三大通识知识(一) ：进程，线程，网络之间的关系 三大通识知识(二)：进程实现原理 三大通识知识(三)：线程实现原理 三大通识知识(四)：网络 三大通识知识(五)：TCP服务器 进程，线程，网络视频连接
这节课我们介绍网络部分，包括如何搭建网络服务器，以及如何使用多线程技术支持多客户端。
网络是一个很复杂的体系，这个体系有多复杂呢？我记得我们当时很流行看《TCP/IP详解》这套书有三本大部头，卷一，卷二，卷三，当当有卖：因为当年做路由器，交换机开发的人非常多（处于网络基建阶段），所以基本上有一半的程序员看过这本书。
整个体系是以TCP/IP展开的，我们不能在这里介绍整个体系知识，但是我会以最快，最佳的角度切入，让大家理解。
这里T是Transmission的意思，表示传输，C是 Control的意思，表示控制， P是Protocol的意思，表示协议。 I是 Internet 的意思，表示因特网，P是Protocol的意思，表示协议。所以，TCP是传输控制协议，IP是网络协议。 整个网络包括很多协议，UDP(用户报文协议，常用于游戏开发)，HTTP（网页开发），SMTP（邮件协议），TELNET(远程登陆)，ARP（ping一个电脑是否网络是通的常用到）。。。 这么多协议，为什么选TCP/IP来概况整个网络体系呢？ 这涉及到整个网络的一个模型！——OSI
这里O是Open的意思，意旨开放； S是system的意思，意旨系统； I是interface的意思，意旨接口，互联； 所以，OSI是开放系统互联模型。以上只是一个名词，那么这是一个什么模型呢，为什么要搞一个这样的模型呢？ 我们来看一张图，首先说说七层和四层的区别 七层比四层多三层(想起了“五环之歌”)，其实四层是七层的一个简化版，把应用，表示，会话合并成了应用；而把物理和数据链路层合并到了一起，所以叫四层。七层和四层两种划分中，最重要的就是传输层(TCP)，网络层(IP)。 所以，我们把网络协议叫——TCP/IP协议。
我平时喜欢琢磨这些东西，这部分是我的个人理解。 我们读大学的时候，有各种建模比赛，可知模型是理解，分析，研究一个实物最好的一种方法，很多模型做成三维的，可以输入各项参数，模型里面有各种公式，算法，会根据这些参数条件变化，模型好不好，就看算法是否科学，是否符合事件发展规律。 当然，我们这里的模型跟学校里面的建模有些区别，但是大体上是为了更好的理解，分析，传播这个知识。 更为简单的比喻是，有点像我们去买房子的时候，开发商房子都还没有做起来，就开卖了，然后大家围在一起，说我要这一栋，你要哪一栋，销售也在不停的解释每栋，每层的价格。我们这个模型就有点像这个楼盘模型，方便我们理解TCP/IP协议。 而且，这个模型把庞大的TCP/IP协议(代码量很多，而且是IEEE这些早期工程师写的，如果没有那三卷书，只看代码，是看不懂的，即使有这三本书，如果没有实际的设备给你运行代码，你也是很难懂的，我们当初就是通过抓包工具来分析来理解这里面的代码和理论)
这个模型花费了每一个程序员的精力去记忆理解，但是以前没有一个人能够采用比较容易理解的方式去讲解这个模型，直到有一天我搜到一篇博客： OSI七层模式简单通俗理解 我觉得这个人应该是一个理论和实际经验都非常丰富的人，才可以写出这么浅显移动的文章出来，好的文章不但能帮你理解，还能帮你记忆，而且是看一遍就记住了。 OSI七层模式简单通俗理解 这个模型学了好多次，总是记不住。今天又看了一遍，发现用历史推演的角度去看问题会更有逻辑，更好记。本文不一定严谨，可能有错漏，主要是抛砖引玉，帮助记性不好的人。总体来说，OSI模型是从底层往上层发展出来的。 这个模型推出的最开始，是是因为美国人有两台机器之间进行通信的需求。 需求1： 科学家要解决的第一个问题是，两个硬件之间怎么通信。具体就是一台发些比特流，然后另一台能收到。 于是，科学家发明了物理层： 主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流(就是由1、0转化为电流强弱来进行传输，到达目的地后在转化为1、0，也就是我们常说的数模转换与模数转换)。这一层的数据叫做比特。 需求2： 现在通过电线我能发数据流了，但是，我还希望通过无线电波，通过其它介质来传输。然后我还要保证传输过去的比特流是正确的，要有纠错功能。 于是，发明了数据链路层： 定义了如何让格式化数据以进行传输，以及如何让控制对物理介质的访问。这一层通常还提供错误检测和纠正，以确保数据的可靠传输。 需求3： 现在我能发正确的发比特流数据到另一台计算机了，但是当我发大量数据时候，可能需要好长时间，例如一个视频格式的，网络会中断好多次（事实上，即使有了物理层和数据链路层，网络还是经常中断，只是中断的时间是毫秒级别的）。 那么，我还须要保证传输大量文件时的准确性。于是，我要对发出去的数据进行封装。就像发快递一样，一个个地发。 于是，先发明了传输层（传输层在OSI模型中，是在网络层上面） 例如TCP，是用于发大量数据的，我发了1万个包出去，另一台电脑就要告诉我是否接受到了1万个包，如果缺了3个包，就告诉我是第1001，234，8888个包丢了，那我再发一次。这样，就能保证对方把这个视频完整接收了。 例如UDP，是用于发送少量数据的。