Java 網絡編程基石：IP 地址、域名、端口、協議全景解析

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網絡編程的本質是「兩個端點按約定格式交換數據」。要建立連接，必須搞懂四大基石：IP 地址（定位設備）、域名（人類可讀別名）、端口（定位進程）、協議（數據格式契約）。本文系統梳理核心概念、分類規則、編碼細節與實戰注意點。

IP 地址：網絡層的身份證

格式：X.X.X.X，每段 0-255 (8 位)
總數：2³² ≈ 42.9 億，扣除保留地址（私有網段、環回、組播、廣播）可用更少
分類（歷史產物，現以 CIDR 無類別域間路由為主）：
- A 類：1.0.0.0 - 126.255.255.255，掩碼 255.0.0.0 (/8)
- B 類：128.0.0.0 - 191.255.255.255，掩碼 255.255.0.0 (/16)
- C 類：192.0.0.0 - 223.255.255.255，掩碼 255.255.255.0 (/24)
特殊地址：
- 0.0.0.0：本機所有介面 / 預設路由
- 127.0.0.1：環回地址，本機內部通信
- 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16：私有網段 (RFC 1918)
- 169.254.0.0/16：鏈路本地地址 (DHCP 失敗時自分配)

格式：8 組 16 位十六進制，冒號分隔 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
壓縮規則：
1. 每組前導零可省略：2001:db8:85a3:0:0:8a2e:370:7334
2. 連續全零組可用 :: 替換（僅能出現一次）：2001:db8:85a3::8a2e:370:7334
IPv4 嵌入：::ffff:192.168.1.1 (IPv4-mapped IPv6 address)
常見前綴：
- ::1/128：環回
- fe80::/10：鏈路本地
- fc00::/7：唯一本地地址 (ULA，類似 IPv4 私有網段)
- 2000::/3：全球單播

層級結構 (從右向左)：
  . (根域) → com (頂級域 TLD) → example (二級域) → www (三級域/主機名)
  完整 FQDN：www.example.com.

類別	範例	說明
通用頂級域 (gTLD)	.com, .org, .net, .edu, .gov, .io, .dev	按用途分類
國家代碼頂級域 (ccTLD)	.cn, .us, .jp, .uk, .de	按國家/地區分類
二級域	example.com	組織註冊的核心標識
三級域	www.example.com, api.example.com	業務子系統/主機標識

解析流程：應用調用 getaddrinfo() → 本地緩存 → 系統 DNS 客戶端 → 遞歸解析器 → 根/頂級/權威服務器 → 返回 A/AAAA 記錄 → 緩存並返回 IP。

範圍：0-65535 (16 位)
分類：
- 0-1023：知名端口 (Well-known)，需 root/admin 權限綁定 (HTTP 80, HTTPS 443, SSH 22, DNS 53...)
- 1024-49151：註冊端口 (Registered)，IANA 註冊應用使用
- 49152-65535：動態/私有端口 (Ephemeral)，客戶端臨時分配
Socket = IP + 端口 + 協議，唯一標識一個通信端點

協議定義「雙方如何編碼/解碼業務數據」。核心要素：

功能	TCP (客戶端)	TCP (服務端)	UDP
Socket 類	`Socket`	`ServerSocket`	`DatagramSocket`
數據單元	InputStream/OutputStream	InputStream/OutputStream	`DatagramPacket`
地址封裝	`InetSocketAddress` (IP + 端口)	`InetSocketAddress`	`InetSocketAddress`