【javaEE】学完计算机网络，别一问只知道IP和端口！

这里是@那我掉的头发算什么 刷到我，你的博客算是养成了😁😁😁

网络互连

在一开始，计算机是独立工作的，每台计算机负责不同的业务：

随着时代的发展，越来越需要计算机之间互相通信，共享软件和数据，即以多个计算机协同⼯作来完成业务，就有了⽹络互连。 ⽹络互连：将多台计算机连接在⼀起，完成数据共享。 数据共享本质是⽹络数据传输，即计算机之间通过⽹络来传输数据，也称为⽹络通信。 根据⽹络互连的规模不同，可以划分为局域⽹和⼴域⽹。

局域网LAN

局域⽹，即 Local Area Network，简称LAN。 Local 即标识了局域⽹是本地，局部组建的⼀种私有⽹络。 局域⽹内的主机之间能⽅便的进⾏⽹络通信，⼜称为内⽹；局域⽹和局域⽹之间在没有连接的情况下，是⽆法通信的。 局域⽹组建⽹络的⽅式有很多种： 1.基于网线直连

在这里插入图片描述

2.基于集线器组建

在这里插入图片描述

3.基于交换机组建

在这里插入图片描述

4.基于交换机和路由器组建

在这里插入图片描述

⼴域网WAN

⼴域⽹，即 Wide Area Network，简称WAN。 通过路由器，将多个局域⽹连接起来，在物理上组成很⼤范围的⽹络，就形成了⼴域⽹。⼴域⽹内部的局域⽹都属于其⼦⽹。

在这里插入图片描述

如果有北、中、南等分公司，甚⾄海外分公司，把这些分公司以专线⽅式连接起来，即称为“⼴域⽹”。 如果属于全球化的公共型⼴域⽹，则称为互联⽹（⼜称公⽹，外⽹），属于⼴域⽹的⼀个⼦集。 有时在不严格的环境下说的⼴域⽹，其实是指互联⽹。 所谓 “局域⽹” 和 “⼴域⽹” 只是⼀个相对的概念。⽐如，我们有 “天朝特⾊” 的⼴域⽹，也可以看做⼀个⽐较⼤的局域⽹（憋说昂）

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。

IP地址

概念 IP地址主要⽤于标识⽹络主机、其他⽹络设备（如路由器）的⽹络地址。简单说，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。

格式 IP地址是⼀个32位的⼆进制数，通常被分割为4个“8位⼆进制数”（也就是4个字节），如：01100100.00000100.00000101.00000110。 通常⽤“点分⼗进制”的⽅式来表⽰，即 a.b.c.d 的形式（a,b,c,d都是0~255之间的⼗进制整数）。 如：100.4.5.6

端口号

概念 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。 类似发送快递时，不光需要指定收货地址（IP地址），还需要指定收货⼈（端⼝号）。 格式 端⼝号是0~65535范围的数字，在⽹络通信中，进程可以通过绑定⼀个端⼝号，来发送及接收⽹络数据。

问题： 有了IP地址和端⼝号，可以定位到⽹络中唯⼀的⼀个进程，但还存在⼀个问题，⽹络通信是基于⼆进制0/1数据来传输，如何告诉对⽅发送的数据是什么样的呢？ ⽹络通信传输的数据类型可能有多种：图⽚，视频，⽂本等。同⼀个类型的数据，格式可能也不同， 如发送⼀个⽂本字符串“你好！”：如何标识发送的数据是⽂本类型，及⽂本的编码格式呢？ 基于⽹络数据传输，需要使⽤协议来规定双⽅的数据格式。

认识协议

概念 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。如怎么样建⽴连接、怎么样互相识别等。只有遵守这个约定，计算机之间才能相互通信交流。 协议（protocol）最终体现为在⽹络上传输的数据包的格式。

作⽤ 为什么需要协议？ 就好⽐⻅⽹友，彼此协商胸⼝插⽀玫瑰花⻅⾯，这就是⼀种提前的约定，也可以称之为协议

在这里插入图片描述

计算机之间的传输媒介是光信号和电信号。通过 “频率” 和 “强弱” 来表⽰ 0 和 1 这样的信息。要想传递各种不同的信息，就需要约定好双⽅的数据格式。 • 计算机⽣产⼚商有很多； • 计算机操作系统，也有很多； • 计算机⽹络硬件设备，还是有很多； 如何让这些不同⼚商之间⽣产的计算机能够相互顺畅的通信? 就需要有⼈站出来，约定⼀个共同的标准，⼤家都来遵守，这就是⽹络协议；

