Java【网络原理】（1）初识网络
目录
1.前言
2.正文
2.1基础知识
2.2协议分层（tcp/ip五层网络模型）
2.3网络数据通信的基本流程
2.3.1数据发送过程
2.3.2数据接收过程
3.小结
1.前言
断更又是许久，再次回归又是一个新的开始，希望我们都能继加油。今天来给大家分享的是初始网络的内容，那么废话不多说让我们开始吧。
2.正文
2.1基础知识
在这一部分，我们为了后面的讲解，先讲解几个基础的概念，其中包括服务端与客户端，局域网和广域网，路由器和交换机，ip地址与端口号：
客户端（Client）与服务端（Server）
客户端是发起请求的一方，通常是指用户使用的设备或软件，如浏览器、手机应用、桌面软件等。
服务端是接收请求并提供服务的一方，通常是指运行在服务器上的软件或系统，如Web服务器、数据库服务器、应用服务器等。
客户端和服务端之间的通信需要遵循一定的协议，服务端在运行时会监听一个或多个端口号，客户端通过指定的端口号向服务端发送请求。客户端向服务端发送请求，服务端接收请求后，根据请求的内容进行处理，并生成响应。
局域网（LAN）与广域网（WAN）
局域网（LAN）：覆盖小范围地理区域（如家庭、办公室、校园），通过以太网或Wi-Fi连接设备，具有高带宽和低延迟特性。
广域网（WAN）：覆盖大范围地理区域（如城市、国家、全球），通过光纤、卫星或运营商网络连接不同局域网，带宽较低且依赖第三方基础设施。
局域网是广域网的组成单元，广域网通过路由技术将多个局域网互联，形成更大规模的网络（如互联网）。例如，企业的分支办公室通过广域网（如VPN）连接到总部局域网，实现数据共享。
路由器与交换机
路由器：工作于网络层（OSI第3层）（后文会讲这个协议），根据IP地址在不同网络间转发数据（如连接LAN到WAN），具备NAT、防火墙功能。
交换机：工作于数据链路层（OSI第2层），在局域网内基于MAC地址直接转发数据帧，实现设备间高效通信。
在局域网中，交换机负责内部设备互联，而路由器负责局域网与外部网络（如互联网）的通信。例如：家庭中，交换机连接多台电脑，路由器则将整个家庭网络接入互联网。
IP地址与端口号
IP地址：网络层标识符（如
192.168.1.1），用于唯一标识网络中的设备，实现全局寻址。端口号：传输层标识符（如
80、443），用于标识设备上的具体应用程序（服务），范围0-65535。IP地址确定数据发送的目标设备，端口号进一步将数据分配给设备上的特定服务。例如：访问网站时，IP地址定位服务器，端口号（如80）指定HTTP服务，实现“设备→服务”的精准通信。
2.2协议分层（tcp/ip五层网络模型）
在我们知道了一些有关网络的基础知识，接下来就来开始讲解下，网络通信是依照什么展开的：
在网络中，有无数种协议，如果只设计一个协议来处理网络通信中的问题，那会非常麻烦，所以我们在这里先引入协议分层这个重要概念。
协议分层是网络通信的核心设计思想，通过将复杂功能拆分为多个独立的层次，实现模块化开发、简化维护并提升兼容性。
- 解耦复杂性：每层专注单一功能，隐藏底层细节（如物理层不关心数据内容）。
- 标准化接口：层与层之间通过固定接口交互（如传输层向应用层提供
Socket API）。- 灵活扩展：可独立更新某一层协议（如从IPv4升级到IPv6，不影响上层应用）。
类比成寄信过程：
写信（应用层）→ 装信封（传输层）→ 写地址（网络层）→ 贴邮票（数据链路层）→ 投递到邮筒（物理层）。
每层只需完成自身任务，无需关心其他层如何实现。
接下来就是大头了，五层协议具体各负责那部分内容：
1. 物理层
负责通过物理介质（如网线、光纤、无线电波）传输原始比特流（0/1信号）。
定义电气、机械和时序特性（如电压、接口类型、传输速率）。
核心协议/设备：
协议：无特定协议，仅依赖硬件标准（如RJ45、Wi-Fi IEEE 802.11）。
设备：网线、光纤、集线器（Hub）、中继器（Repeater）。
2. 数据链路层
在同一局域网内将比特流组织成数据帧（Frame），实现设备到设备的可靠传输。
通过MAC地址（如