我发20个包出去，一般不会丢包，所以，我不管你收到多少个。在多人互动游戏，也经常用UDP协议，因为一般都是简单的信息，而且有广播的需求。如果用TCP，效率就很低，因为它会不停地告诉主机我收到了20个包，或者我收到了18个包，再发我两个！如果同时有1万台计算机都这样做，那么用TCP反而会降低效率，还不如用UDP，主机发出去就算了，丢几个包你就卡一下，算了，下次再发包你再更新。 TCP协议是会绑定IP和端口的协议，下面会介绍IP协议。 需求4： 传输层只是解决了打包的问题。但是如果我有多台计算机，怎么找到我要发的那台？或者，A要给F发信息，中间要经过B，C，D,E，但是中间还有好多节点如K.J.Z.Y。我怎么选择最佳路径？这就是路由要做的事。 于是，发明了网络层。即路由器，交换机那些具有寻址功能的设备所实现的功能。这一层定义的是IP地址，通过IP地址寻址。所以产生了IP协议。 需求5： 现在我们已经保证给正确的计算机，发送正确的封装过后的信息了。但是用户级别的体验好不好？难道我每次都要调用TCP去打包，然后调用IP协议去找路由，自己去发？当然不行，所以我们要建立一个自动收发包，自动寻址的功能。 于是，发明了会话层。会话层的作用就是建立和管理应用程序之间的通信。 需求6： 现在我能保证应用程序自动收发包和寻址了。但是我要用Linux给window发包，两个系统语法不一致，就像安装包一样，exe是不能在linux下用的，shell在window下也是不能直接运行的。于是需要表示层（presentation），帮我们解决不同系统之间的通信语法问题。 需求7： OK，现在所有必要条件都准备好了，我们可以写个android程序，web程序去实现需求把。 补充： Socket： 这不是一个协议，而是一个通信模型。其实它最初是伯克利加州分校软件研究所，简称BSD发明的，主要用来一台电脑的两个进程间通信，然后把它用到了两台电脑的进程间通信。所以，可以把它简单理解为进程间通信，不是什么高级的东西。主要做的事情不就是：
A发包：发请求包给某个已经绑定的端口（所以我们经常会访问这样的地址182.13.15.16:1235，1235就是端口）；收到B的允许；然后正式发送；发送完了，告诉B要断开链接；收到断开允许，马上断开，然后发送已经断开信息给B。
B收包：绑定端口和IP；然后在这个端口监听；接收到A的请求，发允许给A，并做好接收准备，主要就是清理缓存等待接收新数据；然后正式接收；接受到断开请求，允许断开；确认断开后，继续监听其它请求。
可见，Socket其实就是I/O操作。Socket并不仅限于网络通信。在网络通信中，它涵盖了网络层、传输层、会话层、表示层、应用层——其实这都不需要记，因为Socket通信时候用到了IP和端口，仅这两个就表明了它用到了网络层和传输层；而且它无视多台电脑通信的系统差别，所以它涉及了表示层；一般Socket都是基于一个应用程序的，所以会涉及到会话层和应用层。
很多人面试的时候介绍TCP和UDP的区别，一般都会说TCP是可靠的，UDP是不可靠的，更好一点的回答会加上，TCP每发一个包需要对方确认，而UDP不需要确认。但是，很多人并没有真正理解，我觉得要找到权威的说法，应该从协议本身去解释，我们看TCP和UDP协议规定 发现，TCP可靠是因为其协议规范本身决定，在TCP协议里面有顺序号和确认号机制，而UDP协议里面没有规定，这决定了TCP是可靠的，UDP是不可靠的。当然这个协议里面，你还有很多其他的看不懂，但是我觉得为了说明可靠性问题上，我们不需要去了解其他部分。 （顺序号是发送方每发一个包，都会给这个包编号，这个编号的长度是32位数，而且还有一个地方存放确认号，这个确认号是对方发过来的，对方每成功收到一个包，都要发送确认号给发送方）
这个也是很多同学去面试的时候，别人喜欢问的，你怎么有效记住呢(有效的记忆是看一遍，理解一次就永远记住了，这是最好的方法) 如果你要写TCP程序，那么你会根据这个模型来写，这个模型给我们列出了，先调用哪个函数，后调用哪个函数，服务器该调用哪些函数，客户端该调用哪些函数。 我们发现，客户端连接服务器的时候，使用了connect函数，而UDP编程模型不需要connect函数。如果你动手写代码，会理解更深刻。 这个面向连接，就是说你会看到它有这个连接的动作，就是调用了connect函数。那有人就问了，UDP难道不连接吗？ 接下来解释这个问题，注意理解： 玩过星际争霸的人知道探敌人的基地，常会派一个狗子或者农民，如果找到了对方，然后把做出来的兵直接A过去(attack)。此时，就像我们的TCP，TCP是先去连接一下，如果连成功了，那么后面派大部队过去。但是UDP不是这样的，它不探路，直接派大部队去找敌人基地。 还有一个好理解的解释是这样： TCP是先拿着信(信里面有地址)去找到目的地，找到目的地后，再把东西运过去；但是，UDP不是这样的，它是直接开着大卡车(同时带着信)去找。udp是在sendto这个函数里面去"连接"的，是带着数据去"连接"的。 所以说，TCP是面向连接的，UDP是无连接的。
好了，我们下一篇博客从代码的角度讲解网络。觉得本博客对你有帮助就收藏吧！
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