網(wǎng)絡(luò)

• 我們生活在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)無(wú)處不在的一個(gè)虛擬世界中，網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)設(shè)備都是一個(gè)節(jié)點(diǎn)。大多是我們的計(jì)算機(jī)，但是他還可以連接其他設(shè)備，例如打印機(jī)，路由器，網(wǎng)關(guān)，你的手機(jī)，智能家居等。我們可以使用java與計(jì)算機(jī)交互，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都有自己的地址，這是唯一識(shí)別節(jié)點(diǎn)的一個(gè)字節(jié)序列。
• 不同網(wǎng)絡(luò)的地址信息會(huì)以不同方式分配，以太網(wǎng)（Ethernet）地址與物理以太網(wǎng)硬件相關(guān)。在硬件生產(chǎn)的時(shí)候，廠家就需要確保硬件地址與其他廠家的硬件地址不沖突。不過(guò)一個(gè)組織運(yùn)行選擇的地址由改組織的internet服務(wù)供應(yīng)商ISP分配，ISP從四個(gè)區(qū)域Internet注冊(cè)機(jī)構(gòu)之一獲得IP地址，而這四個(gè)機(jī)構(gòu)的IP地址由互聯(lián)網(wǎng)名稱與數(shù)學(xué)地址分配機(jī)構(gòu)分配，這其實(shí)就是IP地址。

網(wǎng)絡(luò)分層

• 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)指令是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，我們發(fā)送出去的指令需要轉(zhuǎn)成電信號(hào)，或者wifi，或者光纖中光信號(hào)，傳輸，之后還得在轉(zhuǎn)回成我們發(fā)送出去的指令信息。這個(gè)過(guò)程必須咨詢協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的物理特性以及所發(fā)送數(shù)據(jù)的邏輯特征。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)的軟件必須了解如何避免數(shù)據(jù)包的沖突，將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)為模擬信號(hào)，檢查和修正錯(cuò)誤，將數(shù)據(jù)包從一臺(tái)主機(jī)路由到另外一臺(tái)主機(jī)等。
• 為了對(duì)應(yīng)用開發(fā)人員和最終用戶屏蔽這種復(fù)雜性，網(wǎng)絡(luò)通信的不同方面被分解為多個(gè)層，每一層標(biāo)識(shí)為物理硬件（即線纜和電流）與傳輸信息之間的不同抽象層次（相當(dāng)于將字節(jié)信息與電信號(hào)光信號(hào)轉(zhuǎn)換），每一層都只與緊挨著的上下層進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。將網(wǎng)絡(luò)分層，這樣就可以修改，替換某一層的軟件，只要層與層之間的接口保持不變，就不會(huì)影響其他層。
• 以下圖顯示網(wǎng)絡(luò)中可能存在的一些協(xié)議棧。雖然現(xiàn)在的Internet上中間層現(xiàn)已相當(dāng)穩(wěn)定，但是上層，下層的協(xié)議變化還是比較大的，郵箱主機(jī)用Ethernet，有些是Wifi等，但是這并不影響其他層協(xié)議，因?yàn)樗麄兌及匆?guī)范實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的接口，每層都按規(guī)范實(shí)現(xiàn)，完成數(shù)據(jù)上的交互，這樣分層模型實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)硬件的物理特征，以及網(wǎng)絡(luò)連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的解耦。

• 分層模型還是有多種的，分別適合特定類型的網(wǎng)絡(luò)，我們用最典型的Internet標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP四層模型來(lái)講解。如下圖。
  

• 上圖模型中，應(yīng)用程序例如Chrom，FireFox，運(yùn)行在應(yīng)用層，只與傳輸層進(jìn)行交互。傳輸層只與應(yīng)用層，網(wǎng)際層交互，網(wǎng)際層只與主機(jī)網(wǎng)絡(luò)層，傳輸層交互，絕不會(huì)跨層級(jí)交互。主機(jī)網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)電纜，光纖或者其他媒介將數(shù)據(jù)移動(dòng)到遠(yuǎn)程系統(tǒng)的主機(jī)網(wǎng)絡(luò)層，然后在通過(guò)上述各層將數(shù)據(jù)逐級(jí)上移傳輸?shù)竭h(yuǎn)程系統(tǒng)的應(yīng)用層。

