Android基礎入門教程——7.6.1 Socket學習網路基礎準備

Android基礎入門教程——7.6.1 Socket學習網路基礎準備
Android基礎入門教程——7.6.1 Socket學習網路基礎準備

標籤（空格分隔）： Android基礎入門教程

本節引言：

為了照顧沒學過Java Socket的初學者，或者說捋一捋Android開發中涉及到的網路通訊協定相關的概念，
畢竟面試的時候，面試官來了句給我說下網路通訊協定有幾層？那麼IP協議在哪層？Socket是什麼鬼？
分哪幾種？TCP和UDP協議又在哪層？有什麼區別…嗯，這…所以學習本節概念性的理論還是很有
必要的！那麼話不多說，開始本節內容~

1.OSI七層網路模型淺析

當然，我們不是專業搞網路工程的，只要知道有哪些層，大概是拿來幹嘛的就可以了！

OSI七層網路模型(從下往上)：

物理層(Physical)：裝置之間的資料通訊提供傳輸媒體及互連裝置，為資料轉送提供可靠的
環境。可以理解為網路傳輸的物理媒體部分，比如 網卡，網線，集線器，中繼器，數據機等！
在這一層，資料還沒有被組織，僅作為原始的位流或電氣電壓處理，這一層的單位是: bit位元 資料連結層(Datalink)：可以理解為資料通道，主要功能是如何在不可靠的物理線路上進行
資料的可靠傳遞，改層作用包括：物理地址定址，資料的成幀，流量控制，資料檢錯以及重發等！
另外這個 資料鏈路指的是：物理層要為終端裝置間的資料通訊提供傳輸媒體及其串連。媒體是
長期的，串連是有生存期的。在串連生存期內，收發兩端可以進行不等的一次或多次資料通訊。
每次通訊都要經過建立通訊聯絡和拆除通訊聯絡兩過程！這種建立起來的 資料收發關係~
該層的裝置有： 網卡，橋接器，網路交換器，另外該層的單位為： 幀 網路層(Network)：主要功能是將網路地址翻譯成對應的物理地址，並決定如何將資料從發
送方路由到接收方，所謂的路由與尋徑：一台終端可能需要與多台終端通訊，這樣就產生的了
把任意兩台終端裝置資料連結起來的問題！簡單點說就是：建立網路連接和為上層提供服務！
該層的裝置有： 路由！該層的單位為： 資料包，另外IP協議就在這一層！ 傳輸層(Transport)：向上面的應用程式層提供通訊服務，面向通訊部分的最高層，同時也是
使用者功能中的最低層。接收會話層資料，在必要時將資料進行分割，並將這些資料交給網路
層，並且保證這些資料區段有效到達對端！所以這層的單位是： 資料區段；而這層有兩個很重要
的協議就是： TCP傳輸控制通訊協定與 UDP使用者資料包通訊協定，這也是本章節核心講解的部分！ 會話層(Session)：負責在網路中的兩節點之間建立、維持和終止通訊。建立通訊連結，
保持會話過程通訊連結的暢通，同步兩個節點之間的對話，決定通訊是否被中斷以及通訊中斷時
決定從何處重新發送，即不同機器上的使用者之間會話的建立及管理！ 展示層(Presentation)：對來自應用程式層的命令和資料進行解釋，對各種文法賦予相應
的含義，並按照一定的格式傳送給會話層。其主要功能是”處理使用者資訊的表示問題，如編碼、
資料格式轉換和加密解密，壓縮解壓縮”等 應用程式層(Application)：OSI參考模型的最高層，為使用者的應用程式提供網路服務。
它在其他6層工作的基礎上，負責完成網路中應用程式與網路作業系統之間的聯絡，建立與結束使用者之間的聯絡，並完成網路使用者提出的各種網路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式間的工作。應用程式層為使用者提供的服務和協議有：檔案服務、目錄服務、檔案傳輸服務（FTP）、遠程登入服務（Telnet）、電子郵件服務（E-mail）、列印服務、安全服務、網路管理服務、資料庫服務等。

好的上面我們淺述了OSI七層網路模型，下面總結下：

OSI是一個理想的模型，一般的網路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
的網路功能，從網路功能角度觀察：

下面4層（物理層、資料連結層、網路層和傳輸層）主要提供資料轉送和交換功能，
即以節點到節點之間的通訊為主 第4層作為上下兩部分的橋樑，是整個網路體繫結構中最關鍵的部分； 上3層（會話層、展示層和應用程式層）則以提供使用者與應用程式之間的資訊和資料處理功能為主。

簡言之，下4層主要完成通訊子網的功能，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

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位於協議簇的第二層(對應OSI的第三層)，TCP位於協議簇的第三層
(對應OSI的第四層)。TCP/IP通訊協議採用了4層的層級結構，每一層都呼叫它的下一層所提供
的網路來完成自己的需求。這4層分別為：