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

在这里插入图片描述

五元组在⽹络通信中的作⽤，类似于发送快递：

在这里插入图片描述

协议分层

对于⽹络协议来说，往往分成⼏个层次进⾏定义。 什么是协议分层 协议分层类似于打电话时，定义不同的层次的协议：

在这里插入图片描述

在这个例⼦中，我们的协议只有两层；但是实际的⽹络通信会更加复杂，需要分更多的层次。

分层的作用

为什么需要⽹络协议的分层？ 分层最⼤的好处，类似于⾯向接⼝编程：定义好两层间的接⼝规范，让双⽅遵循这个规范来对接。 封装：在代码中，类似于定义好⼀个接⼝，⼀⽅为接⼝的实现类（提供⽅，提供服务），⼀⽅为接⼝的使⽤类（使⽤⽅，使⽤服务）： • 对于使⽤⽅来说，并不关⼼提供⽅是如何实现的，只需要使⽤接⼝即可 • 对于提供⽅来说，利⽤封装的特性，隐藏了实现的细节，只需要开放接⼝即可。

解耦：分层之后，灵活的替换其中的某一层，对整体的影响都较小。

OSI七层模型

OSI：即Open System Interconnection，开放系统互连 • OSI 七层⽹络模型是⼀个逻辑上的定义和规范：把⽹络从逻辑上分为了7层。 • OSI 七层模型是⼀种框架性的设计⽅法，其最主要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输； OSI 七层模型划分为以下七层：

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

OSI 七层模型既复杂⼜不实⽤：所以 OSI 七层模型没有落地、实现。 实际组建⽹络时，只是以 OSI 七层模型设计中的部分分层，也即是以下 TCP/IP 五层（或四层）模型来实现。

TCP/IP五层（或四层）模型

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通讯协议采⽤了5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。

• 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。我们的⽹络编程主要就是针对应⽤层。 • 传输层：负责两台主机之间的数据传输。如传输控制协议 (TCP)，能够确保数据可靠的从源主机发送到⽬标主机。 • ⽹络层：负责地址管理和路由选择。例如在IP协议中，通过IP地址来标识⼀台主机，并通过路由表的⽅式规划出两台主机之间的数据传输的线路（路由）。路由器（Router）⼯作在⽹路层。 • 数据链路层：负责设备之间的数据帧的传送和识别。例如⽹卡设备的驱动、帧同步(就是说从⽹线上检测到什么信号算作新帧的开始)、冲突检测(如果检测到冲突就⾃动重发)、数据差错校验等⼯作。有以太⽹、令牌环⽹，⽆线LAN等标准。交换机（Switch）⼯作在数据链路层。 • 物理层：负责光/电信号的传递⽅式。⽐如现在以太⽹通⽤的⽹线(双绞 线)、早期以太⽹采⽤的的同轴电缆(现在主要⽤于有线电视)、光纤，现在的wifi⽆线⽹使⽤电磁波等都属于物理层的概念。物理层的能⼒决定了最⼤传输速率、传输距离、抗⼲扰性等。集线器（Hub）⼯作在物理层。

在这里插入图片描述

物理层我们考虑的⽐较少。因此很多时候也可以称为 TCP/IP四层模型。

数据链路层、传输层、网络层的区别☆

先看数据链路层，它是整个传输的 “短途接送员”，只负责 “当前链路” 的相邻节点通信，比如你家电脑到路由器、路由器到隔壁路由器的这段 “近距离传输”。它不管数据要去哪里、最终要交给哪台主机，只关心怎么把数据安全送到 “下一站”。为了实现这点，它用 MAC 地址（也就是网卡的物理地址）来识别相邻节点 —— 就像快递在同一个小区里，用 “楼栋号 + 单元号” 找下一个接送点，而且每换一段链路，这个 “接送地址”（MAC 地址）就会更新，比如从你家电脑到小区路由器，目标 MAC 是路由器的 LAN 口地址；从小区路由器到运营商路由器，目标 MAC 又变成运营商路由器的端口地址。它的核心任务是 “封装成帧” 和 “差错检测”，把网络层传来的数据包加上首尾标识，再用 CRC 校验确保数据没传错，相当于给短途运输的包裹做个简单安检，确保中途没破损。

