本章节开始，我们将学习网络底层的东西，比如 TCP/IP 、 UDP 和 Socket 等

本章节的知识点不要全部都记住，只要记住以下几点

1. TCP 协议的建立连接三次握手，断开连接四次挥手

2. TCP 是面向连接传输的，可以保证数据一定送达，UDP 是无连接的

OSI 七层网络模型

OSI 七层网络模型(从下往上) 依次是

• 物理层(Physical) ：设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的 环境。可以理解为网络传输的物理媒体部分，比如 网卡，网线，集线器，中继器，调制解调器 等！ 在这一层，数据还没有被组织，仅作为原始的位流或电气电压处理，这一层的单位是: bit比特

• 数据链路层(Datalink) ：可以理解为数据通道，主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行 数据的可靠传递，改层作用包括：物理地址寻址，数据的成帧，流量控制，数据检错以及重发等！ 另外这个 数据链路指的是 ：物理层要为终端设备间的数据通信提供传输媒体及其连接。媒体是 长期的，连接是有生存期的。在连接生存期内，收发两端可以进行不等的一次或多次数据通信。 每次通信都要经过建立通信联络和拆除通信联络两过程！这种建立起来的 数据收发关系 ~ 该层的设备有： 网卡，网桥，网路交换机 ，另外该层的单位为： 帧

• 网络层(Network) ：主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发 送方路由到接收方，所谓的路由与寻径：一台终端可能需要与多台终端通信，这样就产生的了 把任意两台终端设备数据链接起来的问题！简单点说就是：建立网络连接和为上层提供服务！ 该层的设备有： 路由 ！该层的单位为： 数据包 ，另外IP协议就在这一层！

• 传输层(Transport) ：向上面的应用层提供通信服务，面向通信部分的最高层，同时也是 用户功能中的最低层。接收会话层数据，在必要时将数据进行分割，并将这些数据交给网络 层，并且保证这些数据段有效的到达对端！所以这层的单位是： 数据段 ；而这层有两个很重要 的协议就是： TCP传输控制协议 与 UDP用户数据报协议 ，这也是本章节核心讲解的部分！

• 会话层(Session) ：负责在网络中的两节点之间建立、维持和终止通信。建立通信链接， 保持会话过程通信链接的畅通，同步两个节点之间的对话，决定通信是否被中断以及通信中断时 决定从何处重新发送，即不同机器上的用户之间会话的建立及管理！

• 表示层(Presentation) ：对来自应用层的命令和数据进行解释，对各种语法赋予相应 的含义，并按照一定的格式传送给会话层。其主要功能是"处理用户信息的表示问题，如编码、 数据格式转换和加密解密，压缩解压缩"等

• 应用层(Application) ：OSI参考模型的最高层，为用户的应用程序提供网络服务。 它在其他6层工作的基础上，负责完成网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，建立与结束使用者之间的联系，并完成网络用户提出的各种网络服务及应用所需的监督、管理和服务等各种协议。此外，该层还负责协调各个应用程序间的工作。应用层为用户提供的服务和协议有：文件服务、目录服务、文件传输服务（FTP）、远程登录服务（Telnet）、电子邮件服务（E-mail）、打印服务、安全服务、网络管理服务、数据库服务等

OSI 是一个理想的模型，一般的网络系统只涉及其中的几层，在七层模型中，每一层都提供一个特殊 的网络功能，从网络功能角度观察：

• 下面4层（物理层、数据链路层、网络层和传输层）主要提供数据传输和交换功能， 即以节点到节点之间的通信为主

• 第4层作为上下两部分的桥梁，是整个网络体系结构中最关键的部分；

• 上3层（会话层、表示层和应用层）则以提供用户与应用程序之间的信息和数据处理功能为主。

简言之，下4层主要完成通信子网的功能，上3层主要完成资源子网的功能。

TCP/IP 协议簇 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协议簇分为四层，IP 位于协议簇的第二层(对应 OSI 的第三层)，TCP 位于协议簇的第三层 (对应 OSI 的第四层)

TCP/IP 通讯协议采用了 4 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

这4层分别为

• 应用层

  应用程序间沟通的层，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

  提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议 ( TCP ) 和 用户数据报协议 (UDP) 等

  TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收

• 网络互连层

  负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机 (但不检查是否被正确接收)，如网际协议 ( IP )

• 主机到网络层

  对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络来传送数据，如 Ethernet、Serial Line 等

