[网络协议]Java学习第十四章——网络编程

网络编程概述

一、网络编程的目的：
直接或间地通过网络协议与其它计算机实现数据交换，进行通讯

?二、网络编程中有两个主要的问题：
?1.如何准确地定位网络上一台或多台主机；定位主机上的特定的应用
?2.找到主机后如何可靠高效地进行数据传输

网络通信要素概述

网络编程中的两个要素：
?1.对应问题一：IP和端口号
?2.对应问题二：提供网络通信协议：TCP/IP参考模型（应用层、传输层、网络层、物理+数据链路层）

通信双方地址
? IP
? 端口号
一定的规则（即：网络通信协议。有（两套参考模型）
?OSI参考模型 ：模型过于理想化，未能在因特网上进行广泛推广
?TCP/IP参考模型(或TCP/IP协议)：事实上的国际标准。

通信要素1：IP和端口号

IP地址：?在Java中使用InetAddress类代表IP
唯一的标识Internet上的计算机（通信实体）
本地回环址(hostAddress)：127.0.0.1? 主机名(hostName)：localhost

IP地址分类方式1：IPV4和IPV6
? IPV4：4个字节组成，4个0-255。大概42亿，30亿都在北美，亚洲4亿。以点分十进制表示，如192.168.0.1
? IPV6：128位（16个字节），写成8个无符号整数，每个整数用四个十六进制位表示,数之间用冒号(:)分开，如：3ffe:3201:1401:1280:c8ff:fe4d:db39:1984

IP地址分类方式2：公网地址(万维网使用)和私有地址(局域网使用)。192.168.开头的就是私有地址，范围即为192.168.0.0--192.168.255.255，专门为组织机 构内部使用

端口号标识正在计算机上运行的进程（程序）
? ? 不同的进程有不同的端口号
? ? 被规定为一个16位的整数0~65535 。
? ? 端口分类：
? ? 公认端口： 0~1023。被预先定义的服务通信占用（如：HTTP占用端口80，FTP占用端口21，Telnet占用端口23）
? ? 注册端口： 1024~49151。分配给用户进程或应用程序。（如：Tomcat占用端口8080，MySQL占用端口3306，Oracle占用端口1521等）。
? ? 动态 /私有端口： 49152~65535
端口号与IP地址的组合得出一个网络套接字：Socket。

InetAddress类
Internet上的主机有两种方式表示地址：
? ? 域名 (hostName)：www .atguigu.com
? ? IP地址 (hostAddress)：202.108.35 .210
InetAddress类主要表示IP地址，两个子类：Inet4Address、Inet6Address。
InetAddress类对象含有一个Internet主机地址的域名和IP地址：www.atguigu.com和202.108 .35 .210 。
域名容易记忆， 当在连接网络时输入一个主机的域名后，域名服务器(DNS)负责将域名转化成IP地址，这样才能和主机建立连接。-- 域名解析

InetAddress类没有提供公共的构造器，而是提供了如下几个静态方法来获取InetAddress实例

public static InetAddress getLocalHost()?
public static InetAddress getByName(String host)?

InetAddress提供了如下几个常用的方法

public String getHostAddress() ：返回IP地址字符串（以文本表现形式）
public String getHostName()：获取此IP地址的主机名
public boolean isReachable(int timeout) ：测试是否可以达到该地址

public class InetAddressTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            InetAddress inet1 = InetAddress.getByName("192.168.10.14");
            System.out.println(inet1);

            InetAddress inet2 = InetAddress.getByName("www.atguigu.com");
            System.out.println(inet2);

            //获取本地ip
            InetAddress inet4 = InetAddress.getLocalHost();
            System.out.println(inet4);

            //getHostName()
            System.out.println(inet2.getHostName());

            //getHostAddress()
            System.out.println(inet2.getHostAddress());
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