再往上是网络层，它是 “跨网导航员”，负责解决 “跨网络找主机” 的问题。比如你在上海的电脑要访问北京服务器的网站，数据链路层只能管上海家里到小区路由器的短途，但从上海到北京要经过无数个网络、无数台路由器，这就需要网络层来规划路线。它用 IP 地址（比如 IPv4 的 32 位地址）来定位 “全局目标”—— 就像快递的 “收件人完整地址”，不管中途经过多少中转站，这个地址始终不变。路由器就是网络层的核心设备，它拿着 IP 地址查路由表，确定数据该往哪个路由器转发，相当于快递中转站的分拣员，根据收件地址判断下一个中转站该送哪里。网络层不管数据在具体链路怎么传（那是数据链路层的活），也不管数据最终要交给哪个程序（那是传输层的活），只专注于 “从源主机所在的网络，精准导航到目标主机所在的网络”，还会处理数据包分片 —— 如果数据包太大，超过当前链路的传输上限（MTU），就拆成小块，到目标主机后再重组。

最后是传输层，它是 “主机内的收件员”，负责在数据到达目标主机后，把数据精准交给对应的应用程序。比如你打开浏览器访问网页，数据要交给浏览器；用微信发消息，数据要交给微信客户端，这就是传输层的职责。它用端口号来区分不同程序 —— 比如 HTTP 服务用 80 端口、DNS 查询用 53 端口，就像快递到了小区门口，用 “门牌号” 找具体的收件人。它的核心任务不只是 “寻址”，更要保障 “端到端的通信质量”：如果是 TCP 协议，就会提供可靠传输，比如数据丢了就重传、发送方别发太快以免接收方接不过来（流量控制）、网络拥堵时就放慢速度（拥塞控制），相当于给重要快递做 “保价 + 定时送达”；如果是 UDP 协议，就追求快速轻便，不做额外保障，适合视频通话、游戏这种对延迟敏感的场景，相当于普通快递，只求快速送达，不管中途是否轻微破损。而且它必须依赖网络层 —— 只有网络层把数据送到目标主机，传输层才能通过端口号找到对应的程序，两者是 “先到主机，再找程序” 的依赖关系。

总结下来，三者的分工其实很清晰：数据链路层管 “同链路、相邻节点、短途可靠传”，用 MAC 地址定位，每跳地址可变；网络层管 “跨网络、目标主机、全局导航”，用 IP 地址定位，全程地址不变；传输层管 “主机内、应用程序、端到端质量”，用端口号定位，依赖网络层找到主机。从数据出发到到达目标程序，就是 “数据链路层短途接送→网络层跨网导航→传输层精准交程序” 的接力过程，三层各司其职，才让我们在电脑上点一下鼠标，就能收到千里之外的网络数据。

网络设备所在分层

• 对于⼀台主机，它的操作系统内核实现了从应用层到物理层的内容； • 对于⼀台路由器，它实现了从⽹络层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的下三层； • 对于⼀台交换机，它实现了从数据链路层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的下两层；

注意我们这⾥说的是传统意义上的交换机和路由器，也称为⼆层交换机（⼯作在TCP/IP五层模型的下两层）、三层路由器（⼯作在TCP/IP五层模型的下三层）。 随着现在⽹络设备技术的不断发展，也出现了很多3层或4层交换机，4层路由器。我们以下说的⽹络设备都是传统意义上的交换机和路由器。

网络数据通信基本流程–封装与分用

日常生活中，我们使用QQ发送一句hello给对方，此时对方电脑上QQ图标会闪烁，显示收到了我发送的消息。这看似极其简单的一个操作，在网络上其实经历了很复杂很复杂的一个过程~~~~~~ 1.应用程序获取到用户输入，构造一个应用层的数据包 这个应用层数据包往往是结构化数据 – 类似于c的结构体，有很多的属性。 发送数据的时候，把结构化数据-》字符串/二进制比特流，接收数据的时候将字符串/二进制比特流-》结构化数据，称为序列化反序列化。序列化之后数据就可以传输了（比如bit流的话就可以0101通过电信号、光信号等传输）。

这个应用层数据包会遵守应用层协议，这个协议往往是开发这个程序的程序员定的。此处假设这样的协议格式为： 发送者的QQ号，接收者的QQ号，消息时间，消息正文：

在这里插入图片描述

本质上可以说是字符串的拼接。

2.应用程序调用传输层提供的API，把数据交给传输层 传输层拿到数据后，构造出“传输层数据包” 传输层的协议主要有两个： TCP UDP 拿TCP举例，TCP数据包包含TCP报头（header） + TCP载荷 载荷其实就是应用层数据包，TCP报头包含TCP功能相关的属性，里面包含了源端口和目的端口。