• 拿Chrom瀏覽器來(lái)舉例

  • 當(dāng)瀏覽器輸入網(wǎng)址，向Web服務(wù)器發(fā)送獲取網(wǎng)頁(yè)的請(qǐng)求時(shí)候，瀏覽器實(shí)際上只是與本地客戶機(jī)器的傳輸層在對(duì)話。

  • 傳輸層將請(qǐng)求分解為TCP片，向數(shù)據(jù)添加序列號(hào)和校驗(yàn)號(hào)，然后將請(qǐng)求傳遞給本地網(wǎng)際層

  • 網(wǎng)際層根據(jù)本地網(wǎng)絡(luò)所需的大小將TCP片分成IP數(shù)據(jù)報(bào)，并床底到主機(jī)網(wǎng)絡(luò)層以便通過(guò)線纜或光線傳輸數(shù)據(jù)

  • 主機(jī)網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為適合特定物理介質(zhì)的模擬信號(hào)（光，電）將請(qǐng)求發(fā)送到線纜，光纖，

  • 目標(biāo)地址的遠(yuǎn)程系統(tǒng)的主機(jī)網(wǎng)絡(luò)層可以由此讀取請(qǐng)求。

  • 遠(yuǎn)程系統(tǒng)的主機(jī)網(wǎng)絡(luò)層將模擬信號(hào)解碼為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，將生產(chǎn)的IO數(shù)據(jù)報(bào)床底給服務(wù)器的網(wǎng)際層

  • 網(wǎng)際層簡(jiǎn)單的檢查IP數(shù)據(jù)報(bào)是否被破壞，如果已經(jīng)分片則重組數(shù)據(jù)，然后傳遞給服務(wù)器傳輸層

  • 傳輸層檢查是否所有數(shù)據(jù)都已到達(dá)，對(duì)于丟失或者破壞的部分則要求重傳（在來(lái)一次以上過(guò)程，對(duì)應(yīng)用層透明），此時(shí)當(dāng)傳輸層接收到足夠多的鏈接順序數(shù)據(jù)報(bào)，就將其重組寫入一個(gè)流，由服務(wù)器應(yīng)用層上運(yùn)行的Web服務(wù)器讀取，

  • 服務(wù)器響應(yīng)這個(gè)請(qǐng)求，在通過(guò)服務(wù)器系統(tǒng)的各個(gè)分層發(fā)回消息，通過(guò)Internet進(jìn)行傳輸并發(fā)給web客戶端。

主機(jī)網(wǎng)絡(luò)層

• 主機(jī)網(wǎng)絡(luò)層處在最高的位置，他離java程序員最遠(yuǎn)的一個(gè)層級(jí)，在基于IP的internet標(biāo)準(zhǔn)參考模型中，網(wǎng)絡(luò)中隱藏不是屬于主機(jī)網(wǎng)絡(luò)層（也稱為數(shù)據(jù)鏈路層），主機(jī)網(wǎng)絡(luò)層定義了特定的網(wǎng)絡(luò)接口（以太網(wǎng)，WIFI等）如何通過(guò)物理連接向本地網(wǎng)絡(luò)或者時(shí)間其他地方發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)，他由連接不同計(jì)算機(jī)的硬件（光纖，電纜，無(wú)線電）組成的部分有時(shí)稱為網(wǎng)絡(luò)的物理層，開發(fā)人員無(wú)需擔(dān)心這一層除非網(wǎng)線斷了，對(duì)開發(fā)人員透明。

