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2021-04-29  本文已影响0人  大队辅导猿

网络基础

计算机网络分层

tcpip.jpg
OSI七层网络模型(从下往上)：
  • 物理层(Physical)：设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的 环境。可以理解为网络传输的物理媒体部分，比如网卡，网线，集线器，中继器，调制解调器等！ 在这一层，数据还没有被组织，仅作为原始的位流或电气电压处理，这一层的单位是:bit比特
  • 数据链路层(Datalink)：可以理解为数据通道，主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行 数据的可靠传递，改层作用包括：物理地址寻址，数据的成帧，流量控制，数据检错以及重发等！ 另外这个数据链路指的是：物理层要为终端设备间的数据通信提供传输媒体及其连接。媒体是 长期的，连接是有生存期的。在连接生存期内，收发两端可以进行不等的一次或多次数据通信。 每次通信都要经过建立通信联络和拆除通信联络两过程！这种建立起来的数据收发关系~ 该层的设备有：网卡，网桥，网路交换机，另外该层的单位为：帧
  • 网络层(Network)：主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发 送方路由到接收方，所谓的路由与寻径：一台终端可能需要与多台终端通信，这样就产生的了 把任意两台终端设备数据链接起来的问题！简单点说就是：建立网络连接和为上层提供服务！ 该层的设备有：路由！该层的单位为：数据包，另外IP协议就在这一层！
  • 传输层(Transport)：向上面的应用层提供通信服务，面向通信部分的最高层，同时也是 用户功能中的最低层。接收会话层数据，在必要时将数据进行分割，并将这些数据交给网络 层，并且保证这些数据段有效的到达对端！所以这层的单位是：数据段；而这层有两个很重要 的协议就是：TCP传输控制协议与UDP用户数据报协议，这也是本章节核心讲解的部分！
  • 会话层(Session)：负责在网络中的两节点之间建立、维持和终止通信。建立通信链接， 保持会话过程通信链接的畅通，同步两个节点之间的对话，决定通信是否被中断以及通信中断时 决定从何处重新发送，即不同机器上的用户之间会话的建立及管理！
  • 表示层(Presentation)：对来自应用层的命令和数据进行解释，对各种语法赋予相应 的含义，并按照一定的格式传送给会话层。其主要功能是"处理用户信息的表示问题，如编码、 数据格式转换和加密解密，压缩解压缩"等
  • 应用层(Application)：OSI参考模型的最高层，为用户的应用程序提供网络服务。 它在其他6层工作的基础上，负责完成网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，建立与结束使用者之间的联系，并完成网络用户提出的各种网络服务及应用所需的监督、管理和服务等各种协议。此外，该层还负责协调各个应用程序间的工作。应用层为用户提供的服务和协议有：文件服务、目录服务、文件传输服务（FTP）、远程登录服务（Telnet）、电子邮件服务（E-mail）、打印服务、安全服务、网络管理服务、数据库服务等。

TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括许多协议，组成了TCP/IP协议簇。 TCP/IP协议簇分为四层，IP位于协议簇的第二层(对应OSI的第三层)，TCP位于协议簇的第三层 (对应OSI的第四层)。TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供 的网络来完成自己的需求。这4层分别为：

  • 应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、 网络远程访问协议（Telnet）等。
  • 传输层：在此层中，它提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议（TCP）、 用户数据报协议（UDP）等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中， 这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。
  • 网络互连层：负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目 的主机（但不检查是否被正确接收），如网际协议（IP）。
  • 主机到网络层：对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络 （如Ethernet、Serial Line等）来传送数据。

IP地址&端口号

IP地址

ip.jpg

端口号

ip&port.jpg

端口号规定为16位，即允许一个IP主机有2的16次方65535个不同的端口。其中：

在Socket使用时，可以用1024~65535的端口号

C/S结构

如图：


c&s.png

可以看出，Socket的使用可以基于TCP或者UDP协议。

TCP&UDP

TCP

这样就完成TCP三次握手 = 一条TCP连接建立完成 = 可以开始发送数据

  1. 三次握手期间任何一次未收到对面回复都要重发。
  2. 最后一个确认报文段发送完毕以后，客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态。

为什么TCP建立连接需要三次握手？

答：防止服务器端因为接收了早已失效的连接请求报文从而一直等待客户端请求，从而浪费资源

  • “已失效的连接请求报文段”的产生在这样一种情况下：Client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。
  • 这是一个早已失效的报文段。但Server收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是Client再次发出的一个新的连接请求。
  • 于是就向Client发出确认报文段，同意建立连接。
  • 假设不采用“三次握手”：只要Server发出确认，新的连接就建立了。
  • 由于现在Client并没有发出建立连接的请求，因此不会向Server发送数据。
  • 但Server却以为新的运输连接已经建立，并一直等待Client发来数据。>- 这样，Server的资源就白白浪费掉了。

以上答案只是表象，没有说到本质上去

那么本质是 因为tcp是全双工，为保证传输的可靠性，需要给每次传输的数据段添加序号，那么初始的序列号就是tcp三次握手真正的意义所在，而为了确保交换双方的初始序号，最少需要三次才行

采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生：

为什么TCP释放连接需要四次挥手？

为了保证双方都能通知对方“需要释放连接”，即在释放连接后都无法接收或发送消息给对方

三次握手&四次挥手面试题总结

  1. 三次握手是什么或者流程？四次握手呢？答案前面分析就是。

  2. 为什么建立连接是三次握手，而关闭连接却是四次挥手呢？

    这是因为服务端在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时，当收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，己方也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即close，也可以发送一些数据给对方后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，己方ACK和FIN一般都会分开发送。

UPD

Java中对于网络提供的几个关键类

针对不同的网络通信层次，Java给我们提供的网络功能有四大类：

Socket

什么是Socket？

Socket通信模型

socket_cs.jpg

Socket通信步骤

Socket服务端的编写
 public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建一个服务器端Socket，即ServerSocket，指定绑定的端口，并监听此端口
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(12345);
        InetAddress address = InetAddress.getLocalHost();
        String ip = address.getHostAddress();
        Socket socket = null;
        //2.调用accept()等待客户端连接
        System.out.println("~~~服务端已就绪，等待客户端接入~，服务端ip地址: " + ip);
        socket = serverSocket.accept();
        //3.连接后获取输入流，读取客户端信息
        InputStream is=null;
        InputStreamReader isr=null;
        BufferedReader br=null;
        OutputStream os=null;
        PrintWriter pw=null;
        is = socket.getInputStream();     //获取输入流
        isr = new InputStreamReader(is,"UTF-8");
        br = new BufferedReader(isr);
        String info = null;
        while((info=br.readLine())!=null){//循环读取客户端的信息
            System.out.println("客户端发送过来的信息" + info);
        }
        socket.shutdownInput();//关闭输入流
        socket.close();
    }
Socket客户端的编写
public static void main(String ... args) throws Exception{
        //1.创建客户端Socket，指定服务器地址和端口
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 12345);
        //2.获取输出流，向服务器端发送信息
        OutputStream os = socket.getOutputStream();//字节输出流
        PrintWriter pw = new PrintWriter(os);//将输出流包装为打印流
        //获取客户端的IP地址
        InetAddress address = InetAddress.getLocalHost();
        String ip = address.getHostAddress();
        pw.write("客户端：~" + ip + "~ 接入服务器！！");
        pw.flush();
        socket.shutdownOutput();//关闭输出流
        socket.close();
    }
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