[网络协议]网络编程chapter1

1.2 计算机网络的概念

1.3 OSI参考模型

OSI参考模型把网络分为了7层，分别是物理层，数据链路层，网络层，运输层，会话层，表示层，应用层。其中各层的功能如下:

• 物理层
  物理层的任务就是为他上一层提供物理连接，以及规定通信节点之间的机械和电气等特性，如规定电缆和街头的类型。在这一层，数据作为原始的比特流传输。典型的设备是集线器。
• 数据链路层
  数据链路层负责在两个相邻节点间的线路上，无差错地传送以帧为单位的数据。每一帧包括一定数量的数据和一些必要的控制信息。数据链路层要负责建立、维持和释放数据链路的连接。本层的典型设备是交换机。
• 网络层
  网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换节点，确保数据及时传送到目标主机。网络层将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络包头，包头中含有逻辑地址–源主机和目标主机的网络地址。典型的设备是路由器。
  
• 运输层
  该层的任务是根据通信子网的特性最佳地利用网络资源，为两个端系统（也就是源主机和目标主机）的会话层提供建立、维护和取消传输连接的功能，以可靠方式或不可靠方式传输数据。所谓可靠方式，是指保证把源主机发送的数据正确发送给目标主机。所谓不可靠方式，则是指不保证把源主机发送的数据正确发送给目标主机，数据有可能丢失或出错。这一层，信息传送单位是报文。
• 会话层
  也可以称为会晤层或对话层，在会话层以及以上层次中，数据传送的单位不在另外命名，统称为报文。会话层管理进程之间的会话过程，及负责建立、管理、终止进程间的会话。会话层还可以通过在数据中插入校验点来实现数据的同步。
• 表示层
  表示层对上层数据进行转换，以保证一个主机的应用层的数据可以被另一个主机的应用层理解。表示层的数据转换包括对数据的加密，解密，解压，压缩和格式转换等。
• 应用层
  应用层确定进程之间通信的实际用途，以满足用户的实际需求。
  
  OSI各层的一些典型协议主要有:
• 应用层: WWW、HTTP、HTTPS、FTP、SMTP、SNMP(简单网络管理协议）、DNS、TELNET(远程登录协议)
• 表示层：ASCII、ASN.1等
• 会话层: NetBIOS、ZIP等
• 传输层: TCP、UDP
• 网络层：IP、RIP
• 数据链路层：PPP
• 物理层：RJ-45等

1.4 TCP/IP参考模型和TCP/IP协议

由于OSI七层协议太过庞大和复杂，使得它难以投入到实际运用中。而TCP/IP参考模型吸取了网络分层的思想，同时对网络的层次做了简化，并在网络各层（主机-网络层）都提供了完善的协议。

TCP/IP参考模型分为4个应用层次：应用层、运输层、网络互连层、主机-网络层.在每一层都有对应的协议。确切说，TCP/IP协议应该称为TCP/IP协议集，它是TCP/IP参考模型的除了主机网络层以外的其他3层的协议的集合，这是因为主机-网络层的协议是第三方提供的，而IP协议和TCP协议则是协议中最核心的2个协议。

下面介绍TCP/IP各层的主要功能:

• 主机-网络层
  实际上，TCP/IP参考模型没有真正提供这一层的实现，也没有提供协议，它只是要求第三方实现的主机-网络层能够为上层（网络互联层）提供一个访问接口，使得网络互联层能够利用主机-网络层来传递IP数据包。

• 网络互联层
  网络互联层是整个参考模型的核心。它的功能是把IP数据包发送给目标主机。为了尽快发送数据，IP协议把原始数据分为多个数据包，然后沿不同的路径同时传递数据包。但是数据包到达的先后顺序和发送前的先后顺序可能不同，此时需要上层（运输层）对数据包进行重组，还原为原始数据。
  
  网络互联层采用IP协议，规定了数据包的格式，并且规定了为数据包寻找路由的流程。

• 运输层
  

• 应用层
  TCP/IP模型将OSI参考模型中的会话层和表示层的功能合并到应用层实现。在应用层中的协议主要有:
  
  上面的协议都是基于TCP的，而基于UDP的应用层协议主要有:DNS(域名系统协议),SNMP(简单因特网管理协议)

