网络协议系列一 - 基本认识

Posted 2021-06-26 1024星球

互联网的出现，彻底改变了人们的生活方式，足不出户就可以购物、聊天、看电影、买车票等。

思考：数据是如何从一个设备传递到另一个设备的？

这一切都是由网络协议来规定的。没有网络协议，就没有今天的互联网/物联网。

一、搭建环境

要想真正了解网络之间数据如何传输？协议的约束条件？就需要一套能够发起网络请求和处理请求的环境。

1.1. 客户端

使用浏览器即可（会基本的html+CSS+JS即可）。

1.2. 服务端

以Java为例。

1.2.1. 必装工具

• JDK：https://www.oracle.com/java/technologies/javase-downloads.html

• Tomcat：https://tomcat.apache.org/

• Intellij IDEA Ultimate：https://www.jetbrains.com/idea/download/

运行Tomcat

Windows：/tomcat-package/bin/startup.bat

Mac或Linux：/tomcat-package/bin/startup.sh

1.2.2. Java的跨平台原理

JVM（Java Virtual Machine）：Java虚拟机。

Java跨平台：一次编译，到处运行。

• 编译生成和平台无关的字节码文件（class文件）
• 由对应平台的JVM解析字节码为机器指令（010101）
• 如果代码有语法错误，将编译失败，并不会生成字节码文件（失败后不会运行JVM程序，最终导致Java程序运行失败）

1.2.3. C/C++的跨平台原理

C/C++的跨平台：使用平台相关的编译器生成对应平台的可执行文件。

扩展：C++的是C Plus Plus的简写。

1.2.4. 客户端和服务器交互

客户端发送网络请求给服务器，服务器使用Tomcat软件监听客户端发送的请求（含端口号），然后执行对应的Java代码把结果返给客户端。而字节码文件需要JVM运行环境才能正常运行（Tomcat本身也是Java编写的）。

1.3. 网络抓包工具

浏览器（Chrome、Firefox）、Fiddler、Wireshark、Charles

1.4. 模拟网络工具

用来模拟网络环境（交换机、路由器之间的切换）。

Xshell（只有Windows版本）、Packet Tracer（注册地址）、GNS3

二、什么是协议？

在生活中我们会经常遇到租房协议，协议内容约束了房东和房客之间的关系和条件。但租房协议基本没有统一（基本上每个人的租房协议格式都不太一样），让双方在法律层面都有所顾忌。试想一下，如果租房协议有一个国家/国际标准，会怎么样呢？

2.1. OSI

网络协议的概念基本和上面的描述一致，客户端向服务端发送数据，服务端向客户端响应数据，如果没有固定的标准数据格式，就会产生数据混乱，而且极其低效。所以为了更好地促进互联网网络的发展，国际标准化组织ISO在1985年制定了网络互连模型OSI。

OSI参考模型（Open System Interconnect Reference Model），具有7层结构：

2.2. TCP/IP

在实际应用场景中，其实只有4层，即TCP/IP协议：

在学校或学术研究机构，会把数据链路层也加上去，因为数据链路层和物理层非常重要，对了解数据传输本质有关键性作用。

2.3. Client-Server

客户端请求服务端过程：

客户端的数据经过每一层格式化包装后，通过物理层传给服务端，然后服务端反向解包最终得到客户端传入的原始数据。

无论是什么协议，都要经过上面的过程。因为不同协议区别基本上是在应用层。