通信要素2：网络协议

网络通信协议
计算机网络中实现通信必须有一些约定， 即通信协议，对速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定标准。
通信协议分层的思想
在制定协议时，把复杂成份分解成一些简单的成分，再将它们复合起来。最常用的复合方式是层次方式，即同层间可以通信、上一层可以调用下一层，而与 再下一层不发生关系 。各层互不影响，利于系统的开发和扩展

TCP/IP协议簇
传输层协议中有两个非常重要的协议：
? ? 传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)
? ? 用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)
TCP/IP以其两个主要协议：传输控制协议(TCP)和网络互联协议(IP)而得名，实际上是一组协议，包括多个具有不同功能且互为关联的协议。
IP(Internet Protocol)协议是网络层的主要协议，支持网间互连的数据通信。
TCP/IP协议模型从更实用的角度出发，形成了高效的四层体系结构，即物理链路层、IP 层、传输层和应用层。

TCP和UDP
? ? TCP协议：
? ? 使用TCP协议前，须先建立TCP连接，形成传输数据通道
? ? 传输前，采用“三次握手”方式，点对点通信，是可靠的
? ? TCP协议进行通信的两个应用进程：客户端、服务端。
? ? 在连接中可进行大数据量的传输
? ? 传输完毕，需释放已建立的连接 ，效率低
? ? UDP协议：
? ? 将数据、源、目的封装成包，不需要建立连接
? ? 每个数据报的大小限制在64K内
? ? 发送不管对方是否准备好，接收到也不确认，故是不可靠的
? ? 可以广播发送
? ? 发送数据结束时无需释放资源，开销小，速度快

两张动图-彻底明白TCP的三次握手与四次挥手

Socket?

利用套接字(Socket)开发网络应用程序早已被广泛的采用，以至于成为事实上的标准。
网络上具有唯一标识的IP地址和端口号组合在一起才能构成唯一能识别的标识符套接字。
通信的两端都要有Socket，Socket是两台机器间通信 =的端点 。
网络通信其实就是Socket间的通信。
Socket允许程序把网络连接当成一个流，数据在两个Socket间通过IO传输。
一般主动发起通信的应用程序属客户端 ，等待通信请求的为服务端。
Socket分类：
? ? 流套接字（stream socket）：使用TCP提供可依赖的字节流服务
? ? 数据报套接字（datagram socket）：使用UDP提供“尽力而为”的数据报服务

TCP网络编程

Java语言的基于套接字编程分为服务端编程和客户端编程，其通信模型如图所示：

客户端Socket的工作过程包含以下四个基本步骤：
? ? 创建Socket：根据指定服务端的IP地址或端口号构造Socket类对象。若服务器端响应，则建立客户端到服务器的通信线路。若连接失败会出现异常
? ? 打开连接到Socket的输入/出流：使用getInputStream()方法获得输入流，使用getOutputStream方法获得输出流，进行数据传输
? ? 按照一定的协议对Socket进行读/写操作： 通过输入流读取服务器放入线路的信息 （但不能读取自己放入线路的信息），通过输出流将信息写入线程。
? ??关闭Socket：断开客户端到服务器的连接，释放线路

服务器程序的工作过程包含以下四个基本步骤：
? ? 调用ServerSocket(int port)：创建一个服务器端套接字，并绑定到指定端口上。用于监听客户端的请求。
? ? 调用accept()：监听连接请求，如果客户端请求连接，则接受连接，返回通信套接字对象。
? ? 调用该Socket类对象的getOutputStream()和getInputStream() ：获取输出流和输入流，开始网络数据的发送接收。
? ? 关闭ServerSocket和Socket对象：客户端访问结束，关闭通信套接字

