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[网络协议]Java网络编程

注意:网络编程 ≠ 网站编程,网络编程是使用套接字socket来达到进程间通信,一般称 TC/IP编程

一. 计算机网络

1.概念

计算机网络：把分布在不同地理区域的具有独立功能的计算机,通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统

二. IP和端口号

IP

IP 地址：InetAddress

IP地址是由IP使用的32位或128位无符号数字，构建UDP和TCP协议的低级协议。
全球地址在互联网上是独一无二的
唯一的标识 Internet 上的计算机
本地回环地址(hostAddress)：127.0.0.1
主机名(hostName)：localhost

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

特点：不易记忆

端口号

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 0~6553

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.

三. InetAddress类

Internet上的主机有两种方式表示地址：

域名(hostName)：www.baidu.com

IP 地址(hostAddress)：220.181.111.37

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 I P 地址： www.baidu.com和 220.181.111.37

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

方法:

方法	说明
`String getHostAddress()`	返回 IP 地址字符串（以文本表现形式）
`String getHostName()`	返回该IP地址的主机名
`static InetAddress getByName(String host)`	在给定主机名的情况下返回主机的 IP 地址
`static InetAddress getLocalHost()`	返回本地主机名

try {
    //新建InetAddress对象
    InetAddress ia = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
    //返回IP地址的主机名
    System.out.println("百度主机名:"+ia.getHostName());
    //返回IP地址字符串
    System.out.println("百度IP地址:"+ia.getHostAddress());
} catch (UnknownHostException e) {
	e.printStackTrace();
}

运行结果:

在这里插入图片描述

try {
            //本地回环地址
            InetAddress ia1 = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
            //返回IP地址的主机名
            System.out.println(ia1.getHostName());
            //返回IP地址字符串
            System.out.println(ia1.getHostAddress());
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        }

在这里插入图片描述

try {
            InetAddress ia1 = InetAddress.getLocalHost();
            //返回IP地址的主机名
            System.out.println("本地主机名: "+ia1.getHostName());
            //返回IP地址字符串
            System.out.println("本地IP地址: "+ia1.getHostAddress());
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        }

在这里插入图片描述

四. 网络通信协议

1. 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. 如TCP/IP协议

2. 协议分层

分层思想:

由于结点之间联系很复杂，在制定协议时，把复杂成份分解成一些简单的成份，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。

OSI参考模型

在这里插入图片描述

我们编写的程序位于应用层，因此我们的程序是与TCP/UDP打交道的

TCP/IP协议

TCP:传输控制协议（Transmission Control Protocol）

IP: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。

4. TCP/UDP

TCP是可靠的连接，TCP就像打电话，需要先打通对方电话，等待对方有回应后才会跟对方继续说话，也就是一定要确认可以发信息以后才会把信息发出去。TCP上传任何东西都是可靠的，只要两台机器上建立起了连接，在本机上发送的数据就一定能传到对方的机器上。
UDP就好比发电报，只负责发送出去，不管对方有没有收到，所以UDP是不可靠的。
TCP传送数据虽然可靠，但传送得比较慢；
UDP传送数据不可靠，但是传送得快。

TCP

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，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
在断开时要进行“四次挥手”

三次握手

在这里插入图片描述

四次挥手

在这里插入图片描述

UDP

将数据、源、目的封装成数据包，不需要建立连接
每个数据报的大小限制在64K内
因无需连接，故是不可靠的
发送数据结束时无需释放资源，速度快

五. Java网络编程

Java提供的网络类库，可以实现网络连接，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库，程序员面对的是一个统一的网络编程环境

网络编程的目的：直接或间接地通过网络协议与其它计算机进行通讯

网络编程中有两个主要的问题：

如何准确地定位网络上一台或多台主机
找到主机后如何可靠高效地进行数据传输

六. Socket套接字

概述

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。

通信的两端都要有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.

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

在这里插入图片描述

客户端

客户端程序使用Socket类创建对象,创建的同时会自动向服务器方发起连接

Socket构造方法:

Socket(InetAddress address, int port) 根据指定服务端的 IP 地址或端口号构造 Socket 类对象
Socket(String host,int port) 向服务器(域名为host,端口号为port)发起TCP连接,若成功,创建socket对象,否则抛出异常

Socket常用方法	说明
`InputStream getInputStream()`	返回此套接字的输入流
`OutputStream getOutputStream()`	返回此套接字的输出流
`void close()`	关闭此套接字

客户端Socket的工作过程包含以下四个基本的步骤：

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

服务器端

服务器程序建立 ServerSocket 对象

ServerSocket对象负责等待客户端请求建立套接字连接，类似邮局某个窗口中的业务员。也就是说，服务器必须事先建立一个等待客户请求建立套接字连接的ServerSocket对象。

所谓“接收”客户的套接字请求，就是accept()方法会返回一个 Socket 对象

ServerSocket的方法

构造方法:

? ServerSocket(int port)

创建绑定到指定端口的服务器套接字

ServerSocket常用方法	说明
`Socket accept()`	监听套接字连接,成功返回套接字,否则阻塞直到连接成功
`void close()`	关闭套接字

服务器程序的工作过程包含以下四个基本的步骤：

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和接收。
关闭ServerSocket和Socket对象：客户端访问结束，关闭通信套接字。

现在分别建立客户端和服务器端程序

服务器端程序代码

package networkdemo.tcp;

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        //1.创建服务器端
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9966);
        System.out.println("服务器连接中");
        //检测是否有客户端连接,成功返回Socket对象
        Socket socket = serverSocket.accept();
        System.out.println("服务器连接成功!开始对话吧");

        //获取输出输出流
        InputStream in = socket.getInputStream();
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        //使用处理流(流中包含其他流)
        DataInputStream din = new DataInputStream(in);
        DataOutputStream dout = new DataOutputStream(out);
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        while (true){
             //发消息
            System.out.println("向客户端发消息");
            String str1 = scanner.next();
            dout.writeUTF(str1);

            //收消息
            String str2 = din.readUTF();
            System.out.println("新消息:"+str2);
        }
    }
}

客户端程序代码:

package networkdemo.tcp;

import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        /*创建客户段Socket,创建时三次握手,检测网络是否畅通,不畅通报错
        Exception in thread "main" java.net.ConnectException: Connection timed out: connect*/
        //2.创建客户端
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9966);
        System.out.println("客户端启动成功,等待对方发");

        InputStream in = socket.getInputStream();
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        //使用处理流(流中包含其他流)
        DataInputStream din = new DataInputStream(in);
        DataOutputStream dout = new DataOutputStream(out);
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        while (true){
            //收消息
            String str1 = din.readUTF();
            System.out.println("新消息:"+str1);

            //发消息
            System.out.println("向服务器发消息");
            String str2 = scanner.next();
            dout.writeUTF(str2);
        }
    }
}