在这里插入图片描述

3.传输层构造好数据之后，继续调用网络层的API，将传输层的数据包交给网络层 网络层最主要的协议，IP协议 IP协议继续对上述数据包进行加工=》拼上IP报头 IP数据包 = IP报头 + IP载荷 载荷依旧是传输层的数据包 IP报头也包含了IP相关的很多属性，主要记住包含了源IP和目标IP。

在这里插入图片描述

4.IP协议调用数据链路层的API，把IP数据包交给数据链路层 数据链路层中的核心协议：“以太网” 以太网也会在网络层数据包的基础上进一步加工

在这里插入图片描述

其实不同的数据包都有着自己独有的称呼，并不是都叫“包” 网络数据包/帧/报/段 TCP用段（segment） UDP用报 （datagram） IP用包 （packet） 数据链路层用帧 （frame）

所以图中我写的是以太网数据帧 一般来说可以混着用都叫做包

到目前为止，数据还在主机上，还没有被传播出去。

5.以太网将这样的数据交给硬件设备（网卡） 网卡会把上述二进制数据，最终以光信号/电信号/电磁波信号传播出去，此时数据终于脱离了主机，踏上了传播之路。

整个过程中，从上层到下层，数据一步步被加工（装报头），而到了接收的时候，就与封装完全相反，慢慢的把报头取下来。

数据到达接收方的主机后，会被层层解析 1.数据到达接收方的网卡，将光电信号还原成二进制信息 将二进制信息交给数据链路层

2.数据链路层根据以太网协议进行解析，将报头和报尾取出来，剩下的载荷网上传递给网络层。 以太网的帧头中有专门的属性描述了网络层使用哪个协议，传递的时候也会把这个信息传递过去。

3.网络层拿到这个数据之后，按照IP协议的格式解析，再把载荷传递给传输层。 同样的，IP报头中也有专门的属性描述传输层使用哪个协议。

4.传输层拿到数据之后，也根据TCP协议解析，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.到了QQ，解析应用层数据，拿到关键信息，显示出来

在传输过程中，也涉及到封装分用的知识：

主机的数据 =》交换机，交换机收到后，物理层进行解析，数据链路层也进行解析，之后重新构造出以太网数据帧，发给下一个设备。 数据链路层中得到的以太网数据帧的帧头，足以支持交换机进行下一步的工作，并且每次实现两个相邻的设备的传输，都要打一个新的包。 —》交换机是工作在数据链路层

主机的数据 =》路由器，路由器收到后，物理层数据链路层网络层进行解析，重新构造出新的网络数据包，以太网数据帧以及二进制数据进行转发。 —》路由器工作在网络层

总结

网络通信的本质，是一场跨越物理边界的 “数据接力赛”—— 从孤立主机到局域网互连，再到广域网与互联网的打通，核心是通过 “分层协议” 和 “精准定位”，让数据从一个主机的应用程序，顺畅抵达另一个主机的目标程序。 整篇文章从基础到深层，逐步拆解了这场 “接力赛” 的核心逻辑：先明确网络互连的两种形态（局域网的本地私有通信、广域网的跨域互联），再铺垫通信的核心要素 ——IP 地址定位主机、端口号定位进程、协议规范数据格式，而五元组则完整标识了一次独一无二的通信链路。在此基础上，协议分层（尤其是 TCP/IP 五层模型）成为了高效协作的关键：物理层负责信号传输，数据链路层、网络层、传输层各司其职完成 “短途接送→跨网导航→主机内投递” 的核心接力，应用层则对接具体业务场景。 其中，数据链路层、网络层、传输层的分工是核心：数据链路层管 “相邻节点的短途可靠传输”，用 MAC 地址动态适配每一段链路；网络层管 “跨网络的全局导航”，用不变的 IP 地址锁定目标主机；传输层管 “端到端的程序交付与质量保障”，用端口号精准匹配应用，TCP 与 UDP 分别适配不同可靠性需求。而数据的 “封装与分用” 则是贯穿全程的操作 —— 发送端从上层到下层层层加包头，接收端则反向层层解包，中间设备（交换机、路由器）按自身分层职责完成转发，最终实现 “数据从应用中来，到应用中去”。 说到底，复杂的网络通信背后，是 “分层解耦” 和 “标准化协议” 的智慧：每一层只专注自己的核心任务，每一个协议都明确统一的规则，不同设备、不同系统只要遵守这套规范，就能无缝协作，这也是我们能轻松刷网页、发消息、跨地域通信的底层保障。