例子1：客户端发送信息给服务端，服务端将数据显示在控制台上

public class TCPTest1 {
    //客户端
    @Test
    public void client()  {
        Socket socket = null;
        OutputStream os = null;
        try {
            //1.创建Socket对象，指明服务器端的ip和端口号
            InetAddress inet = InetAddress.getByName("192.168.14.100");
            socket = new Socket(inet,8899);
            //2.获取一个输出流，用于输出数据
            os = socket.getOutputStream();
            //3.写出数据的操作
            os.write("你好，我是客户端mm".getBytes());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //4.资源的关闭
            if(os != null){
                try {
                    os.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
            if(socket != null){
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    //服务端
    @Test
    public void server()  {
        ServerSocket ss = null;
        Socket socket = null;
        InputStream is = null;
        ByteArrayOutputStream baos = null;
        try {
            //1.创建服务器端的ServerSocket，指明自己的端口号
            ss = new ServerSocket(8899);
            //2.调用accept()表示接收来自于客户端的socket
            socket = ss.accept();
            //3.获取输入流
            is = socket.getInputStream();

            //不建议这样写，可能会有乱码
//        byte[] buffer = new byte[1024];
//        int len;
//        while((len = is.read(buffer)) != -1){
//            String str = new String(buffer,0,len);
//            System.out.print(str);
//        }
            //4.读取输入流中的数据
            baos = new ByteArrayOutputStream();//字节数组输出流
            byte[] buffer = new byte[5];
            int len;
            while((len = is.read(buffer)) != -1){
                baos.write(buffer,0,len);
            }
            System.out.println(baos.toString());
            System.out.println("收到了来自于：" + socket.getInetAddress().getHostAddress() + "的数据");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(baos != null){
                //5.关闭资源
                try {
                    baos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(is != null){
                try {
                    is.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(socket != null){
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(ss != null){
                try {
                    ss.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

?例题2：客户端发送文件给服务端，服务端将文件保存在本地。

public class TCPTest2 {
    /*
    这里涉及到的异常，应该使用try-catch-finally处理
     */
    @Test
    public void client() throws IOException {
        //1.
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getByName("127.0.0.1"),9090);
        //2.
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        //3.
        FileInputStream fis = new FileInputStream(new File("beauty.jpg"));
        //4.
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len;
        while((len = fis.read(buffer)) != -1){
            os.write(buffer,0,len);
        }
        //5.
        fis.close();
        os.close();
        socket.close();
    }

    /*
    这里涉及到的异常，应该使用try-catch-finally处理
     */
    @Test
    public void server() throws IOException {
        //1.
        ServerSocket ss = new ServerSocket(9090);
        //2.
        Socket socket = ss.accept();
        //3.
        InputStream is = socket.getInputStream();
        //4.
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File("beauty1.jpg"));
        //5.
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len;
        while((len = is.read(buffer)) != -1){
            fos.write(buffer,0,len);
        }
        //6.
        fos.close();
        is.close();
        socket.close();
        ss.close();
    }
}

?例题3：从客户端发送文件给服务端，服务端保存到本地。并返回“发送成功”给客户端，并关闭相应的连接。

public class TCPTest3 {

    /*
        这里涉及到的异常，应该使用try-catch-finally处理
         */
    @Test
    public void client() throws IOException {
        //1.
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getByName("127.0.0.1"),9090);
        //2.
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        //3.
        FileInputStream fis = new FileInputStream(new File("beauty.jpg"));
        //4.
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len;
        while((len = fis.read(buffer)) != -1){
            os.write(buffer,0,len);
        }
        //关闭数据的输出
        socket.shutdownOutput();//此处需注意，没有调用shutdownOutput时，相当于没有跟服务器
//说“我已经说完啦，你可以说了”。那么服务器呢就觉得“哦，客户端还没说完，我要等它说完，要有礼
//貌”然后服务器就一直等，就阻塞了。他就不会给客户端发送消息“welcome”

        //5.接收来自于服务器端的数据，并显示到控制台上
        InputStream is = socket.getInputStream();
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        byte[] bufferr = new byte[20];
        int len1;
        while((len1 = is.read(buffer)) != -1){
            baos.write(buffer,0,len1);
        }

