网络编程学习笔记网络模型及网络要素简介

Posted 2020-09-18 Megustas_JJC

网络模型

OSI参考模型

OSI（Open System Interconnection，开放系统互联）参考模型，由上至下：

应用层：主要是一些终端的应用，完成对数据的解析，比如FTP（各种文件的下载）、WEB（IE浏览器）与QQ之类的终端应用，浏览器是中超强解析器，但是例如发送一个QQ消息，对应只能使用QQ对其进行解析。

表示层：主要对接受的数据进行解释，加密与解密，压缩与解压缩（也就是把计算机能够识别的东西转换成人能够识别的东西，例如声音、图片等）。

会话层：通过传输层（端口号：传输端口和接收端口）建立数据传输的通路。主要在系统之间发起会话或者接受会话请求（设备之间相互认识可以是IP，MAC地址或者主机名）。

传输层：定义传输数据的协议和端口号，即按照什么样的规则将数据发送出去，如TCP，UDP。主要将从下层接收到的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组，通常把这一层的数据叫作段。

网络层：主要将从下层收到的数据进行IP地址（例192.168.0.1）的封装与解封装，在这一层工作的是路由器，往往决定数据要发向哪一台主机，常把这一层的数据叫作数据包。

数据链路层：主要从物理层接受数据，对其进行MAC地址（网卡的地址（可以配置IP地址，例如192.1.1.100）也可以配置物理地址，可以理解为一个编号，出厂时便携带，唯一，即网卡可以变换IP地址，但是无法变换MAC地址）的封装与解封装。常把这一层的数据称为帧，在这一层工作的设备是交换机，数据通过交换机来传输。

物理层：定义物理设备标准，如网线接口类型，光纤的接口类型，它的主要作用是传输比特流（即数模转换和模数转换），这一层的数据叫作比特。

demo：
发送一个数据，由A到B，在A的应用层时，其会给数据封装一个标记，例如这个数据是通过QQ发送，会封装一个QQ的壳；到达表示层解释，例如发现是图片数据；在会话层，要与谁进行传输，建立一个会话，会再封装一层信息；通过什么样的方式传输数据，例如TCP，在传输层封装这个信息；发给哪一个IP地址，网络层；数据链路层：对应哪个MAC地址，即交换机会去执行；物理层：变成01码进行传输。

发送中各种的作用：对数据进行封装并加上标识。

接收端B：实际上可以看作是发送的一个逆过程，相当于一层层的拆包

TCP/IP参考模型

TCP/IP参考模型是四层结构：

应用层（相当于OSI模型中的应用层、表示层、会话层）

传输层

网际层

主机至网络层（OSI模型中的数据链路层与物理层）

网络要素-IP地址

IP地址：InetAddress（存在于网际层）

• 网络中设备的标识
• 不易记忆，可以使用主机名
• 本地回环地址：127.0.0.1（每台机器都有，只为用来访问本机用） 主机名：localhost

在java.net包下
直接已知子类：Inet4Address（IPV4）与Inet6Address（IPV6)

如下是一个InetAddress的一个demo：

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class IPDemo {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        //获取本地主机ip地址对象
        InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost();//会抛出异常
        System.out.println(ip.getHostAddress());//获取主机地址
        System.out.println(ip.getHostName());//获取主机名

        //获取其他主机的ip地址对象
        ip = InetAddress.getByName("192.168.1.100");
        System.out.println(ip.getHostAddress());//获取主机地址
        /*
        此步运行可回慢，因为解析时会对应搜索映射列表，如果不存在即解析不出来，无法获得name
         */
        System.out.println(ip.getHostName());//获取主机名


        //获取百度ip地址对象
        ip = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
        System.out.println(ip.getHostAddress());//获取主机地址
        System.out.println(ip.getHostName());//获取主机名


