# 7.6.1 Socket學習網絡基礎準備 ## 本節引言： > 為了照顧沒學過Java Socket的初學者，或者說捋一捋Android開發中涉及到的網絡協議相關的概念， 畢竟面試的時候，面試官來了句給我說下網絡協議有幾層？那么IP協議在哪層？Socket是什么鬼？ 分哪幾種？TCP和UDP協議又在哪層？有什么區別...嗯，這...所以學習本節概念性的理論還是很有 必要的！那么話不多說，開始本節內容~ ## 1.OSI七層網絡模型淺析 > 當然，我們不是專業搞網絡工程的，只要知道有哪些層，大概是拿來干嘛的就可以了！ **OSI七層網絡模型(從下往上)**： > * **物理層(Physical)**：設備之間的數據通信提供傳輸媒體及互連設備，為數據傳輸提供可靠的 環境。可以理解為網絡傳輸的物理媒體部分，比如**網卡，網線，集線器，中繼器，調制解調器**等！ 在這一層，數據還沒有被組織，僅作為原始的位流或電氣電壓處理，這一層的單位是:**bit比特** > * **數據鏈路層(Datalink)**：可以理解為數據通道，主要功能是如何在不可靠的物理線路上進行 數據的可靠傳遞，改層作用包括：物理地址尋址，數據的成幀，流量控制，數據檢錯以及重發等！ 另外這個**數據鏈路指的是**：物理層要為終端設備間的數據通信提供傳輸媒體及其連接。媒體是 長期的，連接是有生存期的。在連接生存期內，收發兩端可以進行不等的一次或多次數據通信。 每次通信都要經過建立通信聯絡和拆除通信聯絡兩過程！這種建立起來的**數據收發關系**~ 該層的設備有：**網卡，網橋，網路交換機**，另外該層的單位為：**幀** > * **網絡層(Network)**：主要功能是將網絡地址翻譯成對應的物理地址，并決定如何將數據從發 送方路由到接收方，所謂的路由與尋徑：一臺終端可能需要與多臺終端通信，這樣就產生的了 把任意兩臺終端設備數據鏈接起來的問題！簡單點說就是：建立網絡連接和為上層提供服務！ 該層的設備有：**路由**！該層的單位為：**數據包**，另外IP協議就在這一層！ > * **傳輸層(Transport)**：向上面的應用層提供通信服務，面向通信部分的最高層，同時也是 用戶功能中的最低層。接收會話層數據，在必要時將數據進行分割，并將這些數據交給網絡 層，并且保證這些數據段有效的到達對端！所以這層的單位是：**數據段**；而這層有兩個很重要 的協議就是：**TCP傳輸控制協議**與**UDP用戶數據報協議**，這也是本章節核心講解的部分！ > * **會話層(Session)**：負責在網絡中的兩節點之間建立、維持和終止通信。建立通信鏈接， 保持會話過程通信鏈接的暢通，同步兩個節點之間的對話，決定通信是否被中斷以及通信中斷時 決定從何處重新發送，即不同機器上的用戶之間會話的建立及管理！ > * **表示層(Presentation)**：對來自應用層的命令和數據進行解釋，對各種語法賦予相應 的含義，并按照一定的格式傳送給會話層。其主要功能是"處理用戶信息的表示問題，如編碼、 數據格式轉換和加密解密，壓縮解壓縮"等 > * **應用層(Application)**：OSI參考模型的最高層，為用戶的應用程序提供網絡服務。 它在其他6層工作的基礎上，負責完成網絡中應用程序與網絡操作系統之間的聯系，建立與結束使用者之間的聯系，并完成網絡用戶提出的各種網絡服務及應用所需的監督、管理和服務等各種協議。此外，該層還負責協調各個應用程序間的工作。應用層為用戶提供的服務和協議有：文件服務、目錄服務、文件傳輸服務（FTP）、遠程登錄服務（Telnet）、電子郵件服務（E-mail）、打印服務、安全服務、網絡管理服務、數據庫服務等。 好的上面我們淺述了OSI七層網絡模型，下面總結下： > OSI是一個理想的模型，一般的網絡系統只涉及其中的幾層，在七層模型中，每一層都提供一個特殊 的網絡功能，從網絡功能角度觀察： > > * 下面4層（物理層、數據鏈路層、網絡層和傳輸層）主要提供數據傳輸和交換功能， 即以節點到節點之間的通信為主 > * 第4層作為上下兩部分的橋梁，是整個網絡體系結構中最關鍵的部分； > * 上3層（會話層、表示層和應用層）則以提供用戶與應用程序之間的信息和數據處理功能為主。 > > 簡言之，下4層主要完成通信子網的功能，上3層主要完成資源子網的功能。 ——以上內容參考自：[OSI七層模型詳解](http://blog.csdn.net/yaopeng_2005/article/details/7064869) ## 2.TCP/IP四層模型  > TCP/IP是一組協議的代名詞，它還包括許多協議，組成了TCP/IP協議簇。 TCP/IP協議簇分為四層，IP位于協議簇的第二層(對應OSI的第三層)，TCP位于協議簇的第三層 (對應OSI的第四層)。TCP/IP通訊協議采用了4層的層級結構，每一層都呼叫它的下一層所提供 的網絡來完成自己的需求。這4層分別為： > > * **應用層**：應用程序間溝通的層，如簡單電子郵件傳輸（SMTP）、文件傳輸協議（FTP）、 網絡遠程訪問協議（Telnet）等。 > * **傳輸層**：在此層中，它提供了節點間的數據傳送服務，如傳輸控制協議（TCP）、 用戶數據報協議（UDP）等，TCP和UDP給數據包加入傳輸數據并把它傳輸到下一層中， 這一層負責傳送數據，并且確定數據已被送達并接收。 > * **網絡互連層**：負責提供基本的數據封包傳送功能，讓每一塊數據包都能夠到達目 的主機（但不檢查是否被正確接收），如網際協議（IP）。 > * **主機到網絡層**：對實際的網絡媒體的管理，定義如何使用實際網絡 （如Ethernet、Serial Line等）來傳送數據。 ## 3.TCP/UDP區別講解 好吧，前兩點侃侃而談，只是給大家普及下OSI七層模型和TCP/IP四層模型的概念，接下來要講的是 和我們Socket開發相關的一些概念名詞了！ ### 1）IP地址  ### 2）端口 > **1.** 用于區分不同的應用程序 > > **2.** 端口號的范圍為0-65535，其中0-1023未系統的保留端口，我們的程序盡可能別使用這些端口！ > > **3.** IP地址和端口號組成了我們的Socket，Socket是網絡運行程序間雙向通信鏈路的終結點， 是TCP和UDP的基礎！ > > **4.** 常用協議使用的端口：HTTP:80，FTP：21，TELNET：23  ### 3）TCP協議與UDP協議的比較： **TCP協議流程詳解**: > 首先TCP/IP是一個協議簇，里面包括很多協議的。UDP只是其中的一個。之所以命名為TCP/IP協議， 因為TCP,IP協議是兩個很重要的協議，就用他兩命名了。 > > 下面我們來講解TCP協議和UDP協議的區別： > > **TCP**（Transmission Control Protocol，傳輸控制協議）是面向連接的協議，即在收發數據錢 ，都需要與對面建立可靠的鏈接，這也是面試經常會問到的TCP的**三次握手**以及TCP的**四次揮手**！ **三次握手**： 建立一個TCP連接時，需要客戶端和服務端總共發送3個包以確認連接的建立， 在Socket編程中，這一過程由客戶端執行connect來觸發，具體流程圖如下： > >  > > * **第一次握手**：Client將標志位SYN置為1，隨機產生一個值seq=J，并將該數據包發送給Server， Client進入SYN_SENT狀態，等待Server確認。 > * **第二次握手**：Server收到數據包后由標志位SYN=1知道Client請求建立連接，Server將標志位 SYN和ACK都置為1，ack=J+1，隨機產生一個值seq=K，并將該數據包發送給Client以確認連接請求 ，Server進入SYN_RCVD狀態。 > * **第三次握手**：Client收到確認后，檢查ack是否為J+1，ACK是否為1，如果正確則將標志位ACK 置為1，ack=K+1，并將該數據包發送給Server，Server檢查ack是否為K+1，ACK是否為1，如果正確則 連接建立成功，Client和Server進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手，隨后Client與Server之間可以 開始傳輸數據了。 > > **四次揮手**： 終止TCP連接，就是指斷開一個TCP連接時，需要客戶端和服務端總共發送4個包以確認連接的斷開。 在Socket編程中，這一過程由客戶端或服務端任一方執行close來觸發，具體流程圖如下： > >  > > * **第一次揮手**：Client發送一個FIN，用來關閉Client到Server的數據傳送，Client進入 FIN_WAIT_1狀態 > * **第二次揮手**：Server收到FIN后，發送一個ACK給Client，確認序號為收到序號+1（與SYN相同， 一個FIN占用一個序號），Server進入CLOSE_WAIT狀態。 > * **第三次揮手**：Server發送一個FIN，用來關閉Server到Client的數據傳送，Server進入LAST_ACK 狀態。 > * **第四次揮手**：Client收到FIN后，Client進入TIME_WAIT狀態，接著發送一個ACK給Server，確認序號為收到序號+1，Server進入CLOSED狀態，完成四次揮手。 另外也可能是同事發起主動關閉的情況： > >  > > 另外還可能有一個常見的問題就是：為什么建立連接是三次握手，而關閉連接卻是四次揮手呢？ 答：因為服務端在LISTEN狀態下，收到建立連接請求的SYN報文后，把ACK和SYN放在一個報文里 發送給客戶端。而關閉連接時，當收到對方的FIN報文時，僅僅表示對方不再發送數據了但是還 能接收數據，己方也未必全部數據都發送給對方了，所以己方可以立即close，也可以發送一些 數據給對方后，再發送FIN報文給對方來表示同意現在關閉連接，因此，己方ACK和FIN一般都會 分開發送。 **UDP協議詳解**： > **UDP**(User Datagram Protocol)用戶數據報協議，非連接的協議，傳輸數據之前源端和終端不 建立連接，當它想傳送時就簡單地去抓取來自應用程序的數據，并盡可能快地把它扔到網絡上。 在發送端，UDP傳送數據的速度僅僅是受應用程序生成數據的速度、計算機的能力和傳輸帶寬 的限制；在接收端，UDP把每個消息段放在隊列中，應用程序每次從隊列中讀一個消息段。 相比TCP就是無需建立鏈接，結構簡單，無法保證正確性，容易丟包 ——上述內容部分摘自： [TCP/IP三次握手與四次揮手](http://blog.chinaunix.net/uid-7411781-id-3812206.html) [TCP和UDP的區別（轉）](http://www.cnblogs.com/bizhu/archive/2012/05/12/2497493.html) ## 4.Java中對于網絡提供的幾個關鍵類： 針對不同的網絡通信層次，Java給我們提供的網絡功能有四大類： * **InetAddress**： 用于標識網絡上的硬件資源 * **URL**： 統一資源定位符，通過URL可以直接讀取或者寫入網絡上的數據 * **Socket和ServerSocket**： 使用TCP協議實現網絡通信的Socket相關的類 * **Datagram**： 使用UDP協議，將數據保存在數據報中，通過網絡進行通信 本節我們只介紹前兩個類，Socket與Datagram到TCP和UDP的章節再講解！ **~InetAddress的使用例子**： **示例代碼**： ``` public class InetAddressTest { public static void main(String[] args) throws Exception{ //獲取本機InetAddress的實例： InetAddress address = InetAddress.getLocalHost(); System.out.println("本機名：" + address.getHostName()); System.out.println("IP地址：" + address.getHostAddress()); byte[] bytes = address.getAddress(); System.out.println("字節數組形式的IP地址：" + Arrays.toString(bytes)); System.out.println("直接輸出InetAddress對象：" + address); } } ``` **運行結果圖**：  **~URL**：這個就不用說了吧，忘了可以看會前面Http協議講解那里~ ## 本節小結： > 本節全是概念，看起來可能夠嗆的是把，不過看不懂也沒關系，知道七層模型每層叫 什么，大概拿來干嘛，還有TCP三次握手和四次揮手，就可以了！當然，這只是為了 應付面試~實際開發我們哪會糾結這個...直接Socket是吧~嗯，下節我們就來開始學習 Android中的Socket通信~謝謝~