[网络协议]网络编程学习笔记

网络编程

• 概述：Java提供的网络类库，可以实现无痛的网络连接，联网的底层细节被隐藏在Java的本机安装系统里，由JVM进行控制，并且Java实现了一个跨平台的网络类库，程序员面对的是一个统一的网络编程环境。
• 网络编程目的：直接或间接地通过网络协议与其他计算机实现数据交换，进行通讯。
• 网络编程主要地两个问题：

1. 如何准确地定位网络上的一台或多台主机，定位主机上的特定应用。
2. 找到主机后如何可靠，高效地进行数据传输。

通信要素：

通信双方地址

IP地址与端口号的组合得出一个网络套接字：Socket。

IP地址

• IP地址：唯一的标识Internet上的计算机（通信实体），在Java中使用InetAddress代表IP。

• 本地回路地址（hostAddress）：127.0.0.1，主机名（hostName）：localhost。

• IP地址分类方式1：IPV4和IPV6

  1. IPV4：4个字节组成，四个0~255。
  2. IPV6：16个字节（128位），写成8个无符号整数，每个整数用4个十六进制位表示，数之间用“:”分开。

• IP地址分类方式2：公网地址（万维网）和私有地址（局域网）。192.168.开头的就是私有地址，范围为：192.168.0.0~192.168.255.255。专门为组织机构内使用。由于IP不易记忆，所以可以用特定的域名指代本机IP，通过域名解析服务器（DNS），把域名解析成对应的IP地址。（先找本机hosts（C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts），是否有输入的域名地址，如果没有的话，在通过DNS服务器，找主机）

端口号

• 端口号表示正在计算机上运行的进程（程序）。
• 端口号被规定为一个16位的整数：0~65535。
• 端口分类：
  1. 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）。
  2. 注册端口：1024~49151。分配给用户进程或用户程序。（如Tomcat占用端口8080，MySQL占用端口3306）。
  3. 动态/私有端口：49152~65535。

网络通信协议：

• OSI参考模型：理想化模型。（分为七层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层）

• TCP/IP参考模型（TCP/IP协议）：事实上的国际标准。（五层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层）

• 应用层：提供应用程序的网络接口。
• 传输层：为两台主机间的应用程序提供端到端的通信。传输层从应用层接收数据，并且在必要的时候把他分成较小的单元，传递给网络层，并确保到达网络层的各段信息正确无误。
• 网络层：主要协议由IP、ICMP（互联网控制报文协议）、IGMP（互联网组管理协议）、ARP（地址解析协议）、RARP（反向地址解析协议）等，涉及寻址和路由器的选择。
• 物理层和数据链路层：涉及物理介质访问和二进制数据流传输。

在同层间可以通信，上一层可以调用下一层，而与在下一层不发生关系。各层互不影响，利于系统开发和扩展。

TCP/IP协议簇

• 传输控制协议TCP，用户数据报协议UDP。
• 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，但实际上是一组协议，包括多个具有不同功能且互为关联的协议。
  1. IP协议是网络层的主要协议，支持网间互联的数据通信。

TCP协议

• 使用TCP协议前，必须先建立TCP连接，形成数据传输通道。
• 传输前，采用“三次握手”的方式，进行点对点通信，是可靠的，不会造成数据丢失。
• 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，须释放已建立的连接，效率低。

UDP协议

• 将数据，数据源，数据目的封装成数据报，不需要建立连接。
• 每个数据报的大小限制在64KB内。
• 发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，所以不可靠，可能造成数据丢失。
• 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。

• 类DatagramSocket和类DatagramPacket实现了基于UDP协议网络程序。
• UDP数据报通过数据报套接字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，因此无需建立发送方和接收方的连接，如同发快递包裹一般。

URL类

URL：统一资源定位符，他表示Internet上某一资源的地址。

• 通过URL，我们可以访问Internet上的各种网络资源，比如常见的www站点，浏览器通过解析给定的URL可以在网络上查找相应的文件或其他资源。
• URL的基本结构：传输协议://主机名:端口号/文件名#片段名?参数列表
• 一个URL对象生成后，其属性是不能被改变的，但可以通过他给定的方法来获取属性。

常用方法：

1. public String getProtocol()：获取该URL的协议名。
2. public String getHost()：获取该URL的主机名。
3. public String getPort()：获取该URL的端口名。
4. public String getPath()：获取该URL的文件路径。
5. public String getFile()：获取该URL的文件名。

编程实例

TCP示例①：

客户端发送文件给服务端，服务端将文件保存在本地。

• 客户端：

  1. 确定服务器的IP地址和端口号
  2. 因为要发送文件给服务端，所以要读取客户端的文件，提高效率，使用缓冲流处理节点流
  3. 通过套接字的getOutputStream获取输出流
  4. 写出文件
  5. 关闭资源

• 服务器端：

  1. 设置端口号
  2. 因为要接受文件，所以调用accept(),表示可以进行文件的接收
  3. 通过getInputStream获取输入流，读取传送过来的文件
  4. 通过缓冲流对文件进行写出到硬盘中
  5. 写出文件到硬盘
  6. 关闭资源

代码：

public class TCPTest2 {
    @Test
    public void client() {
        Socket soc = null;
        BufferedInputStream bis = null;
        OutputStream os = null;
        BufferedOutputStream bos = null;

        try {
            // 1.
            InetAddress inet1 = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
            soc = new Socket(inet1, 9966);
            // 2.
            bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("mm.jpg"));
            // 3.
            // 用缓冲流包一下，提高读写效率
            os = soc.getOutputStream();
            bos = new BufferedOutputStream(os);
            // 4.
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = bis.read(buffer)) != -1) {
                bos.write(buffer, 0, len);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
           //资源关闭省略
        }
    }

