网络基础知识

　　网络编程的目的：直接或间接地通过网络协议与其他计算机进行通讯。

　　网络编程中有两个主要的问题：

　　1.如何准确地定位网络上一台或多台主机。

　　2.找到主机后如何可靠高效地进行数据传输。

　　目前较为流行的网络编程模型是客户端/服务器（C/S）结构。

　　即通信双方一方作为服务器等待客户提出请求并予以相应。客户则在需要服务时向服务器提出申请。

　　服务器始终运行，监听网络端口，一旦有客户请求，就会启动一个服务线程来响应该客户，同时自己继续监听服务窗口，使后来的客户也能及时得到服务。

IP地址

　　IP网络中每台主机都必须有一个唯一的IP地址，IP地址是一个逻辑地址。

　　英特网上的IP地址具有全球唯一性。

　　32位，四个字节，常用点分十进制的格式表示。

　　例如：192.168.0.200

协议

　　为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定。（=语义+语法+规则）。

　　不同层具有各自不同的协议。

ISO/OSI七层参考模型

　　网络体系结构解决异质性问题采用的是分层的方法——把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的、单一的问题，在不同层上予以解决。

　　OSI(Open System Interconnection)参考模型将网络的不同功能划分为7层：

　　应用层：处理网络应用

　　表示层：数据表示

　　会话层：主机间通信

　　传输层：端到端的连接

　　网络层：寻址和最短路径

　　数据链路层：介质访问（接入）

　　物理层：二进制传输

　　通信实体的对等层之间不允许直接通信，各层之间是严格的单向依赖，上层（Service user）使用下层提供的服务，下层（Service provider）向上层提供服务。

　　对等层通信的实质：对等层实体之间虚拟通信，下层向上层提供服务，实际通信在最底层完成。

OSI各层所使用的协议：

　　应用层：Telnet、FTP、HTTP、DNS、SMTP、POP3

　　传输层：TCP、UDP

　　TCP：面向连接的可靠的传输协议。

　　UDP：是无连接的，不可靠的传输协议。

　　网络层：IP、ICMP、IGMP

端口

　　在互联网上传输的数据都包含有用来识别目的地的IP地址和端口号。

　　IP地址用来标识网络上的计算机，而端口号用来指明该计算机上的应用程序。

　　端口是一种抽象的软件结构（包括一些数据结构和I/O缓冲区）。

　　应用程序通过系统调用与某端口建立连接（binding）后，传输层传给该端口的数据都被相应的进程所接收，相应进程发给传输层的数据都通过该端口输出。

　　端口用一个整数型标识符来表示，即端口号。

　　端口号跟协议相关，TCP/IP传输层的两个协议TCP和UDP是完全独立的两个软件模块，因此各自的端口号也相互独立，端口通常称为协议端口（protocol port），简称端口。

　　端口使用一个16位的数字来表示，它的范围是0~65535，1024以下的端口号保留给预定义的服务。例如，http使用80端口。

数据封装

　　一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，打包的过程称为封装。

　　封装就是在数据前面加上特定的协议头部。

　　OSI参考模型中，对等层协议之间的交换的信息单元称为协议数据单元（PDU, Protocol Data Unit）。

　　OSI参考模型中的每一层都要依靠下一层提供的服务。

　　为了提供服务，下层把上层的PDU作为本层的数据封装，然后加入本层的头部（和尾部）。头部中含有完成数据传输所需的控制信息。

　　这样，数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，其外面实际上被包封了多层“信封”。

两类传输协议：TCP,UDP

TCP

　　TCP是Transfer Control Protocol（传输控制协议）的简称，是一种面向连接的保证可靠传输的协议。

　　在TCP/IP协议中，

　　IP层主要负责网络主机的定位，数据传输的路由，由IP地址可以唯一确定Internet上的一台主机。

　　而TCP层则提供面向应用的可靠的或非可靠的数据传输机制，这是网络编程的主要对象，一般不需要关心IP层是如何处理数据的。

　　通过TCP协议传输，得到的是一个顺序的无差错的数据流。

　　发送方和接收方的成对的两个socket之间必须建立连接，以便在TCP协议的基础上进行通信。

　　当一个socket（通常都是server socket）等待建立连接时，另一个socket可以要求进行连接，一旦这两个socket连接起来，它们就可以进行双向数据传输，双方都可以进行发送或接收操作。

　　TCP是一个基于连接的协议，它能够提供两台计算机之间的可靠的数据流。

　　HTTP、FTP、Telnet等应用都需要这种可靠的通信通道。

UDP

　　UDP是User Datagram Protocol的简称，是一种无连接的协议。

　　UDP是从一台计算机向另一台计算机发送称为数据报的独立数据包的协议，该协议并不保证数据报是否能正确地到达目的地，它是一个非面向连接的协议。

　　每个数据报都是一个独立的信息，包括完整的源地址或目的地址，它在网络上以任何可能的路径传往目的地，因此能否到达目的地，到达时间以及内容的正确性都是不能保证的。

TCP和UDP的比较

　　使用UDP时，每个数据报中都给出了完整的地址信息，因此无需建立发送方和接收方的连接。

　　对于TCP协议，由于它是一个面向连接的协议，在socket之间进行数据传输之前必然要建立连接，所以在TCP中多了一个连接建立的时间。

　　使用UDP传输数据时是有大小限制的，每个被传输的数据报必须限定在64KB之内。

　　TCP没有这方面的限制，一旦连接建立起来，双方的socket就可以按统一的格式传输大量的数据。

　　UDP是一个不可靠的协议，发送方所发送的数据报并不一定以相同的次序到达接收方。

　　TCP是一个可靠的协议，它确保接收方完全正确地获取发送方所发送的全部数据。

　　可靠的传输是要付出代价的，对数据内容正确性的检验必然占用计算机的处理时间和网络的带宽。因此TCP传输的效率不如UDP高。

　　TCP在网路通信上有极强的生命力，例如远程连接（Telnet）和文件传输（FTP）都需要不定长度的数据被可靠地传输。

　　相比之下UDP操作简单，而且仅需要较少的监护，因此通常用于局域网高可靠性的分散系统中client/server应用程序。

　　此处推荐书籍《TCP/IP详解》，分三卷。

TCP/IP模型

　　TCP/IP模型包括四个层次：

　　应用层

　　传输层

　　网络层

　　网络接口

　　TCP/IP与OSI参考模型的对应关系：

JDK中的网络类

　　通过java.net包中的类，java程序能够使用TCP或UDP协议在互联网上进行通讯。

　　Java通过扩展已有的流式输入/输出接口和增加在网络上建立输入/输出对象特性这两个方法支持TCP/IP。

　　Java支持TCP和UDP协议族。

　　TCP用于网络的可靠的流式输入/输出。

　　UDP支持更简单的、快速的、点对点的数据报模式。