[网络协议] Java网络编程总结

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[网络协议]Java网络编程总结

网络编程了解

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什么是网络编程

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网络编程中两个主要的问题

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网络协议是什么

在计算机网络要做到井井有条的交换数据，就必须遵守一些事先约定好的规则，比如交换数据的格式、是否需要发送一个应答信息。这些规则被称为网络协议。

为什么要对网络协议分层

简化问题难度和复杂度。由于各层之间独立，可以分割大问题为小问题。
灵活性好。当其中一层的技术变化时，只要层间接口关系保持不变，其他层不受影响。
易于实现和维护。
促进标准化工作。分开后，每层功能可以相对简单地被描述

计算机网络体系结构

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TCP/IP四层协议（数据链路层、网络层、传输层、应用层）

应用层应用层最靠近用户的一层，是为计算机用户提供应用接口，也为用户直接提供各种网络服务。常见应用层的网络服务协议有：HTTP，HTTPS，FTP，TELNET等。
传输层建立了主机端到端的链接，传输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。该层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，使高层用户看到的只是在两个传输实体间的一条主机到主机的、可由用户控制和设定的、可靠的数据通路。通常说的，TCP UDP就是在这一层。端口号既是这里的“端”。
网络层本层通过IP寻址来建立两个节点之间的连接，为源端的运输层送来的分组，选择合适的路由和交换节点，正确无误地按照地址传送给目的端的运输层。这一层就是常说的IP协议层。IP协议是Internet的基础。
数据链路层通过一些规程或协议来控制这些数据的传输，以保证被传输数据的正确性。实现这些规程或协议的硬件和软件加到物理线路，这样就构成了数据链路.

一、TCP / UDP

1 什么是TCP/IP和UDP

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2 TCP与UDP区别：

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3 TCP和UDP的应用场景：

对某些实时性要求比较高的情况使用UDP，比如游戏，媒体通信，实时直播，即使出现传输错误也可以容忍；其它大部分情况下，HTTP都是用TCP，因为要求传输的内容可靠，不出现丢失的情况

4 形容一下TCP和UDP

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5 运行在TCP 或UDP的应用层协议分析(可以不看，内容太多)

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6 什么是ARP协议 (Address Resolution Protocol)？

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7 什么是NAT (Network Address Translation, 网络地址转换)？

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8 从输入址到获得页面的过程?

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二、 TCP的三次握手

1 TCP的三次握手

在网络数据传输中，传输层协议TCP是要建立连接的可靠传输，TCP建立连接的过程，称为三次握手。

2 三次握手的具体细节

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step1:第一次握手
建立连接时，客户端发送SYN包到服务器，其中包含客户端的初始序号seq=x，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认。（其中，SYN=1，ACK=0，表示这是一个TCP连接请求数据报文；序号seq=x，表明传输数据时的第一个数据字节的序号是x）。
step2:第二次握手
服务器收到请求后，必须确认客户的数据包。同时自己也发送一个SYN包，即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态。（其中确认报文段中，标识位SYN=1，ACK=1，表示这是一个TCP连接响应数据报文，并含服务端的初始序号seq(服务器)=y，以及服务器对客户端初始序号的确认号ack(服务器)=seq(客户端)+1=x+1）。
step3:第三次握手
客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送一个序列号(seq=x+1)，确认号为ack(客户端)=y+1，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTAB_LISHED(TCP连接成功)状态，完成三次握手。

3 用现实理解三次握手的具体细节

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4 为什么需要三次握手，两次不可以吗？或者四次、五次可以吗？

我们来分析一种特殊情况，假设客户端请求建立连接，发给服务器SYN包等待服务器确认，服务器收到确认后，如果是两次握手，假设服务器给客户端在第二次握手时发送数据，数据从服务器发出，服务器认为连接已经建立，但在发送数据的过程中数据丢失，客户端认为连接没有建立，会进行重传。假设每次发送的数据一直在丢失，客户端一直SYN，服务器就会产生多个无效连接，占用资源，这个时候服务器可能会挂掉。这个现象就是我们听过的“SYN的洪水攻击”。
总结：第三次握手是为了防止：如果客户端迟迟没有收到服务器返回确认报文，这时会放弃连接，重新启动一条连接请求，但问题是：服务器不知道客户端没有收到，所以他会收到两个连接，浪费连接开销。如果每次都是这样，就会浪费多个连接开销。