00:1A:2B:3C:4D:5E）标识物理设备，控制物理层访问（如冲突检测）。核心协议/设备：
协议：以太网（Ethernet）、Wi-Fi（802.11）。
设备：交换机（Switch）、网桥（Bridge）。
3. 网络层
实现跨网络的通信，通过IP地址（如
192.168.1.1）标识设备，规划数据传输路径（路由）。将数据封装为数据包（Packet），选择最优路径传递到目标网络。
核心协议/设备：
协议：IP（IPv4/IPv6）、ICMP（用于网络诊断）、BGP/OSPF（路由协议）。
设备：路由器（Router）。
4. 传输层
提供端到端的通信服务，确保数据完整性和可靠性。
通过端口号（如
80、443）区分设备上的不同应用程序。核心协议：
TCP：面向连接，可靠传输（如文件下载、网页访问）。
UDP：无连接，高效但不可靠（如视频流、DNS查询）。
数据单元：段（Segment）（TCP）/ 数据报（Datagram）（UDP）。
5. 应用层
直接面向用户和应用程序，提供网络服务接口（如网页浏览、邮件收发）。
整合OSI模型中应用层、表示层、会话层的功能（如加密、会话管理）。
核心协议：
HTTP（网页）、DNS（域名解析）、SMTP（邮件）、FTP（文件传输）、WebSocket（实时通信）。
实际的例子：
- 主机 工作原理涉及到从物理层到应用层。
- 路由器 工作原理涉及到从物理层到网络层。
- 交换机 工作原理涉及到从物理层到数据链路层。
2.3网络数据通信的基本流程
网络通信的基本流程如下：
2.3.1数据发送过程
1.应用程序获取到用户输入，构造成一个应用层的数据包，这个应用层数据包就会遵守应用层协议。假设我们要发这么一份数据：
tips：何为数据包呢，即结构化数据，发送数据的时候，把结构化数据转化为二进制比特流，接受数据的时候，把二进制比特流转化为结构化数据。
2.应用程序调用传输层层提供的api端口，把数据交给传输层，传输层在拿到数据之后，构造出传输层数据包。传输层协议主要是俩个（TCP和UDP，后面会细讲）：
其中，TCP数据包由TCP报头和TCP载荷组成，其中报头包括（源端口和目的端口）。
3.传输层构造好数据之后，继续调用网络层的api，把传输层的数据包交给网络层，网络层通过IP协议对其进行处理：
其中IP数据包包括IP报头和IP载荷（整个传输层的数据包）。
在这里再诠释一下协议分层的概念，IP协议本身不关系其载荷内容是啥，TCP协议也不关心载荷内容是啥。在网络层报头中，会记录传输层实用的哪个协议。
4. IP协议继续调用数据链路层的API，把IP数据包交给数据链路层，数据链路层中，核心协议“以太网”，以太网这个协议也会在网络层数据包的基础上进一步加工：
其中，以太网数据帧由帧头，载荷和帧尾组成。
截止到目前为止，此时数据还在主机上滴流转嘞。
5.以太网继续这样的数据交给硬件设备（网卡），网卡会将上述二进制数据，最终以光信号（光纤）/电信号（网线）或电磁波信号（wifi）传播出去。
从上层到下层，数据都要进一步加工（添加报头），封装 ，接受方法是从下到上一次解析，分用和分装的逆向过程。
2.3.2数据接收过程
1.数据到达接收方的网卡，网卡把光电信号还原成二进制数据，把二进制数据交给上层数据链路层。
- 网线/光纤来的数据,数据链路层 =>以太网。
- wifi 来的数据,数据链路层 =>802.11 协议。
2. 数据链路层按照以太网协议进行解析把报头和报尾取出来，剩下的载荷，往上传递给网络层。
其中，帧头中记录了网络层应该使用哪个协议。
3.网络层拿到这个数据之后，按照 IP 协议的格式解析。再把载荷数据交给传输层。
IP 报头中也有专门的属性，描述了传输层使用那个协议。
4. 传输层拿到数据之后， 也是类似，按照 TCP 协议来解析，取出载荷，交给应用层。
传输层报头中,通过目的端口号,告知我们数据交给哪个应用程序。
5.最后，解析应用层数据，拿到关键信息，展示到界面上，给出提示。
不同的应用程序,自然使用不同的应用层协议来解析。
3.小结
今天的分享到这里就结束了，喜欢的小伙伴不要忘记点点赞点个关注，你的鼓励就是对我最大的支持，加油！