Java进阶-网络编程（一）

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在学习过程中，网络编程时永远绕不开的一个点。

OSI七层网络模型

开放式系统互联通信参考模型（英语：Open System Interconnection Reference Model，缩写为 OSI），简称为OSI模型（OSI model），一种概念模型，由国际标准化组织提出，一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架。定义于ISO/IEC 7498-1。OSI模型

网路模型图如下：

七层网络模型并不是一个必须遵循的标准，只是一个在制定标准时所使用的概念性框架。

应用层：提供为应用软件而设的界面，以设置与另一应用软件之间的通信。如HTTP，HTTPS，FTP，TELNET，SSH等。
表示层：把数据转换为能与接收者的系统格式兼容并适合传输的格式。

TCP/IP协议族

互联网协议族（英语：Internet Protocol Suite，缩写IPS）是一个网络通信模型，以及一整个网络传输协议家族，为互联网的基础通信架构。它常被通称为TCP/IP协议族（英语：TCP/IP Protocol Suite，或TCP/IP Protocols），简称TCP/IP[2]。因为该协议家族的两个核心协议：TCP（传输控制协议）和IP（网际协议），为该家族中最早通过的标准。

TCP/IP提供点对点的链接机制，将数据封装、定址、传输、路由以及在目的地如何接收，都加以标准化。它将软件通信过程抽象化为四个抽象层，采取协议堆栈的方式，分别实现出不同通信协议。

TCP/IP协议分为4层：应用层、传输层、网络层、网络接口层。
应用层：上层应用可以直接使用的高级协议，如http、ftp，数据从程序中被编码成标准的协议格式，之后传递到下一层。
传输层：定义数据传输的协议，解决端到端可靠性和保证数据按照正确的顺序达到。
网络层：定义不同网络类型间通信协议（IP协议用于实现网络路由、ICMP检查网络通畅性、ARP获取设备MAC地址）
网络接口层：数据包从一个设备的网络层传输到另外一个设备的网络层的方法

TCP协议

TCP协议的运行可以划分为三个阶段：创建连接、数据传送、连接终止。

TCP通过三次握手创建一个连接。过程如下：

1、客户端向服务端发送SYN（是TCP/IP建立连接时使用的握手信号）给服务端，客户端把这段连接的序号设定为随机数A，客户端进入SYN_SEND状态等待服务器确认。
2、服务端为一个合法的SYN回传SYN/ACK，ACK（确认字符）的确认码为A+1，SYN/ACK本身产生一个随机的序号B，服务端进入SYN_RECV状态。
3、客户端收到服务端消息后，再次发送一个ACK，当服务端收到该ACK时，完成了三次握手，进入创建拦截状态。此时包的序号被设定为收到的确认号A+1，而响应号则为B+1。客户端服务端都进入ESTABLISHED状态。

如图：

  • 如果服务端在发送SYN/ACK给客户端后，客户端掉线，那么服务端会重发SYN/ACK，Linux默认5次，每次间隔2的N次方秒，如果一直未收到客户端发送的ACK那么此次TCP连接超时。

TCP断开链路通过四次挥手断开连接：

1、主机1（服务端或者客户端）生成随机数向另一个主机2发送FIN报文，主机1进入FIN_WAIT状态，表示没有数据需要发送
2、主机2收到FIN报文，向主机1回复ACK报文，随机数+1，主机1进入FIN_WAIT_2状态，
3、主机2再次向主机1发送FIN报文，请求关闭连接，主机2进入LAST_ACK状态
4、主机1收到主机2FIN报文，向主机1发送ACK报文，然后主机1进入TIME_WAIT状态，主机2收到主机1的ACK报文后关闭连接，此时主机1等待2msl后未收到回复，正常关闭。

主机1 –> 主机2 ：主机1进入FIN_WAIT状态
主机2 –> 主机1 ：主机1收到后进入FIN_WAIT_2状态
主机2 –> 主机1 ：主机2进入LAST_ACK状态
主机1 –> 主机2 ：主机1进入TIME_WAIT状态，2msl后未收到回复关闭，主机2收到报文后直接关闭

流量控制：
流量控制用来避免主机分组发送得过快而使接收方来不及完全收下，一般由接收方通告给发送方进行调控。
TCP使用滑动窗口协议实现流量控制。接收方在“接收窗口”域指出还可接收的字节数量。发送方在没有新的确认包的情况下至多发送“接收窗口”允许的字节数量。接收方可修改“接收窗口”的值。

拥塞控制：
拥塞控制是发送方根据网络的承载情况控制分组的发送量，以获取高性能又能避免拥塞崩溃（congestion collapse，网络性能下降几个数量级）。这在网络流之间产生近似最大最小公平分配。

UDP协议

用户数据报协议（英语：User Datagram Protocol，缩写为UDP），又称用户数据报文协议，是一个简单的面向数据报的传输层协议，正式规范为RFC 768。
在TCP/IP模型中，UDP为网络层以上和应用层以下提供了一个简单的接口。UDP只提供数据的不可靠传递，它一旦把应用程序发给网络层的数据发送出去，就不保留数据备份（所以UDP有时候也被认为是不可靠的数据报协议）。UDP在IP数据报的头部仅仅加入了复用和数据校验（字段）。

因为UDP消耗资源少，处理速度快，所以通常音频、视频等数据在传送时采用UDP较多，因为即使丢失少量的包，并不会产生较大的影响。
因为UDP在传输层无法保证数据的可靠性，需要在应用层来实现可靠性。

要实现UDP的可靠性需要在应用层实现：确认机制、重传机制、窗口确认机制，在发送方面需要实现包的分片、包确认、包重发，在接收方面需要实现包的调序、包的序号确认

开源的UDP实现可靠数据传输有：RUDP、RTP、UDT。
据说QQ部分消息传输采用的是UDP为主，TCP为辅。游戏王者荣耀也是。

参考：

  • 网络传输协议
  • 传输控制协议
  • 通俗大白话来理解TCP协议的三次握手和四次分手
  • 用户数据报协议