Java网络初识（4）：网络数据通信的基本流程 -- 封装

文章目录

[Java网络初识（4）：网络数据通信的基本流程 -- 封装](#Java网络初识（4）：网络数据通信的基本流程 -- 封装)
前言：
网络数据通信的基本流程
[1. 封装](#1. 封装)
- [1.1 应用层：构建应用层数据包](#1.1 应用层：构建应用层数据包)
- - 网络传输数据的本质
  - 序列化和反序列化的简要介绍
- [1.2 传输层：构建传输层数据包](#1.2 传输层：构建传输层数据包)
- - TCP报头
  - 拼接（TCP）报头的原因：
  - [TCP报头包含的内容：源端口和目的端口](#TCP报头包含的内容：源端口和目的端口)
- [1.3 网络层：构建网络层数据包](#1.3 网络层：构建网络层数据包)
- - [IP报头包含的内容：源IP 和目的IP](#IP报头包含的内容：源IP 和目的IP)
- [<font color = red>补充：协议类型所存放的位置：](#补充：协议类型所存放的位置：)

[2. 分用的介绍](#2. 分用的介绍)

[3. 总结](#3. 总结)

前言：

如果你是第一次点击这篇博客，并且有兴趣继续往下看的话：

你如果对网络并不是很懂，推荐你看完我这篇博客，再继续看这篇博客：
Java网络初识（3）：协议分层（TCP/IP五层模型）
如果你有网络有一定的了解，可以直接看

网络数据通信的基本流程

网络数据通信的基本流程 ，是我们理解网络工作原理的基本盘，最核心的一个部分。

这个基本流程，比较复杂，这里通过一个例子来讲。

比如：我通过 qq，发送 hello 给对方。那么，站在网络协议的角度，是怎么完成的？

1. 封装

1.1 应用层：构建应用层数据包

应用程序，获取到用户输入的内容，根据输入的内容，构建一个应用层的数据包。这个数据包，就会把我们要发送的数据包含在里面。

构造应用层数据包的过程，就会遵守应用层协议 ，应用层协议比较特别，往往是开发这个程序的程序员自己定义的。

用微信发消息，用qq发消息，用飞书发消息，或者是钉钉，虽然都是发消息，但是，每个应用构建应用数据包的过程，采用的应用层协议都是有差异的，是开发这个程序的程序员自己定义的一套应用层协议。

qq发消息，此处假设是这样的协议格式（约定的格式）：

发送者的qq号，接收者的qq号，消息的时间，消息的正文

这里使用 ' ， ' 进行分隔，形成一个字符串。

用这么一个数据包，来作为一个示例：
123456（发送者的QQ号），654321（接收者的QQ号），2025-04-16 12:00:00（消息的时间），hello（消息正文）

注意：这个数据包 ，是个很简易 的数据包，真实情况，比这个复杂很多！！！

假设，应用层数据包构建完毕之后，长成这样。

网络传输数据的本质

这里还需要知道：网络传输的数据，其实本质上，都是 "字符串 " 或者 "二进制的bit流 "。

如果你发的全是文本，那它就是"字符串"

如果你发的是二进制文件，那它就是 "二进制的bit流" 。

其实，文件的本质就是二进制的bit流 ，也就是二进制文件，因为有了编码集 （码表），能够将二进制数据转化为有意义的文字语言1，才有了字符串，也就是文本文件的说法。

其实，如果没有现在的码表，那么网络传输数据的本质就是 "二进制的bit流" ，就是 0101 这样的二进制数据。

那么，看到这的同学，肯定会有疑问：那我传输的是 0101 这样的二进制数据，那网线这类的硬件设备，是怎么传输这样的二进制数据呢？

那么，硬件设备，会有自己的方式，进行传输：
网线：传输的是电信号 ，通过高低电平表示 01
光纤：传输的是光信号 ，通过高频光/低频光表示 01
WiFi ：传输的是电磁波信号 （本质上还是光信号），通过高低频电磁波表示01

所以，无论是通过那种介质传播信息，网络传输数据的本质，都是 0101 这样的二进制数据

序列化和反序列化的简要介绍

像我们这里，需要传输的这个应用层数据包，往往是一个结构化的数据 ，里面包含多个属性。什么是结构化的数据？类似于C语言的结构体，Java的类，有很多的属性。

但是，要想将这个结构化的数据，发送出去，要把结构化的数据转换成字符串/二进制的bit流（结构化数据 ---> 字符串/二进制的bit流），接收数据的时候，把字符串/二进制的bit流解析回结构化数据（字符串/二进制的bit流 ---> 结构化数据）。