5 第三次握手中，如果客户端的ACK未送达服务器，会怎样？

6 如果已经建立了连接，但客户端出现了故障怎么办？

服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位一个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

7 初始序列号是什么？

TCP连接的一方A，随机选择一个32位的序列号（Sequence Number）作为发送数据的初始序列号（Initial Sequence Number，ISN），比如为1000，以该序列号为原点，对要传送的数据进行编号：1001、1002…三次握手时，把这个初始序列号传送给另一方B，以便在传输数据时，B可以确认什么样的数据编号是合法的；同时在进行数据传输时，A还可以确认B收到的每一个字节，如果A收到了B的确认编号（acknowledge number）是2001，就说明编号为1001-2000的数据已经被B成功接受。

三、TCP的四次挥手

1 什么是TCP的四次挥手

在网络数据传输中，传输层协议断开连接的过程我们称为四次挥手

2 四次挥手的具体细节

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step1：第一次挥手
首先，客户端发送一个FIN，用来关闭客户端到服务器的数据传送，然后等待服务器的确认。其中终止标志位FIN=1，序列号seq=u。
step2：第二次挥手
服务器收到这个FIN，它发送一个ACK，确认ack为收到的序号加一。
step3：第三次挥手
关闭服务器到客户端的连接，发送一个FIN给客户端。
step4：第四次挥手
客户端收到FIN后，并发回一个ACK报文确认，并将确认序号seq设置为收到序号加一。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。
客户端发送FIN后，进入终止等待状态，服务器收到客户端连接释放报文段后，就立即给客户端发送确认，服务器就进入CLOSE_WAIT状态，此时TCP服务器进程就通知高层应用进程，因而从客户端到服务器的连接就释放了。此时是“半关闭状态”，即客户端不可以发送给服务器，服务器可以发送给客户端。
此时，如果服务器没有数据报发送给客户端，其应用程序就通知TCP释放连接，然后发送给客户端连接释放数据报，并等待确认。客户端发送确认后，进入TIME_WAIT状态，但是此时TCP连接还没有释放，然后经过等待计时器设置的2MSL后，才进入到CLOSED状态。

3 为什么是四次挥手，而不是三次或是五次、六次？

双方关闭连接要经过双方都同意。所以，首先是客服端给服务器发送FIN，要求关闭连接，服务器收到后会发送一个ACK进行确认。服务器然后再发送一个FIN，客户端发送ACK确认，并进入TIME_WAIT状态。等待2MSL后自动关闭。

4 为什么需要2MSL时间？

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5 用现实理解三次握手的具体细节TCP的四次挥手

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6 为什么不能把服务器发送的ACK和FIN合并起来，变成三次挥手（CLOSE_WAIT状态意义是什么）？

因为服务器收到客户端断开连接的请求时，可能还有一些数据没有发完，这时先回复ACK，表示接收到了断开连接的请求。等到数据发完之后再发FIN，断开服务器到客户端的数据传送。

四 Socket

1 什么是Socket

网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换，这个双向链路的一端称为一个Socket。Socket通常用来实现客户方和服务方的连接。Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面，一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。
但是，Socket所支持的协议种类也不光TCP/IP、UDP，因此两者之间是没有必然联系的。在Java环境下，Socket编程主要是指基于TCP/IP协议的网络编程。
socket连接就是所谓的长连接，客户端和服务器需要互相连接，理论上客户端和服务器端一旦建立起连接将不会主动断掉的，但是有时候网络波动还是有可能的
Socket偏向于底层。一般很少直接使用Socket来编程，框架底层使用Socket比较多，