IP 地址

为了实现网络中不同终端的之间的通讯，每个终端都必须有一个唯一的标识，这就是 IP 地址的作用

IP 地址类似于门牌号

端口

端口号 ( port ) 用于区分不同的网络应用程序

端口号的范围为 0-65535，其中 0-1023 未系统的保留端口，自己开发程序尽可能别使用这些端口

IP 地址和端口号组成了一个 Socket，Socket 是网络运行程序间双向通信链路的终结点，是 TCP 和 UDP 的基础

TCP/IP

TCP/IP 是一个协议簇，里面包括很多协议，TCP 和 UDP 只是其中的两个

之所以命名为TCP/IP协议，因为 TCP,IP 协议是两个很重要的协议，于是就用它俩来命名了

TCP

TCP (Transmission Control Protocol，传输控制协议 ) 是面向连接的协议

TCP 在收发数据前需要与对面建立可靠的链接，这也是面试经常会问到的 TCP 的 三次握手 以及 TCP 的 四次挥手

三次握手

建立一个 TCP 连接时，需要客户端和服务端总共发送 3 个包以确认连接的建立

这一过程由客户端执行 connect() 方法来触发，具体流程图如下

1. 第一次握手

   Client 将标志位 SYN 置为 1，随机产生一个值 seq=J，并将该数据包发送给 Server

   Client进入 SYN_SENT 状态，等待 Server 确认

2. 第二次握手

   Server 收到数据包后由标志位 SYN=1 知道 Client 请求建立连接，Server 将标志位 SYN 和 ACK 都置为1，ack=J+1，随机产生一个值 seq=K，并将该数据包发送给 Client以确认连接请求

   Server进入 SYN_RCVD 状态

3. 第三次握手

   Client 收到确认后，检查 ack 是否为 J+1，ACK 是否为 1，如果正确则将标志位 ACK 置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给 Server

   Server 检查 ack 是否为 K+1，ACK 是否为 1，如果正确则连接建立成功

   Client 和 Server 进入 ESTABLISHED 状态，完成三次握手

   随后Client与Server之间可以开始传输数据了

四次挥手

指断开一个 TCP 连接时，需要客户端和服务端总共发送 4 个包以确认连接的断开

这个四次挥手的过程由客户端或服务端任一方执行 close() 方法来触发

具体流程图如下

1. 第一次挥手

   Client 发送一个 FIN，用来关闭 Client 到 Server 的数据传送

   Client 进入 FIN_WAIT_1 状态

2. 第二次挥手

   Server 收到 FIN 后，发送一个 ACK 给 Client，确认序号为收到序号+1（与 SYN 相同， 一个 FIN 占用一个序号）

   Server进入 CLOSE_WAIT 状态

3. 第三次挥手

   Server 发送一个 FIN，用来关闭 Server 到 Client 的数据传送

   Server 进入 LAST_ACK 状态

4. 第四次挥手

   Client 收到 FIN 后，Client 进入 TIME_WAIT 状态，接着发送一个 ACK 给 Server，确认序号为收到序号+1，Server 进入 CLOSED 状态，完成四次挥手

当然也有可能是客户端与服务器端同时发起主动关闭请求

为什么建立连接是三次握手，而关闭连接却是四次挥手呢？

因为服务端在 LISTEN 状态下，收到建立连接请求的 SYN 报文后，把 ACK 和 SYN 放在一个报文里发送给客户端

而关闭连接时，当收到对方的 FIN 报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还 能接收数据，己方也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即 close，也可以发送一些 数据给对方后，再发送 FIN 报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，己方 ACK 和 FIN 一般都会 分开发送

UDP

UDP (User Datagram Protocol) 用户数据报协议

UDP 是非连接的协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上

在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制

在接收端，UDP 把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段

相比 TCP ，UDP 就是无需三次握手四次挥手，结构简单，但无法保证正确性，容易丢包

Java 对于网络提供的几个关键类

针对不同的网络通信层次，Java 提供的网络功能有四大类

范例

public class InetAddressTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        //获取本机InetAddress的实例：
        InetAddress address = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println("本机名：" + address.getHostName());
        System.out.println("IP地址：" + address.getHostAddress());
        byte[] bytes = address.getAddress();
        System.out.println("字节数组形式的IP地址：" + Arrays.toString(bytes));
        System.out.println("直接输出InetAddress对象：" + address);
    }
}