【JavaEE初阶】网络原理-深入理解网络通信中协议的概念

前言

🌟🌟本期讲解关于TCP/UDP协议的原理理解~~~

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🎆那么废话不多说直接开整吧~~

📚️1.引言

📚️2.应用层协议

2.1自定义协议

1.实现要求

2.约定格式

3.约点协议格式方案

📚️3.传输层协议

3.1UDP协议

1.UDP报文

2.检验和、校验和

📚️4.总结

📚️1.引言

我们在前几其讲到过关与UDP与TCP中的每层的含义，当然分别为：应用层，传输层，网络层，数据链路层，物理层；所以每层对应的都有各自的协议，所以我们的网络原理的理解就是对这些协议进行分析~~~

这是纯理解性的，但是这是面试的常客，所以小编会尽量将内容展示给大家😊😊😊~~~

📚️2.应用层协议

这是与我打交道最多的一层，上期小编就是通过调用应用层的API实现了回显函数的编写，这里的协议已经是已经规定好了的，但是此时我们需要依据特定的场景进行自定义协议

2.1自定义协议

1.实现要求

这里的自定义协议要考虑两个内容：

1.网络传输的数据如何进行使用

2.数据如何进行传输，是什么样子的格式，以及内容

当然这里的自定义协议约定了：

1.客户端服务器约定要传送什么数据；

2.传输的数据的格式是如何的；

2.约定格式

服务器和客户端之间的交互格式其实就是“结构化数据”，网络传输的数据其实就是“二进制比特位”“字符串”，所以约定协议的过程就是：将字符串转或者二进制比特位转化为结构化数据的过程；

序列化：

这里就是字符串或者二进制bit转化为机构化数据的过程；

反序列化：

这里就是结构化数据转化为字符串或者二进制bit位的过程；

总结：这里的反序列化或者序列化具体要什么格式，或者包含哪些信息，约定这两件事的过程，就是自定义协议的过程；

3.约点协议格式方案

1.xml

大概的方式如下：

<shop><id>12</id><name>苏宁易购</name><image>图片地址</image><prize>4.9</prize>
<shop>

解释：形如这种就是一种xml的约定的格式，可以看到这里的尖括号就是开始标签或结束标签都是成对出现的；

优点：可读性和可扩展性大大增强，我们可以很明显的通过标签里面的内容进行分析这里的意义，并且要添加属性，就再添加一对中括号即可；

缺点：数据冗余，标签占据了数据空间的绝大部分，很容易占据更多的网络传输中的网络带宽；

2.json

这是当下一种主流的约定协议的格式，具体的方式如下：

[{id：12，name：苏宁易购，image：图片地址，prize: 4.9}，{//其他的店铺}
]

那么这里就是通过大括号的方式包裹，键值对之间使用“，”键和值之间使用“：”，最外层可以使用“[]”组成一个json

优点：很好的改进了xml的约定格式的方式，既有可读性和可扩展性，并且解决了数据冗余的情况；

缺点：标签key在同一个属性的情况下，key往往会被重复传送；

3.protobuffer

这里小编就不再进行代码演示了，看解释如下：

优点：是一种更节省空间，更加高效的方法

缺点：这个是在开发阶段定义有哪些资源，并且每个字段的含义，但是在运行阶段传输的数据包不包含这些描述信息，不利于程序员阅读；（二进制数据）

所以这里的protobuffer虽然运行效率很高，但是没有json使用更加广泛；只是在特殊的场景进行使用；

📚️3.传输层协议

虽然这是系统内核已经确定好了的，但是仍然需要关注其内容~~~

补充：端口号是包含两个字节的整数；

3.1UDP协议

1.UDP报文

我们在之前了解到UDP协议的特点就是“无连接，不可靠，全双工，面向数据报”

所以在研究一个协议之前我们要了解它的报文格式，如下图：

解释：这里共有四个字段，每个字段包含两个字节；

结论：由于每个字段两个字节，那么端口号就是0~65535；并且数据报长度就是64kB,一旦超过了数据报长度，就会出现数据截断；

2.检验和、校验和

由于数据在传输的过程中可能会被干扰导致“坏掉”，所以检验和就是检验数据是否正确

由于网络传输通过：光信号，电信号，电磁波，所以很容易受到磁场，电场的影响；

bit翻转：

使用高电平，低电平表示0 1，那么在数据传输的过程中被干扰了，就会出现0 1->1 0的情况，这里我们就叫做bit翻转；

总结：校验和就是检查数据是否发生了bit翻转，是否为正确的数据；如果出现了错误，就会将这个错误的包进行丢弃的操作；

如何进行校验和：

这里小编就简单举个例子来表示校验和：

当然，这里的校验和也存在一定的误差，如果我们有一个为“天街路”，那么此时就会发现这里的首字符就是天，但是内容不对；

所以：这里的校验和就是“证伪”，无法做到100%正确；

URP中实现校验和：

在URP中使用的校验和叫做：CRC循环冗余校验

即比较方式如下：

当UDP数据报发送之前会通过CRC进行计算当前的值放到数据报头里，这里就是（value1），当接收方受到数据之后，会进行同样的计算拿到的值，（value2），若这里的值是一样的，那么就没有发生翻转，反之就发生了；

注意：但是当多个bit位发生了翻转，就会导致不准确了，假如一个比特位从1变成了0，另一个比特位从0变成了1，就会导致两个值一样，但是发生了比特翻转；

更高级的校验和算法

除了CRC循环冗余校验，这里还有md5、sha1的校验方式；

这里的两种校验方式基本一致，那么小编注重讲解一下，md5的校验和的方式吧！！！

特点：

1.定长性：

无论原始数据有多长，MD5计算后的值的长度是一样的；

2.分散性：

即时改变原始数据一点点，那么得到的MD5值差异很大，所以即时发生了一个bit翻转，那么得到底MD5值差异很大（这种特性可以作为字符串hash算法）

3.不可逆性：

讲一个算好的MD5的值给复原为原来的字符串，这是不可能的；（在实现原始数据转化为MD5的值后，信息损失很大）

但是很多网站是可以实现MD5值复原的，但是这是基于：提前将原始数据的MD5值存储下来，在输入MD5值后还原，就在数据库中找到匹配的数据，这就是原始数据；

网站求MD5值：