    }
}

结果：

对于一些结果的原因可以通过如下域名解析来进行加深理解。

域名解析

假设主机有一个IP地址是10.1.1.1，主机里存放sina的网页资源

进行访问正常应该http://10.1.1.1进行访问，访问其他主机必须通过IP进行访问，由于互联网上主机非常多，IP地址也非常多，很难记忆。通过给主机“起名字”的方式：
www.sina.com.cn：www主机名称，sina域名（sina域中有www主机，同理sports.sina.com.cn，sina中的sports主机）,com表示表示所属组织，表示商业组织，盈利为主，org表示非盈利，cn表示所属国家

为什么通过http://www.sina.com.cn可以访问到sina主机？
IP与名字是具有对应关系的，在互联网上有很多台公共服务器，上面存储着这些IP地址与名字的对应关系的列表，因此先通过DNS（域名解析服务器）对sina进行域名解析找到IP地址。使用什么DNS服务器解析无所谓，只要DNS中有目标的映射列表即可，不过为了效率一般使用“就近的”DNS。

在本机里填加域名解析列表配置：在C:\\Windows\\System32\\drivers\\etc\\hosts文件中加入配置即可，例如

127.0.0.1 localhost
192.168.1.100 www.megustas.com

因此在解析192.168.1.100 时

ip = InetAddress.getByName(“192.168.1.100”);
System.out.println(ip.getHostName());

得到的是www.megustas.com

域名解析时最先使用的是本地的配置文件，解析失败时再使用互联网中的DNS

那么如何使局域网中的机器都可以访问www.megustas.com？
可以在局域网某一台电脑内安装一个DNS服务软件，把需要的对应映射配置进行，在其他机器进行访问需要做的操作就是在首选DNS服务器配置的地方配置下DNS即可

屏蔽一些网站，使一些网站打不开，比如不想登陆www.game18.com这样一个网站，可以在本地映射列表中添加如下映射：

127.0.0.1 www.game18.com

这样当进行域名解析时会率先使用本地DNS解析，而不使用互联网中的DNS，例如360屏蔽恶意网址也是使用如上原理。

网络要素-端口

假设使用QQ要向192.168.1.1的主机发送数据，数据到达192.168.1.1时，如何判断用主机中的哪个应用程序进行解析，也就是说如何进行这些应用程序的标识区分？

通过端口就可以实现如上的需求，通过（逻辑）端口来给程序分配标识

端口号：

• 用于标识进程的逻辑地址，不同进程有不同的标识标识
• 有效端口：0-65535，其中0-1024系统使用或保留端口，系统一些服务使用这些端口。

例如通过360可以看到各个程序所在使用的端口：

防火墙通过禁用端口就可以实现禁用某个程序。

网络要素-传输协议

协议即规则，传输协议就是指进行传输的两端按照什么样的方式进行数据的传递。

常见协议：TCP与UDP

UDP

• 将数据及源和目的封装在数据包中，然后将数据包发送出去，不需要建立连接（跟去邮局发快递一样，将发的东西放在包裹里，外面贴上地址），因此地址可能是无效地址，但是并不影响，其依旧会封装之后发送出去，因此不需要建立连接
• 每个数据包的大小限制在64k内（数据大时，分成多个包发送）
• 缺点：因为没有连接，是不可靠协议（因为目的地址可能是无效的）
• 优点：速度快
• 例子：对讲机就是使用UDP，当一方使用时进行对讲（并不知道对方是否在），如果对方在，使用对讲机将会收到信息，如果不在使用，将收不到信息。QQ视频聊天也是UDP。

TCP

• 必须建立连接，形成传输数据的通道（即对方必须在，才进行数据传输）
• 在连接中进行大量数据传输
• 通过三次握手完成连接，是可靠协议（不会出现丢包的情况）
• 由于TCP是全双工的，因此每个方向上都必须单独进行关闭，因此是四次断开
• 必须建立连接，效率会稍低

Java Socket

Scoket可以分为两种类型：面向连接的Socket通信协议和面向无连接的Socket通信协议。任何一个Socket都是由IP地址和端口号唯一确定的。Java是通过传统的Socket来实现网络通信的，以服务端为例，其实现基本流程：
open：打开ServerSocket连接-》accept：接受连接-》read：读取数据-》seldf：发送数据-》close:关闭数据