网络

• 我们生活在一个网络无处不在的一个虚拟世界中，网络中的每一个设备都是一个节点。大多是我们的计算机，但是他还可以连接其他设备，例如打印机，路由器，网关，你的手机，智能家居等。我们可以使用java与计算机交互，每个网络节点都有自己的地址，这是唯一识别节点的一个字节序列。
• 不同网络的地址信息会以不同方式分配，以太网（Ethernet）地址与物理以太网硬件相关。在硬件生产的时候，厂家就需要确保硬件地址与其他厂家的硬件地址不冲突。不过一个组织运行选择的地址由改组织的internet服务供应商ISP分配，ISP从四个区域Internet注册机构之一获得IP地址，而这四个机构的IP地址由互联网名称与数学地址分配机构分配，这其实就是IP地址。

网络分层

• 通过网络发送数据指令是一个比较复杂的过程，我们发送出去的指令需要转成电信号，或者wifi，或者光纤中光信号，传输，之后还得在转回成我们发送出去的指令信息。这个过程必须咨询协调网络的物理特性以及所发送数据的逻辑特征。通过网络发送数据的软件必须了解如何避免数据包的冲突，将数字数据转为模拟信号，检查和修正错误，将数据包从一台主机路由到另外一台主机等。
• 为了对应用开发人员和最终用户屏蔽这种复杂性，网络通信的不同方面被分解为多个层，每一层标识为物理硬件（即线缆和电流）与传输信息之间的不同抽象层次（相当于将字节信息与电信号光信号转换），每一层都只与紧挨着的上下层进行数据交互。将网络分层，这样就可以修改，替换某一层的软件，只要层与层之间的接口保持不变，就不会影响其他层。
• 以下图显示网络中可能存在的一些协议栈。虽然现在的Internet上中间层现已相当稳定，但是上层，下层的协议变化还是比较大的，邮箱主机用Ethernet，有些是Wifi等，但是这并不影响其他层协议，因为他们都按规范实现统一的接口，每层都按规范实现，完成数据上的交互，这样分层模型实现了应用协议与网络硬件的物理特征，以及网络连接拓扑结构的解耦。

• 分层模型还是有多种的，分别适合特定类型的网络，我们用最典型的Internet标准TCP/IP四层模型来讲解。如下图。
  

• 上图模型中，应用程序例如Chrom，FireFox，运行在应用层，只与传输层进行交互。传输层只与应用层，网际层交互，网际层只与主机网络层，传输层交互，绝不会跨层级交互。主机网络层通过电缆，光纤或者其他媒介将数据移动到远程系统的主机网络层，然后在通过上述各层将数据逐级上移传输到远程系统的应用层。

• 拿Chrom浏览器来举例

  • 当浏览器输入网址，向Web服务器发送获取网页的请求时候，浏览器实际上只是与本地客户机器的传输层在对话。

  • 传输层将请求分解为TCP片，向数据添加序列号和校验号，然后将请求传递给本地网际层

  • 网际层根据本地网络所需的大小将TCP片分成IP数据报，并床底到主机网络层以便通过线缆或光线传输数据

  • 主机网络层将数字数据编码为适合特定物理介质的模拟信号（光，电）将请求发送到线缆，光纤，

  • 目标地址的远程系统的主机网络层可以由此读取请求。

  • 远程系统的主机网络层将模拟信号解码为数字数据，将生产的IO数据报床底给服务器的网际层

  • 网际层简单的检查IP数据报是否被破坏，如果已经分片则重组数据，然后传递给服务器传输层

  • 传输层检查是否所有数据都已到达，对于丢失或者破坏的部分则要求重传（在来一次以上过程，对应用层透明），此时当传输层接收到足够多的链接顺序数据报，就将其重组写入一个流，由服务器应用层上运行的Web服务器读取，

  • 服务器响应这个请求，在通过服务器系统的各个分层发回消息，通过Internet进行传输并发给web客户端。

主机网络层

• 主机网络层处在最高的位置，他离java程序员最远的一个层级，在基于IP的internet标准参考模型中，网络中隐藏不是属于主机网络层（也称为数据链路层），主机网络层定义了特定的网络接口（以太网，WIFI等）如何通过物理连接向本地网络或者时间其他地方发送IP数据报，他由连接不同计算机的硬件（光纤，电缆，无线电）组成的部分有时称为网络的物理层，开发人员无需担心这一层除非网线断了，对开发人员透明。

网际层

• 网络的下一次，这是开发需要考虑的第一层，在OSI模型中，网际层还称为网络层，定义了数据位和字节如何组织成为更大的分组，叫他包，还定义了寻址机制，不同计算机按照固定算法去查找对方。网际协议（IP）就是现在使用最广泛的网络层协议，也是java唯一理解的网络层协议。这个协议是两个：
  • IPV4，使用32位地址
  • IPV6，使用128位地址
• IPV4，IPV6中，数据按包在网际层传输，这些包称为数据报datagram。每个IPV4数据报包含一个长度20~60字节的首部，以及一个包含65515字节的数据的有效荷载（payload）。实际上每个IPV4都比较小，从几十字节到8K字节不等，IPV6则包含更大的首部，数据可以达到4G字节
• 下图展示各个部分IPV4数据报中是如何排列的，所有位和字节都采用big-endian方式，由左到右为高位到低位：
  
• 网际层除了路由与寻址，网际层第二个左右是支持不同类型主机网络层互相对话。Internet路由器会完成WIRI和Ethernet， Ethernet和DSL， DSL和光纤往返等协议直接的转换，如果没有网际层，或者类似的分层，子每个计算机只能与同一类网络上的其他计算机对话。
• 网际层负责使用同构协议将异构网络相互连接

传输层

• 因为原始数据报有一定缺陷。比如不保证可靠创术，即使能传送也可能被破坏。首部校验只能检测首部的破坏情况，而不能检测数据报中的数据部分。最后即使数据能够到大，不被破坏，也不一定是按照我们预定的顺序到大。各个数据报进过的路由过程完全不一样的，即使先发送也不一定先到。
• 传输层（transport layer）负责确保各个包以发送顺序接受，并保证没有数据丢失或者被破坏，如果丢包，传输层请求重发。为实现这个目标，IP网络会给每个数据报添加一个附加首部，其中包含有更多信息。这一层协议有两个：
  • 传输控制协议（Transmission Control Protocol TCP），这个是一个开销高的协议，支持对丢失或者破坏的数据进行重传，并且按照发送的顺序进行传送
  • 用户数据报协议（User Datagram Protocol， UDP），允许接收方检测被破坏的包，但不保证这些包以正确的顺序床送（或者包有可能更本没有传送）
• UDP比TCP快，TCP称为可靠的协议，UDP不可靠协议。

应用层

• 这个才是程序员关注的关键部分，向用户传送数据的层称为应用层（application layer）。他下面的三层共同定义了数据如何从一台机器到另外一台机器。应用层确定了数据传输后的操作。例如，我们应用层协议HTTP可以确保Web浏览器将图像显示为图片，而不是一堆二进制数据。程序中有关网络的部分大多都是在应用层来实现的。应用层还有其他很多协议，主要取决于应用层具体作用：
  • 用于web的HTTP
  • 用于电子邮件的SMTP，POP，IMAP
  • 用于文件传输FTP，FSP， TFTP
  • 用于文件访问的NFS

HTTP，IP， TCP， UDP

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