Android Socket學習網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)準備

本節(jié)引言：

為了照顧沒學過Java Socket的初學者，或者說捋一捋Android開發(fā)中涉及到的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相關(guān)的概念， 畢竟面試的時候，面試官來了句給我說下網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有幾層？那么IP協(xié)議在哪層？Socket是什么鬼？ 分哪幾種？TCP和UDP協(xié)議又在哪層？有什么區(qū)別...嗯，這...所以學習本節(jié)概念性的理論還是很有 必要的！那么話不多說，開始本節(jié)內(nèi)容~

1.OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型淺析

當然，我們不是專業(yè)搞網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)模型(從下往上)：

• 物理層(Physical)：設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及互連設(shè)備，為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的 環(huán)境?？梢岳斫鉃榫W(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奈锢砻襟w部分，比如網(wǎng)卡，網(wǎng)線，集線器，中繼器，調(diào)制解調(diào)器等！ 在這一層，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)鏈路層(Datalink)：可以理解為數(shù)據(jù)通道，主要功能是如何在不可靠的物理線路上進行 數(shù)據(jù)的可靠傳遞，改層作用包括：物理地址尋址，數(shù)據(jù)的成幀，流量控制，數(shù)據(jù)檢錯以及重發(fā)等！ 另外這個數(shù)據(jù)鏈路指的是：物理層要為終端設(shè)備間的數(shù)據(jù)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(nèi)，收發(fā)兩端可以進行不等的一次或多次數(shù)據(jù)通信。 每次通信都要經(jīng)過建立通信聯(lián)絡(luò)和拆除通信聯(lián)絡(luò)兩過程！這種建立起來的數(shù)據(jù)收發(fā)關(guān)系~ 該層的設(shè)備有：網(wǎng)卡，網(wǎng)橋，網(wǎng)路交換機，另外該層的單位為：幀
• 網(wǎng)絡(luò)層(Network)：主要功能是將網(wǎng)絡(luò)地址翻譯成對應(yīng)的物理地址，并決定如何將數(shù)據(jù)從發(fā) 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(chǎn)生的了 把任意兩臺終端設(shè)備數(shù)據(jù)鏈接起來的問題！簡單點說就是：建立網(wǎng)絡(luò)連接和為上層提供服務(wù)！ 該層的設(shè)備有：路由！該層的單位為：數(shù)據(jù)包，另外IP協(xié)議就在這一層！
• 傳輸層(Transport)：向上面的應(yīng)用層提供通信服務(wù)，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(shù)據(jù)，在必要時將數(shù)據(jù)進行分割，并將這些數(shù)據(jù)交給網(wǎng)絡(luò) 層，并且保證這些數(shù)據(jù)段有效的到達對端！所以這層的單位是：數(shù)據(jù)段；而這層有兩個很重要 的協(xié)議就是：TCP傳輸控制協(xié)議與UDP用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，這也是本章節(jié)核心講解的部分！
• 會話層(Session)：負責在網(wǎng)絡(luò)中的兩節(jié)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(jié)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(fā)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(yīng)用層的命令和數(shù)據(jù)進行解釋，對各種語法賦予相應(yīng) 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(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和加密解密，壓縮解壓縮"等
• 應(yīng)用層(Application)：OSI參考模型的最高層，為用戶的應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。 它在其他6層工作的基礎(chǔ)上，負責完成網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)之間的聯(lián)系，建立與結(jié)束使用者之間的聯(lián)系，并完成網(wǎng)絡(luò)用戶提出的各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及應(yīng)用所需的監(jiān)督、管理和服務(wù)等各種協(xié)議。此外，該層還負責協(xié)調(diào)各個應(yīng)用程序間的工作。應(yīng)用層為用戶提供的服務(wù)和協(xié)議有：文件服務(wù)、目錄服務(wù)、文件傳輸服務(wù)（FTP）、遠程登錄服務(wù)（Telnet）、電子郵件服務(wù)（E-mail）、打印服務(wù)、安全服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)等。

好的上面我們淺述了OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型，下面總結(jié)下：

OSI是一個理想的模型，一般的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)功能，從網(wǎng)絡(luò)功能角度觀察：

• 下面4層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層）主要提供數(shù)據(jù)傳輸和交換功能， 即以節(jié)點到節(jié)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(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中最關(guān)鍵的部分；
• 上3層（會話層、表示層和應(yīng)用層）則以提供用戶與應(yīng)用程序之間的信息和數(shù)據(jù)處理功能為主。

簡言之，下4層主要完成通信子網(wǎng)的功能，上3層主要完成資源子網(wǎng)的功能。

——以上內(nèi)容參考自：OSI七層模型詳解

2.TCP/IP四層模型

TCP/IP是一組協(xié)議的代名詞，它還包括許多協(xié)議，組成了TCP/IP協(xié)議簇。 TCP/IP協(xié)議簇分為四層，IP位于協(xié)議簇的第二層(對應(yīng)OSI的第三層)，TCP位于協(xié)議簇的第三層 (對應(yīng)OSI的第四層)。TCP/IP通訊協(xié)議采用了4層的層級結(jié)構(gòu)，每一層都呼叫它的下一層所提供 的網(wǎng)絡(luò)來完成自己的需求。這4層分別為：

