【JavaEE】初识计算机网络（TCP/IP五层模型及封装和分用）

一、 网络通信基础

网络互连的目的是进行网络通信，也即是网络数据传输，更具体一点，是网络主机中的不同进程间，基于网络传输数据。
那么，在组建的网络中，如何判断到底是从哪台主机，将数据传输到那台主机呢？这就需要使用IP地址来标识。

1.1 IP地址

IP地址用于定位主机的网络地址
（就像我们发送快递一样，需要知道对方的收货地址，快递员才能将包裹送到目的地。）

IP地址解决了网络通信时，定位网络主机的问题，但是还存在一个问题，传输到目的主机后，由哪个进程来接收这个数据呢？这就需要端口号来标识。

1.2 端口号

在网络通信中，IP地址用于标识主机网络地址，端口号可以标识主机中发送数据、接收数据的进程。简单说：端口号用于定位主机中的进程。

注意：两个不同的进程，不能绑定同一个端口号，但一个进程可以绑定多个端口号。

1.3 协议

协议，网络协议的简称，网络协议是网络通信（即网络数据传输）经过的所有网络设备都必须共同遵从的一组约定、规则。

协议（protocol）最终体现为在网络上传输的数据包的格式。

1.4 五元组

在TCP/IP协议中，用五元组来标识一个网络通信：
1. 源IP：标识源主机
2. 源端口号：标识源主机中该次通信发送数据的进程
3. 目的IP：标识目的主机
4. 目的端口号：标识目的主机中该次通信接收数据的进程
5. 协议号：标识发送进程和接收进程双方约定的数据格式

1.5 协议分层

协议分层类似于打电话时，定义不同的层次的协议：

1.6 TCP/IP五层模型(important)

应用层：负责应用程序间沟通，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：不关注中间路径，只关心起点和终点（负责两台主机之间的数据传输）
网络层：两个遥远节点之间的路径规划（负责地址管理和路由选择）
数据链路层：关注两个相邻结点的传输（设备之间的数据帧的传送和识别）
物理层：网络通信的基础设施。网线、光纤、网络接口等。（负责光/电信号的传递方式）

1.7 封装和分用

发送方发送数据，要把数据从上到下，交给依次对应的层次的协议，进行封装
接收方接收数据，要把数据从下到上，交给依次对应的层次的协议，进行解析

下面以QQ发消息为例说明封装和分用的过程：
我作为发送方，在编辑框输入一个消息：“吃饭了吗”。发给姐姐。
则会有如下过程：
（1）应用层（qq）拿到上述用户数据进行封装，封装成应用层数据包（本质就是字符串拼接）

（2）传输层拿到上述数据：
应用层调用传输层的api来处理这个数据
传输层有很多协议，其中最典型的就是TCP和UDP

此处以UDP为例：
UDP针对上述数据包在进行封装：

就是给上述应用层数据包加了“报头”变成数据报，一个典型的数据报结构就是：“报头”+”载荷“。这里应用层数据包作为UDP数据报的”载荷“

（3）传输层到网络层：
此时是一个UDP数据报，接下来把他交给网络层的协议
网络层最常见的协议就是IP协议

加上一个IP协议的报头，整个UDP数据报作为载荷

源IP和目的IP就描述了这次传输最初的起点和最终的终点

（4）网络层交给数据链路层
最典型的协议：以太网（数据链路层和物理层）

给上述的IP数据报加上以太网帧头和帧尾变成以太网数据帧

其中mac地址也叫物理地址，也是描述一个设备在网络上的位置，和IP很相似

（5）数据链路层把上述以太网数据帧交给物理层

物理层把上述二进制数据转换成光信号/电信号/电磁信号，进行传输

以上的操作咱们的操作系统都已经封装好了

而接受的过程和上述刚好相反：从下到上，依次分用：

（1）物理层收到高低电平二进制数据
会对这些信号解析，变成二进制序列

（2）从物理层到数据链路层
把上述二进制序列当成一个以太网数据帧，去掉帧头和帧尾交给网络层：

（3）网络层
此时由网络层的IP协议进行解析数据报，去掉IP报头和其他工作

（4）传输层：
由UDP进行解析，将载荷交给应用层

（5）由qq程序解析应用层数据报并取出下列字段放在程序的界面中

真实的网络传输可能还会经过多个节点：