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网络编程简介

1. 前言​

在计算机诞生之初，它们的体积非常庞大，它们常常被摆放在一个很大的房间内，这些房间通常都装有玻璃墙，你可以透过玻璃欣赏这个神奇的电子物种。一般来说，只有大学或者大型研究机构才会拥有先进的电子计算机，如果你需要通过这些大型计算机完成一些工作，需要走进机房，面对面的和它交流。现在看来，通过这些奇迹工作很不方便，但在当时来说，代表了最先进的科技实力。

随着 PC 的迅猛发展，以及计算机网络的诞生，很快这些计算机就被连接在了一起，你再不需要走进机房面对面和它交流了，通过远程就可以和他们交流了。当然，早期的计算机网络也是来源于大学和科研机构。然而计算机技术的发展真是太过迅猛了，经过短短几十年，从最早的专业科研机构的计算机网络，到现在的移动互联网、物联网，手机、家电、交通工具都实现了互联。

2. 什么是网络编程​

我们今天所讨论的网络编程是指编写特定的应用程序，使得接入到计算机网络中的设备能够相互通信。网络设备之间的通信，需要程序员设计好特定的协议，然后通过编程语言实现这些协议，最终由计算机设备来执行。在计算机网络的发展过程中，通用的、基础的网络协议已经被实现在计算机操作系统中，通常叫做网络协议栈。而操作系统为程序员提供了网络相关的 API ，通常把它叫做 Socket。为此，网络编程也叫 Socket 编程、套接字编程。

任何事物的发展都有它的起源和历史，现在我们了解一下 Socket 的发展史。

3. Socket 发展史​

我们现在以及今后所讨论的 Socket 都叫做 Berkeley (伯克利) Socket，是由加州大学伯克利分校的计算机系统研究小组发布的。从历史上来看，Berkeley Socket 是随着 4.x BSD（Berkeley Software Distribution） 操作系统一起发布的。BSD 操作系统最早是在贝尔实验室的 Unix V6 之上增加了一些新的功能，或者是一些优化，所以不是完全自己实现的，这个版本就是 BSD1。从 BSD1 开始，中间经历了好几个版本，直到 BSD 4.2 开始支持了 TCP/IP 软件。关于 Berkeley Socket 的发布历史年表，如下：

  • 4.2 BSD（1983）第一个包含 TCP/IP 的版本。
  • 4.3 BSD（1986）对 TCP/IP 的支持更加完善。
  • 4.3 BSD Tahoe（1988） 支持慢启动、拥塞避免等。
  • 4.3 BSD Reno（1990）支持 TCP 头部预测、SLIP 头部压缩等。
  • 4.4 BSD（1993）支持多播、长肥管道修改等。

由于 BSD 是基于 AT&T 的 UNIX 发布的，核心代码都是 AT&T 的 UNIX，所以受限于 AT&T License。伯克利的研究人员决定开发可以自由发布的系统，所以在 4.3 BSD Tahoe 基础之上，对系统中原有 AT&T 的源码进行重写，发布了 BSD Net/x 系列，它的历史年表如下：

  • BSD Net/1（1989）

针对网络部分进行移植。

  • BSD Net/2（1991）

对系统中网络以外的组件进行了移植，

  • BSD Net/3（1994）

也叫 4.4 BSD-Lite，是一个系统功能比较完善的版本，符合 BSD license 的规定。后来出现的 OpenBSD、FreeBSD 都是基于 4.4 BSD-Lite 修改的。

4. 为什么要学习网络编程​

现代人的生活已经离不开网络，不知道你是否体会过不带手机、家里不能上网的心情。不管你在意还是不在意，网络就在你身边，如影随形。想象一下，现代社会如果没有网络又会是什么状况呢？

当然，作为一名程序员，就算你不需要编写网络程序，但也应该理解网络通信原理。各种网络中间件、分布式框架、微服务框架，其中很大一部分工作都是在处理网络通信的逻辑，要想学习这些中间件不懂网络通信是很难学好的。另外，一些知名的网络库，它里面包含了许多优秀的设计理念和编程技巧，也是非常值得研读的，对于个人技术能力的提升具有很大的帮助。

5. 如何学习网络编程​

要想学习网络编程，需要学习计算机网络基础知识。比如，TCP/IP 协议栈工作原理，分组在路由器中的存储、转发原理，可靠协议 TCP 的工作原理，不可靠协议 UDP 的工作原理等。

由于网络协议栈的发展是离不开操作系统的，所以需要学习操作系统的基础知识，比如进程、线程的基本概念。

学习编程必须要动手实践，只有当你亲自上机调试一些程序，你才能体会的更深刻，掌握的更牢固。

最后，你需要学会使用 tcpdump 和 Wireshark 这两个抓包工具，这俩个工具是解决很多网络相关问题的利器，可以说是开发人员工具箱里面必备工具。tcpdump 是 linux 系统自带的工具，而 Wireshark 是具有图形界面的工具，一般在 Windows 系统上使用。同时，要学会应用 ipconfig、netstat 等网络工具。

本系列文章的所有示例代码路径：

https://github.com/haska1025/imooc-sock-core-tech/tree/master/java_netprogramming

6. 小结​

文中涉及到的所有示例程序都采用 JAVA 语言实现，JAVA 作为一门平台无关语言，天生就对网络编程提供了很好的支持。所以，需要具备一定的 JAVA 语言基础。当然，选择一款自己喜欢的 IDE 也是很重要的，这样可以提高你学习编程的效率。

另外，在调试网络程序的过程中，经常需要检查端口是否被占用，检查服务是否监听成功，定位消息收发失败等问题。所以需要学习一下 ipconfig、netstat 的使用方法，这两个工具都是系统自带的，使用非常方便。最好在你的个人电脑上安装一个 Wireshark 工具，方便问题的分析。