IP协议

每台主机都有唯一的IP地址，IP地址用于标识网络的每个主机。IP地址是一个32位的二进制数序列（IPV4），为了便于在上层层应用中方便表示IP地址，可以包32位的二进制数序列分为4个单元，每个单元占8个比特，然后用十进制数字表示每个单元。

但是新的IPV6的标准则是采用128位的地址，占16个字节，大大扩充了可用地址的数目。

IP地址主要有2个部分构成: IP网址和IP主机地址（即网络号和主机号）。IP网址表示网络地址，IP主机地址表示网络中的主机的地址。网络掩码可以确定IP地址中哪一个部分是网址，哪部分是主机地址。
网络掩码的形式和IP地址形式相同，但是有一定的限制。在网络掩码的二进制数序列中，前面的数字都是1，后面的都是0.网络掩码和IP地址做与运算，那么就可以得出这个IP地址的网络地址。

子网划分

主机号全为0和全为1不可以作为网络的主机地址，这是因为主机号全为0表示的是网络地址，全为1表示的是广播地址。所以求一个子网中能够作为网络的主机地址个数，记得要减2.

发送数据包的过程

域名

### URL（统一资源定位器)
URL表示统一资源定位器，专为标识网络上资源位置而设的一种编制方式。URL一般有3个部分组成:应用层协议/主机IP地址或域名/资源所在的路径/文件名.
URL中，常见的应用层协议还有ftp和file等。

TCP协议及端口

1.5 Java编写客户/服务器程序

在Java中，有3中套接字类:Socket,ServerSocket,DatagramSocket，其中Socket、ServerSocket类建立在TCP协议基础上，DatagramSocket建立在UDP基础上的。Java网络程序都采用客户/服务器通信模式。

• TCP
  建立TCP客户端

//1、创建TCP客户端Socket对象，同时构造方法中的host表示的连接的服务端的ip地址，port表示的是连接的服务端的端口
String host = InetAddress.getLocalHost();
int port = 10000;
Socket socket = new Socket(host,port);
//2、连接成功之后，就会有返回了socket对象，然后调用对应的输入流和输出流，进行数据的交互
InputStream in = socket.getInputStream();//获取读取流，接收来自服务端的数据
OutputStream out = socket.getOutputStream();//获取写入流，向服务端发送数据
//3、断开连接，释放资源
socket.close();

TCP服务端:

//1、创建TCP服务端ServerSocket对象，同时需要设置该服务端绑定的端口
ServerSocket server = new ServerSocket(10000);
//2、由于ServerSocket对象没有获取流的方法，所以没有办法直接向客户端进行数据交互，所以需要获取和当前服务端建立连接的Socket对象
Socket socket = server.accept();
//3、socket对象调用对应的方法，获取相应的流
InputStream in = socket.getInputStream();//获取读取流，读取客户端发来的数据
OutputStream out = socket.getOutputStream();//获取写入流，向客户端发送数据
//4、断开连接，释放资源
socket.close();
server.close();

• UDP：
  创建UDP客户端

//1、创建UDP客户端对象，同时需要设置绑定的端口，如果没有设置，则有操作系统任意分配可用的端口
DatagramSocket client = new DatagramSocket(10000);//设置当前客户端绑定的端口
//2、创建数据包，用于存放发送的数据
String text = "hello,this is udp client!";
byte[] bytes = text.getBytes();
//创建数据包对象的时候，如果含有host，port参数的时候，表示这个数据包用于发送的，否则，如果没有，则是用于接受的
String host = InetAddress.getLocalHost();
int port = 10001;
DatagramPacket data = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,host,port);
//3、UDP客户端调用send方法，发送数据包
client.send(data);
//4、释放资源
client.close();

创建UDP服务端：

//1、创建UDP服务端，同时设置对应的端口
int port = 10001;//和客户端数据包中的端口号一致
DatagramSocket server = new DatagramSocket(port);
//2、创建数据包，用于存放来自客户端的数据
byte[] bytes = new byte[1024];
DatagramPacket data = new DatagramPacket(bytes,bytes.length);
//3、服务端调用receive方法接收来自客户端的数据，并且存放到数据包中
server.receive(data);
//4、数据包对象调用相关的方法，解析数据，例如客户端的端口号，发送的数据内容等
String text = new String(data.getData(),0,data.getLength());
System.out.println(text);
//5、释放资源
server.close();