结构化数据 ---> 字符串/二进制的bit流，这种机制，称为：序列化
字符串/二进制的bit流 ---> 结构化数据，这种机制，称为：反序列化

这里仅是简单介绍什么是序列化和反序列化，后面会有介绍到，在Java中，如何使用代码来实现。

为什么要进行序列化？
答：为了结构化的数据能够传输。

举个例子：你现在买了个大件，比如：电竞椅

那么卖家发货的时候，是把整个椅子给你发过来吗？其实不是的。

整个椅子发过去，快递那边，比较难运输，太大件了，而且运输过程中，一旦磕磕碰碰一下，容易坏，买家收到了坏的椅子，商家还要赔偿买家，说不定，还得被投诉，所以要将整个椅子，拆分成一个一个的零件，再发货。

发货之前，卖家会对你买的电竞椅进行质量检测，这里检测的是整个的椅子，测试没有问题，卖家会把这整个电竞椅 拆成多个部分，多个零件 ，进行发货，这里的操作，相当于：序列化。

你收到的，不是整个椅子，而是一大堆的零件，需要你自己组装，组装成整个的电竞椅 ，这里的操作，相当于：反序列化。
整个的电竞椅，相当于：结构化的数据

拆成的一个一个的零件，相当于：字符串/二进制的bit流

可能椅子你觉得不够大件，那你上网买个床呢？

这么大的物件，它肯定是要拆开来发货的。

到这，你应该就知道了，为什么要进行序列化，才能让结构化的数据进行传输了吧。

1.2 传输层：构建传输层数据包

在 1.1 标题内容中，我们已经构建出来一个数据包 ：
123456（发送者的QQ号），654321（接收者的QQ号），2025-04-16 12:00:00（消息的时间），hello（消息正文）

构建出应用层的数据包之后，应用程序（应用层 ）会调用 传输层提供的接口 （API），把数据交给传输层 ，传输层拿到数据之后，构建出"传输层数据包"。

之前在讲协议分层的时候讲过，上层协议会调用下层协议，下层协议给上层协议提供服务。

这里所说的上层协议调用下层协议，其实是下层协议提供了一些 api，在代码中就可以使用了，传输层提供的api，叫做：socket api，这个后面的博客会讲。

涉及到的博客，如下：
Java网络编程：（使用 socket 进行网络编程前的预备知识）
Java网络编程：（socket API编程：UDP协议的 socket API -- 回显程序）
Java网络编程：（socket API编程：TCP协议的 socket API -- 回显程序）

TCP报头

传输层的协议 ，主要是两个：TCP 和 UDP ，下面，我们假设传输层使用的是TCP协议。

那么，传输层会给应用层数据包，拼接上一个 TCP报头 。

此时，这里就构成了一段 TCP数据包 。
TCP报头 ：包含TCP功能相关的属性
TCP载荷 ：就是应用层数据包

拼接（TCP）报头的原因：

为什么要拼接上一个 TCP报头？

举一个例子，解释为什么要拼接上一个 TCP报头：

比如你上网买一件衣服，卖家需要发货，联系快递公司，将这件衣服送到你手里，但是，卖家并不是将这一件或多件衣服揉成一团给快递小哥的，而是会给将这些衣服包装起来。

包装之后，就可以贴快递单（标签），贴的这个快递单 ，包含了你衣服传输的关键信息 ：买家网名，买家收货地址，买家的手机号码，卖家的网名，卖家的发货地址，卖家的手机号码，商品信息...

类似于我们之前学过的五元组：源IP（卖家发货地址），源端口（卖家的手机号码），目的IP（买家的收货地址），目的端口（买家的手机号码），协议类型。
有了这些关键信息，才可以支撑起接下来的传输流程 。

没有这些关键信息，就不知道该往哪里传输了。

后续的几步，也会有添加报头的步骤。

需要补充一点：TCP协议 ，本身不关心载荷内容 是什么。

只需要贴上标签，进行传输。

TCP报头包含的内容：源端口和目的端口

TCP报头 里包含的属性非常多，后续的博客会详细介绍。

当前阶段，你只需要知道，这里包含了 五元组中的两个：
源端口和目的端口

到这里，传输层数据包就构建完毕了。

1.3 网络层：构建网络层数据包

传输层 构建好数据包之后，继续调用网络层的 api ，把传输层数据包交给网络层，由网络层 这边，继续进行处理。

网络层 最主要的协议是：IP协议

假定网络层，使用的是IP协议。
IP协议 继续对传输层的数据包进行加工，给传输层数据包拼上 IP 报头 。

IP协议 也是一样，本身不关心载荷内容是什么。

这里拼接上 IP报头的目的 和拼接上 TCP报头是类似的，也是为了贴标签，补充传输的信息。

IP报头包含的内容：源IP 和目的IP

IP报头 和 TCP报头是一样的，都包含了很多的信息，其中，有两个关键的信息 ，是五元组中的两个：
源IP 和目的IP

补充：协议类型所存放的位置：

讲到这里，五元组 中的四个都包含在TCP报头和IP报头里面了，那么，协议类型在哪个报头中存放着呢？

答：协议类型，其实不只一份数据，协议类型存在于多个报头里面

例如：

IP报头（当前的网络层）中，就会记录当前的传输层（上一层）使用的是哪个协议。

传输层（TCP）报头 中，也会**记录应用层（传输层的上一层）**使用哪个协议。

接下来讲到的数据链路层报头中，也会记录网络层使用的是哪个协议。

... ... ...