網(wǎng)際層

• 網(wǎng)絡(luò)的下一次，這是開發(fā)需要考慮的第一層，在OSI模型中，網(wǎng)際層還稱為網(wǎng)絡(luò)層，定義了數(shù)據(jù)位和字節(jié)如何組織成為更大的分組，叫他包，還定義了尋址機(jī)制，不同計(jì)算機(jī)按照固定算法去查找對(duì)方。網(wǎng)際協(xié)議（IP）就是現(xiàn)在使用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，也是java唯一理解的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。這個(gè)協(xié)議是兩個(gè)：
  • IPV4，使用32位地址
  • IPV6，使用128位地址
• IPV4，IPV6中，數(shù)據(jù)按包在網(wǎng)際層傳輸，這些包稱為數(shù)據(jù)報(bào)datagram。每個(gè)IPV4數(shù)據(jù)報(bào)包含一個(gè)長(zhǎng)度20~60字節(jié)的首部，以及一個(gè)包含65515字節(jié)的數(shù)據(jù)的有效荷載（payload）。實(shí)際上每個(gè)IPV4都比較小，從幾十字節(jié)到8K字節(jié)不等，IPV6則包含更大的首部，數(shù)據(jù)可以達(dá)到4G字節(jié)
• 下圖展示各個(gè)部分IPV4數(shù)據(jù)報(bào)中是如何排列的，所有位和字節(jié)都采用big-endian方式，由左到右為高位到低位：
  
• 網(wǎng)際層除了路由與尋址，網(wǎng)際層第二個(gè)左右是支持不同類型主機(jī)網(wǎng)絡(luò)層互相對(duì)話。Internet路由器會(huì)完成WIRI和Ethernet， Ethernet和DSL， DSL和光纖往返等協(xié)議直接的轉(zhuǎn)換，如果沒(méi)有網(wǎng)際層，或者類似的分層，子每個(gè)計(jì)算機(jī)只能與同一類網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī)對(duì)話。
• 網(wǎng)際層負(fù)責(zé)使用同構(gòu)協(xié)議將異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)相互連接

傳輸層

• 因?yàn)樵紨?shù)據(jù)報(bào)有一定缺陷。比如不保證可靠創(chuàng)術(shù)，即使能傳送也可能被破壞。首部校驗(yàn)只能檢測(cè)首部的破壞情況，而不能檢測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)中的數(shù)據(jù)部分。最后即使數(shù)據(jù)能夠到大，不被破壞，也不一定是按照我們預(yù)定的順序到大。各個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)過(guò)的路由過(guò)程完全不一樣的，即使先發(fā)送也不一定先到。
• 傳輸層（transport layer）負(fù)責(zé)確保各個(gè)包以發(fā)送順序接受，并保證沒(méi)有數(shù)據(jù)丟失或者被破壞，如果丟包，傳輸層請(qǐng)求重發(fā)。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，IP網(wǎng)絡(luò)會(huì)給每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)添加一個(gè)附加首部，其中包含有更多信息。這一層協(xié)議有兩個(gè)：
  • 傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol TCP），這個(gè)是一個(gè)開銷高的協(xié)議，支持對(duì)丟失或者破壞的數(shù)據(jù)進(jìn)行重傳，并且按照發(fā)送的順序進(jìn)行傳送
  • 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（User Datagram Protocol， UDP），允許接收方檢測(cè)被破壞的包，但不保證這些包以正確的順序床送（或者包有可能更本沒(méi)有傳送）
• UDP比TCP快，TCP稱為可靠的協(xié)議，UDP不可靠協(xié)議。

應(yīng)用層

• 這個(gè)才是程序員關(guān)注的關(guān)鍵部分，向用戶傳送數(shù)據(jù)的層稱為應(yīng)用層（application layer）。他下面的三層共同定義了數(shù)據(jù)如何從一臺(tái)機(jī)器到另外一臺(tái)機(jī)器。應(yīng)用層確定了數(shù)據(jù)傳輸后的操作。例如，我們應(yīng)用層協(xié)議HTTP可以確保Web瀏覽器將圖像顯示為圖片，而不是一堆二進(jìn)制數(shù)據(jù)。程序中有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的部分大多都是在應(yīng)用層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)用層還有其他很多協(xié)議，主要取決于應(yīng)用層具體作用：
  • 用于web的HTTP
  • 用于電子郵件的SMTP，POP，IMAP
  • 用于文件傳輸FTP，FSP， TFTP
  • 用于文件訪問(wèn)的NFS

HTTP，IP， TCP， UDP

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的网络编程-网络分层的意义的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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