    @Test
    public void server() {
        ServerSocket ss = null;
        Socket soc = null;
        InputStream is = null;
        BufferedInputStream bis = null;
        BufferedOutputStream bos = null;
        try {
            // 1.
            ss = new ServerSocket(9966);
            // 2.
            soc = ss.accept();
            // 3.
            is = soc.getInputStream();
            bis = new BufferedInputStream(is);
            // 4.
            bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("mm1.jpg"));
            // 5.
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = bis.read(buffer)) != -1) {
                bos.write(buffer, 0, len);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //资源关闭省略
        }
    }
}

TCP示例②：

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

• 注意：客户端发送完文件后要调用shutdownOutput()，表明文件传输完成，停止传输，不然服务器端不确定是否已经还有文件需要接收。

public class TCPTest3 {
    @Test
    public void client() throws Exception{
        Socket soc = new Socket(InetAddress.getByName("127.0.0.1"),9898);
        OutputStream os = soc.getOutputStream();
        FileInputStream fis = new FileInputStream("hello.txt");
        byte[] buffer = new byte[5];
        int len;
        while ((len = fis.read(buffer)) != -1){
            os.write(buffer,0,len);
        }
        // 不停止客户端的传输的话，服务器端盖会一直处于阻塞状态。
        soc.shutdownOutput();
        InputStream is = soc.getInputStream();
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        byte[] buffer2 = new byte[5];
        int len1;
        while ((len1 = is.read(buffer2)) != -1){
            baos.write(buffer2,0,len1);
        }
        System.out.println(baos);
        baos.close();
        is.close();
        fis.close();
        os.close();
        soc.close();
    }

    @Test
    public void server() throws Exception{
        ServerSocket ss = new ServerSocket(9898);
        Socket soc = ss.accept();
        InputStream is = soc.getInputStream();
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("hello1.txt");
        byte[] buffer = new byte[5];
        int len;
        while ((len = is.read(buffer)) != -1){
            fos.write(buffer,0,len);
        }
        OutputStream os = soc.getOutputStream();
        os.write("发送成功".getBytes());

        os.close();
        fos.close();
        is.close();
        soc.close();
        ss.close();
    }
}

UDP示例

使用UDP进行数据传输

• 发送端：

  1. InetAddress指定接收端的IP地址
  2. 创建DatagramSocket对象用。
  3. 编写发送的内容
  4. 将数据用DatagramPacket对象进行封装，封装成数据报
  5. 发送数据报
  6. 关闭资源

• 接收端：

  1. 创建DatagramSocket对象指定自己的端口号
  2. 创建DatagramPacket对象用于存储接收的数据报
  3. 接收数据报
  4. 打印输出
  5. 关闭资源

代码：

public class UDPTest {
    @Test
    public void sender() {
        DatagramSocket socket = null;
        try {
            // 1.InetAddress指定接收端的IP地址
            InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
            // 2.创建DatagramSocket对象用
            socket = new DatagramSocket();
            // 3.编写发送的内容
            String str = "拿来吧你！";
            // data用于存储str
            byte[] data = str.getBytes();
            // 4.将数据用DatagramPacket对象进行封装，封装成数据报
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data,0,data.length,address,9999);
            // 5.发送数据报
            socket.send(packet);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (socket != null){
                // 6.关闭资源
                socket.close();
            }
        }
    }

    @Test
    public void receiver() {
        DatagramSocket socket = null;
        try {
            // 1.创建DatagramSocket对象指定自己的端口号
            socket = new DatagramSocket(9999);
            // 2.创建DatagramPacket对象用于存储接收的数据报
            // buffer用于读取并存储数据报内容
            byte[] buffer = new byte[20];
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer,0,buffer.length);
            // 3.接收数据报
            socket.receive(packet);
            // 4.打印输出
            System.out.println(new String(packet.getData(),0,packet.getLength()));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (socket != null){
                // 5.关闭资源
                socket.close();
            }
        }
    }

}

URL示例

URL编程从服务器端下载资源

1. 创建URL对象，指定资源所在url地址
2. 通过URl对象的openConnection()建立连接，注意协议的类型
3. 读取文件并把文件写出到硬盘
4. 关闭资源

/**
 * URL编程从服务器端下载资源
 * 可以用缓冲流进行处理，加快从文件下载速度
 *
 * @Author：xiezr
 * @Creat：2021-07-20 17:25
 */
public class URLTest {
    @Test
    public void ice() {
        HttpURLConnection connection = null;
        InputStream is = null;
        FileOutputStream fos = null;
        try {
            // 1.创建URL对象，指定资源所在url地址,这里我是用图床传照片生成的url
            URL url = new URL("https://vkceyugu.cdn.bspapp.com/VKCEYUGU-3f5ac434-77f3-4bf1-a1c6-ad1deeb5100a/015a8488-fd25-4c68-8e8a-d11c505b5851.png");
            // 2.通过URl对象的openConnection()建立连接，注意协议的类型
            connection = (HttpURLConnection) url.openConnection();
            connection.connect();
            // 3.读取文件并把文件写出到硬盘
            is = connection.getInputStream();
            fos = new FileOutputStream("picture1.jpg");
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = is.read(buffer)) != -1){
                fos.write(buffer,0,len);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 输入输出流的关闭
        }
        connection.disconnect();
    }

}