总结来说：每一层加工后的数据包的报头中，都得记录上一层使用的是哪个协议
协议类型的存放，是分散的 。

最后的数据包，五元组的信息，肯定是会包含的。

到这里，传输层数据包就构建完毕了。

1.4 数据链路层：构建数据链路层数据帧（包）

网络层构建好数据包之后，IP协议（网络层）会继续调用数据链路层的 api ，把网络层数据包（IP数据包）交给数据链路层，由数据链路层这边，继续进行处理。

在数据链路层 中，核心的协议是：" 以太网 " 。

假设数据链路层，使用的是 " 以太网 " 这个协议。

以太网这个协议，也会在网络层数据包的基础上，进一步的加工。

这次的加工处理和前面的网络层和传输层不一样，数据链路层，不仅会添加一个以太网的报头 ，还会添加一个以太网的尾巴 。

这就是一个以太网的数据帧（包）。

大家可以看到，我这里使用了一个新的名词：数据帧 。

也在后面（）中，加了一个包，为什么呢？

接下来，讲一讲网络传输的基本数据单位。

补充：关于网络传输的基本数据单位

当我们谈到网络传输的 " 基本数据单位 " 的时候，会涉及到多个术语：

网络数据包，包（packet）
网络数据帧，帧（frame）
网络数据报，报（Datagram）
网络数据段，段（segment）

以上术语，均是网络传输数据的基本单位，但是，本篇博客或者说以后你看到我个人的博客 ，有关于网络传输的基本单位，都是用包 ，不用其他的。

原因：在企业的日常工作中 ，并不会对这些基本数据单位，做过多的区分，只需要你知道，别人说的数据包或数据帧，都指的是网络传输的基本数据单位就可以了。

如果要严格区分，也是有区别的：

网络数据段：专门给 TCP协议用的（传输层），比如：TCP数据段。
网络数据报：专门给 UDP协议用的（传输层），比如：UDP数据报
网络数据包：专门给 IP协议用的（网络层），比如：IP数据包
网络数据帧：专门给 以太网协议用的（数据链路层），比如：以太网数据帧

到这，你应该知道，为什么我在这一个标题，使用的是链路层数据帧（包）了吧。

如果你看文献，或者你要考研 ，或者发表相关的论文 ，还是要严格区分这些术语的。

所以，严谨一点来说，在数据链路层构建出来的，应该叫做以太网数据帧。

讲到这里，这个数据包 ，仍然没有发送出去，需要到物理层 ，通过硬件设备，比如网卡，来进行发送。

数据包的本质

讲到这，数据包已经构建完毕，我们还需要知道的是，这个数据包，实际上，他是一段二进制的数据，不是我们画出来的图，真实的数据，比这复杂的多的多的多！！！

1.5 物理层：硬件设备（网卡）发送数据

数据链路层构建好数据包之后，将完整的以太网数据包交给硬件设备（网卡），网卡会把以太网数据包（一段二进制数据），最终以光信号/电信号/电磁波信号传播出去 。

这里的三种不同的信号，取决于你通过什么硬件设备传输这样的二进制数据：

那么，硬件设备，会有自己的方式，进行传输：

网线：传输的是电信号，通过高低电平表示 01

光纤：传输的是光信号，通过高频光/低频光表示 01

WiFi：传输的是电磁波信号（本质上还是光信号），通过高低频电磁波表示01

到了这一步，数据真正的传送出去了。

封装的总结

可以看到，以qq发消息为例子，为了给某一个人发消息，过程很麻烦，但是，这样的操作，在你我看来，很复杂，很麻烦，但对于计算机来说，它一秒能处理很多这样的数据。

发送一个数据，TCP/IP五层模型中的每个层，都参与了工作 ：从上层（应用层）到下层（物理层），数据在每个层都要进一步加工（添加报头），上述这个过程，就叫做：封装！

注意：这里介绍的封装 和Java语法中提到的封装 不是一个东西。

发送方，这个流程叫做封装
接收方，反过来，从下层（物理层）到上层（应用层），这个流程，叫做：分用

2. 分用的介绍

由于这篇文章，文字占据了绝大多数，如果篇幅太长，看起来会比较枯燥，所以，我将分用的介绍内容，放到了这一篇博客当中，你需要点击这个链接，观看分用的介绍，以及：
Java网络初识（5）：网络数据通信的基本流程 -- 分用

希望能理解🙏🙏

3. 总结

封装和分用 ，是网络数据通信的基本流程，是我们理解网络工作原理的基本盘，最核心的一个部分。

希望这篇博客讲到的知识内容，能够帮助到对这方面知识有困惑的你！

如果你觉得这篇博客写得好，请你点点赞，如果有错误的讲述信息，多多指出，谢谢！

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