• 應(yīng)用層：應(yīng)用程序間溝通的層，如簡單電子郵件傳輸（SMTP）、文件傳輸協(xié)議（FTP）、 網(wǎng)絡(luò)遠程訪問協(xié)議（Telnet）等。
• 傳輸層：在此層中，它提供了節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，如傳輸控制協(xié)議（TCP）、 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）等，TCP和UDP給數(shù)據(jù)包加入傳輸數(shù)據(jù)并把它傳輸?shù)较乱粚又校?這一層負責傳送數(shù)據(jù)，并且確定數(shù)據(jù)已被送達并接收。
• 網(wǎng)絡(luò)互連層：負責提供基本的數(shù)據(jù)封包傳送功能，讓每一塊數(shù)據(jù)包都能夠到達目 的主機（但不檢查是否被正確接收），如網(wǎng)際協(xié)議（IP）。
• 主機到網(wǎng)絡(luò)層：對實際的網(wǎng)絡(luò)媒體的管理，定義如何使用實際網(wǎng)絡(luò) （如Ethernet、Serial Line等）來傳送數(shù)據(jù)。

3.TCP/UDP區(qū)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(fā)相關(guān)的一些概念名詞了！

1）IP地址

2）端口

1. 用于區(qū)分不同的應(yīng)用程序

2. 端口號的范圍為0-65535，其中0-1023未系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)運行程序間雙向通信鏈路的終結(jié)點， 是TCP和UDP的基礎(chǔ)！

4. 常用協(xié)議使用的端口：HTTP:80，F(xiàn)TP：21，TELNET：23

3）TCP協(xié)議與UDP協(xié)議的比較：

TCP協(xié)議流程詳解:

首先TCP/IP是一個協(xié)議簇，里面包括很多協(xié)議的。UDP只是其中的一個。之所以命名為TCP/IP協(xié)議， 因為TCP,IP協(xié)議是兩個很重要的協(xié)議，就用他兩命名了。

下面我們來講解TCP協(xié)議和UDP協(xié)議的區(qū)別：

TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）是面向連接的協(xié)議，即在收發(fā)數(shù)據(jù)錢 ，都需要與對面建立可靠的鏈接，這也是面試經(jīng)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(wù)端總共發(fā)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(zhí)行connect來觸發(fā)，具體流程圖如下：

• 第一次握手：Client將標志位SYN置為1，隨機產(chǎn)生一個值seq=J，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Server， Client進入SYN_SENT狀態(tài)，等待Server確認。
• 第二次握手：Server收到數(shù)據(jù)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(chǎn)生一個值seq=K，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Client以確認連接請求 ，Server進入SYN_RCVD狀態(tài)。
• 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(shù)據(jù)包發(fā)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(tài)，完成三次握手，隨后Client與Server之間可以 開始傳輸數(shù)據(jù)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(wù)端總共發(fā)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(wù)端任一方執(zhí)行close來觸發(fā)，具體流程圖如下：

• 第一次揮手：Client發(fā)送一個FIN，用來關(guān)閉Client到Server的數(shù)據(jù)傳送，Client進入 FIN_WAIT_1狀態(tài)
• 第二次揮手：Server收到FIN后，發(fā)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(tài)。
• 第三次揮手：Server發(fā)送一個FIN，用來關(guān)閉Server到Client的數(shù)據(jù)傳送，Server進入LAST_ACK 狀態(tài)。
• 第四次揮手：Client收到FIN后，Client進入TIME_WAIT狀態(tài)，接著發(fā)送一個ACK給Server，確認序號為收到序號+1，Server進入CLOSED狀態(tài)，完成四次揮手。 另外也可能是同事發(fā)起主動關(guān)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(guān)閉連接卻是四次揮手呢？ 答：因為服務(wù)端在LISTEN狀態(tài)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(fā)送給客戶端。而關(guān)閉連接時，當收到對方的FIN報文時，僅僅表示對方不再發(fā)送數(shù)據(jù)了但是還 能接收數(shù)據(jù)，己方也未必全部數(shù)據(jù)都發(fā)送給對方了，所以己方可以立即close，也可以發(fā)送一些 數(shù)據(jù)給對方后，再發(fā)送FIN報文給對方來表示同意現(xiàn)在關(guān)閉連接，因此，己方ACK和FIN一般都會 分開發(fā)送。

UDP協(xié)議詳解：

UDP(User Datagram Protocol)用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，非連接的協(xié)議，傳輸數(shù)據(jù)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(yīng)用程序的數(shù)據(jù)，并盡可能快地把它扔到網(wǎng)絡(luò)上。 在發(fā)送端，UDP傳送數(shù)據(jù)的速度僅僅是受應(yīng)用程序生成數(shù)據(jù)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(yīng)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(jié)構(gòu)簡單，無法保證正確性，容易丟包

——上述內(nèi)容部分摘自：

TCP/IP三次握手與四次揮手

TCP和UDP的區(qū)別（轉(zhuǎn)）

4.Java中對于網(wǎng)絡(luò)提供的幾個關(guān)鍵類：

針對不同的網(wǎng)絡(luò)通信層次，Java給我們提供的網(wǎng)絡(luò)功能有四大類：

• InetAddress： 用于標識網(wǎng)絡(luò)上的硬件資源
• URL： 統(tǒng)一資源定位符，通過URL可以直接讀取或者寫入網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)
• Socket和ServerSocket： 使用TCP協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的Socket相關(guān)的類
• Datagram： 使用UDP協(xié)議，將數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)報中，通過網(wǎng)絡(luò)進行通信

本節(jié)我們只介紹前兩個類，Socket與Datagram到TCP和UDP的章節(jié)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(jié)數(shù)組形式的IP地址：" + Arrays.toString(bytes));
        System.out.println("直接輸出InetAddress對象：" + address);
    }
}

運行結(jié)果圖：

~URL：這個就不用說了吧，忘了可以看會前面Http協(xié)議講解那里~

本節(jié)小結(jié)：

本節(jié)全是概念，看起來可能夠嗆的是把，不過看不懂也沒關(guān)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(yīng)付面試~實際開發(fā)我們哪會糾結(jié)這個...直接Socket是吧~嗯，下節(jié)我們就來開始學習 Android中的Socket通信~謝謝~