應用程式層：應用程式間溝通的層，如簡單電子郵件傳輸（SMTP）、檔案傳輸通訊協定（FTP）、
網路遠端存取協議（Telnet）等。 傳輸層：在此層中，它提供了節點間的資料傳送服務，如傳輸控制通訊協定（TCP）、
使用者資料包通訊協定（UDP）等，TCP和UDP給資料包加入傳輸資料並把它傳輸到下一層中，
這一層負責傳送資料，並且確定資料已被送達並接收。 網路互連層：負責提供基本的資料封包傳送功能，讓每一塊資料包都能夠到達目
的主機（但不檢查是否被正確接收），如網際協議（IP）。 主機到網路層：對實際的網路媒體的管理，定義如何使用實際網路
（如Ethernet、Serial Line等）來傳送資料。

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）連接埠

1. 用於區分不同的應用程式
2. 連接埠號碼的範圍為0-65535，其中0-1023未系統的保留連接埠，我們的程式儘可能別使用這些連接埠！
3. IP地址和連接埠號碼組成了我們的Socket，Socket是網路運行程式間雙向通訊鏈路的終結點，
是TCP和UDP的基礎！
4. 常用協議使用的連接埠：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，裡麵包括很多協議的。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，傳輸控制通訊協定）是連線導向的協議，即在收發資料錢
，都需要與對面建立可靠的連結，這也是面試經常會問到的TCP的三向交握以及TCP的四次揮手！
三向交握：
建立一個TCP串連時，需要用戶端和服務端總共發送3個包以確認串連的建立，
在Socket編程中，這一過程由用戶端執行connect來觸發，具體流程圖如下：

第一次握手：Client將標誌位SYN置為1，隨機產生一個值seq=J，並將該資料包發送給Server，
Client進入SYN_SENT狀態，等待Server確認。 第二次握手：Server收到資料包後由標誌位SYN=1知道Client請求建立串連，Server將標誌位
SYN和ACK都置為1，ack=J+1，隨機產生一個值seq=K，並將該資料包發送給Client以確認串連請求
，Server進入SYN_RCVD狀態。 第三向交握：Client收到確認後，檢查ack是否為J+1，ACK是否為1，如果正確則將標誌位ACK
置為1，ack=K+1，並將該資料包發送給Server，Server檢查ack是否為K+1，ACK是否為1，如果正確則
串連建立成功，Client和Server進入ESTABLISHED狀態，完成三向交握，隨後Client與Server之間可以
開始傳輸資料了。

四次揮手：
終止TCP串連，就是指斷開一個TCP串連時，需要用戶端和服務端總共發送4個包以確認串連的斷開。
在Socket編程中，這一過程由用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的資料傳送，Client進入
FIN_WAIT_1狀態 第二次揮手：Server收到FIN後，發送一個ACK給Client，確認序號為收到序號+1（與SYN相同，
一個FIN佔用一個序號），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的資料傳送，Server進入LAST_ACK
狀態。 第四次揮手：Client收到FIN後，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：為什麼建立串連是三向交握，而關閉串連卻是四次揮手呢？
答：因為服務端在LISTEN狀態下，收到建立串連請求的SYN報文後，把ACK和SYN放在一個報文裡
發送給用戶端。而關閉串連時，當收到對方的FIN報文時，僅僅表示對方不再發送資料了但是還
能接收資料，己方也未必全部資料都發送給對方了，所以己方可以立即close，也可以發送一些
資料給對方後，再發送FIN報文給對方來表示同意現在關閉串連，因此，己方ACK和FIN一般都會
分開發送。

UDP協議詳解：

UDP(User Datagram Protocol)使用者資料包通訊協定，非串連的協議，傳輸資料之前源端和終端不
建立串連，當它想傳送時就簡單地去抓取來自應用程式的資料，並儘可能快地把它扔到網路上。
在發送端，UDP傳送資料的速度僅僅是受應用程式產生資料的速度、電腦的能力和傳輸頻寬
的限制；在接收端，UDP把每個訊息段放在隊列中，應用程式每次從隊列中讀一個訊息段。
相比TCP就是無需建立連結，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三向交握與四次揮手
TCP和UDP的區別（轉）

4.Java中對於網路提供的幾個關鍵類：

針對不同的網路通訊層次，Java給我們提供的網路功能有四大類：

InetAddress：
用於標識網路上的硬體資源 URL：
統一資源定位器，通過URL可以直接讀取或者寫入網路上的資料 Socket和ServerSocket：
使用TCP協議實現網路通訊的Socket相關的類 Datagram：
使用UDP協議，將資料儲存在資料報中，通過網路進行通訊

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：

範例程式碼：

public class InetAddressTest {    public static void main(String[] args) throws Exception{        //擷取本機InetAddress的執行個體：        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(位元組數組形式的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協議講解那裡~

本節小結：

本節全是概念，看起來可能夠嗆的是把，不過看不懂也沒關係，知道七層模型每層叫
什麼，大概拿來幹嘛，還有TCP三向交握和四次揮手，就可以了！當然，這隻是為了
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通訊~謝謝~