.0.也可写成 /16
  B类网络可以最大承受主机数量为：256*256-2
• 3）C类地址（由三个网络号段和一个主机号段组成）
  C类地址第一个字节（最高为固定是110），第二个字节，第三个字节为网络号段，第四个字节为主机号段
  C类地址范围:192.0.0.0 ~ 223.255.255.255
  C类网络默认的子网掩码255.255.255.0 也可写成 /24
  C类网络可以承受最大主机数：256-2
• 4）D类 224.0.0.1---239.255.255.254
• 5）E类 240.0.0.1---247.255.255.254

几个特殊的IP地址

• 1、localhost == 本机 == 127.0.0.1
  127.0.0.1 本地回环地址，可以用来测试本机的网络是否有问题。
  测试网络是否联通：ping + ip地址/主机名

•    2、广播地址
  

        x.x.x.255

•    3、网络地址
  

        x.x.x.0

•    4、查看ip地址：
  

        Windows: ipconfig
        Mac：ifconfig
        Linux:
            centOS6: ifconfig
            centOS7:ip addr

2.端口号

• 端口号：
  物理端口 网卡口
  逻辑端口 我们指的就是逻辑端口
  A:每个网络程序都会至少有一个逻辑端口
  B:用于标识进程的逻辑地址，不同进程的标识
  C:有效端口：0_{65535，其中0}1024系统使用或保留端口。
  通过netstat -ano可以查看端口号

协议

• UDP协议（发短信，飞鸽传书）
  TCP协议（建立连接，极域） 三次握手，四次挥手 ack

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OSI网络模型（7层）

• 物理层：
  主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流（就是由1、0转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后在转化为1、0，也就是我们常说的数模转换与模数转换）。这一层的数据叫做比特。
• 数据链路层：主要将从物理层接收的数据进行MAC地址（网卡的地址）的封装与解封装。常把这一层的数据叫做帧。在这一层工作的设备是交换机，数据通过交换机来传输。
• 网络层：主要将从下层接收到的数据进行IP地址（例192.168.0.1)的封装与解封装。在这一层工作的设备是路由器，常把这一层的数据叫做数据包。

• 传输层：定义了一些传输数据的协议和端口号（WWW端口80等），如：TCP（传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据），UDP（用户数据报协议，与TCP特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的）。 主要是将从下层接收的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段。
• 回话层：通过传输层（端口号：传输端口与接收端口）建立数据传输的通路。主要在你的系统之间发起会话或者接受会话请求（设备之间需要互相认识可以是IP也可以是MAC或者是主机名）
• 表示层：主要是进行对接收的数据进行解释、加密与解密、压缩与解压缩等（也就是把计算机能够识别的东西转换成人能够能识别的东西（如图片、声音等）。
• 应用层：主要是一些终端的应用，比如说FTP（各种文件下载），WEB（IE浏览），QQ之类的（可以把它理解成我们在电脑屏幕上可以看到的东西．就是终端应用）。

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三次握手和两次挥手

三次握手

• 1）首先客户端向服务器端发送一段TCP报文
• 2)服务器端接收到来自客户端的TCP报文之后，结束LISTEN阶段。并返回一段TCP报文
• 3）客户端接收到来自服务器端的确认收到数据的TCP报文之后，明确了从客户端到服务器的数据传输是正常的，结束SYN-SENT阶段。并返回最后一段TCP报文。

（1）男孩喜欢女孩，于是写了一封信告诉女孩：我爱你，请和我交往吧！;写完信之后，男孩焦急地等待，因为不知道信能否顺利传达给女孩。

（2）女孩收到男孩的情书后，心花怒放，原来我们是两情相悦呀！于是给男孩写了一封回信：我收到你的情书了，也明白了你的心意，其实，我也喜欢你！我愿意和你交往！;

写完信之后，女孩也焦急地等待，因为不知道回信能否能顺利传达给男孩。

（3）男孩收到回信之后很开心，因为发出的情书女孩收到了，并且从回信中知道了女孩喜欢自己，并且愿意和自己交往。然后男孩又写了一封信告诉女孩：你的心意和信我都收到了，谢谢你，还有我爱你！

女孩收到男孩的回信之后，也很开心，因为发出的情书男孩收到了。由此男孩女孩双方都知道了彼此的心意，之后就快乐地交流起来了~~

四次挥手

• 1）首先客户端想要释放连接，向服务器端发送一段TCP报文
• 2)服务器端接收到从客户端发出的TCP报文之后，确认了客户端想要释放连接，随后服务器端结束ESTABLISHED阶段，进入CLOSE-WAIT阶段（半关闭状态）并返回一段TCP报文
• 3）服务器端自从发出ACK确认报文之后，经过CLOSED-WAIT阶段，做好了释放服务器端到客户端方向上的连接准备，再次向客户端发出一段TCP报文
• 4）客户端收到从服务器端发出的TCP报文，确认了服务器端已做好释放连接的准备，结束FIN-WAIT-2阶段，进入TIME-WAIT阶段，并向服务器端发送一段报文

举个栗子：把客户端比作男孩，服务器比作女孩。通过他们的分手来说明“四次挥手”过程。

"第一次挥手"：日久见人心，男孩发现女孩变成了自己讨厌的样子，忍无可忍，于是决定分手，随即写了一封信告诉女孩。
“第二次挥手”：女孩收到信之后，知道了男孩要和自己分手，怒火中烧，心中暗骂：你算什么东西，当初你可不是这个样子的！于是立马给男孩写了一封回信：分手就分手，给我点时间，我要把你的东西整理好，全部还给你！男孩收到女孩的第一封信之后，明白了女孩知道自己要和她分手。随后等待女孩把自己的东西收拾好。
“第三次挥手”：过了几天，女孩把男孩送的东西都整理好了，于是再次写信给男孩：你的东西我整理好了，快把它们拿走，从此你我恩断义绝！
“第四次挥手”：男孩收到女孩第二封信之后，知道了女孩收拾好东西了，可以正式分手了，于是再次写信告诉女孩：我知道了，这就去拿回来！