        System.out.println(baos.toString());

        //6.
        fis.close();
        os.close();
        socket.close();
        baos.close();
    }

    /*
    这里涉及到的异常，应该使用try-catch-finally处理
     */
    @Test
    public void server() throws IOException {
        //1.
        ServerSocket ss = new ServerSocket(9090);
        //2.
        Socket socket = ss.accept();
        //3.
        InputStream is = socket.getInputStream();
        //4.
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File("beauty2.jpg"));
        //5.
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len;
        while((len = is.read(buffer)) != -1){
            fos.write(buffer,0,len);
        }

        System.out.println("图片传输完成");

        //6.服务器端给予客户端反馈
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        os.write("你好，美女，照片我已收到，非常漂亮！".getBytes());

        //7.
        fos.close();
        is.close();
        socket.close();
        ss.close();
        os.close();

    }
}

UDP网络编程

类DatagramSocket和DatagramPacket实现了基于UDP协议网络程序。
UDP数据报通过套接字DatagramSocket发送和接收，系统不保证UDP数据报一定能够安全送到目的地，也不确定什么时候可以抵达。
DatagramPacket对象封装了UDP数据报，在数据报中包含了发送端的IP地址和端口号以及接收端的IP地址和端口号。
UDP协议中每个数据报都给出了完整的地址信息，因此无须建立发送方和接收方的连接。 如同发快递包裹一样 。

DatagramSocke类的常用方法

?流程：
1. DatagramSocket与DatagramPacket
2. 建立发送端，接收端
3. 建立数据包
4. 调用Socket的发送、接收方法
5. 关闭Socket
发送端与接收端是两个独立的运行程序

public class UDPTest {

    //发送端
    @Test
    public void sender() throws IOException {

        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
        String str = "我是UDP方式发送的导弹";
        byte[] data = str.getBytes();
        InetAddress inet = InetAddress.getLocalHost();
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data,0,data.length,inet,9090);
        socket.send(packet);
        socket.close();
    }

    //接收端
    @Test
    public void receiver() throws IOException {
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9090);
        byte[] buffer = new byte[100];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer,0,buffer.length);
        socket.receive(packet);
        System.out.println(new String(packet.getData(),0,packet.getLength()));
        socket.close();
    }
}

URL编程

URL类

URL类构造器

URL类常用方法

public class URLTest {

    public static void main(String[] args) {

        try {

            URL url = new URL("http://localhost:8080/examples/beauty.jpg?username=Tom");
//            public String getProtocol(  )     获取该URL的协议名
            System.out.println(url.getProtocol());
//            public String getHost(  )           获取该URL的主机名
            System.out.println(url.getHost());
//            public String getPort(  )            获取该URL的端口号
            System.out.println(url.getPort());
//            public String getPath(  )           获取该URL的文件路径
            System.out.println(url.getPath());
//            public String getFile(  )             获取该URL的文件名
            System.out.println(url.getFile());
//            public String getQuery(   )        获取该URL的查询名
            System.out.println(url.getQuery());
        } catch (MalformedURLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

?Url网络编程实现Tomcat服务端数据下载

public class URLTest1 {

    public static void main(String[] args) {

        HttpURLConnection urlConnection = null;
        InputStream is = null;
        FileOutputStream fos = null;
        try {
            URL url = new URL("http://localhost:8080/examples/beauty.jpg");

            urlConnection = (HttpURLConnection) url.openConnection();

            urlConnection.connect();//获取服务器的连接

            is = urlConnection.getInputStream();
            fos = new FileOutputStream("day10\\beauty3.jpg");

            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while((len = is.read(buffer)) != -1){
                fos.write(buffer,0,len);
            }

            System.out.println("下载完成");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //关闭资源
            if(is != null){
                try {
                    is.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(fos != null){
                try {
                    fos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(urlConnection != null){
                urlConnection.disconnect();
            }
        }
    }
}