[网络协议]【Java编程】11_网络编程基础

1. 网络基础

计算机网络:

??把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息、共享硬件、软件、数据信息等资源。

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实现数据交换，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；定位主机上的特定的应用
• 找到主机后如何可靠高效地进行数据传

2. 网络通讯协议

2.1 网络协议

??通过计算机网络可以使多台计算机实现连接，位于同一个网络中的计算机在进行连接和通信时需要遵守一定的规则，这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样。

??在计算机网络中，这些连接和通信的规则被称为网络通信协议，它对数据的传输格式、传输速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定统一标准。通信双方必须同时遵守才能完成数据交换。

问题：网络协议太复杂

??计算机网络通信涉及内容很多，比如指定源地址和目标地址，加密解密，压缩解压缩，差错控制，流量控制，路由控制，如何实现如此复杂的网络协议呢？

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。

??网络通信协议有很多种，目前应用最广泛的是 TCP/IP 协议 (Transmission Control Protocal / Internet Protoal传输控制协议/因特网互联协议)，它是一个包括TCP协议、IP协议、UDP协议 (User Datagram Protocol)，ICMP协议 (Internet Control Message Protocol) 和其他一些协议的协议组。

2.2 TCP/IP协议簇

??在学习具体协议之前首先了解一下TCP/IP协议组的层次结构。在进行数据传输时，要求发送的数据与收到的数据完全一样，这时，就需要在原有的改据上添加很多信息，以保证数据在传输过程中数据格式完全一致。TCP/IP协议的层次结构比较简单，共分为四层，分别是应用层、传输层、网络层和链路层，每层分别负责不同的通信功能。

• 链路层: 链路层用于定义物理传输通道，通常是对某些网络连接设备的驱动协议，例如针对光纤、双绞线提供的驱动。
• 网络层: 网络层是整个TCP/IP协议的核心，它主要用于将传输的数据进行分组，将分组数据发送到目标计算机或者网络。
• 运输层: 主要使网络程序进行通信，在进行网络通信时，可以采用TCP协议，也可以采用UDP协议。
• 应用层: 主要负责应用程序的协议，如HTTP协议、FTP协议等。
  

传输层协议中有两个非常重要的协议：

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

2）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。

3. IP地址和端口号

3.1 IP 地址 （InetAddress）

??要想使网络中的计算机能够进行通信，必须为每台计算机指定一个标识号，通过这个标识号来指定接收数据的计算机或者发送数据的计算机，IP地址是Internet 上的计算机的唯一的标识 （通信实体）。

??在TCP/IP协议中，这个标识号就是IP地址，它可以唯一标识一台计算机。目前，IP地址广泛使用的版本是IPv4，它是由4个字节大小的二进制数来表示，如00001010000000000000000000000001。 由于进制形式表示的IP地址非常不便于记忆和处理，因此通常会将IP地址写成十进制的形式，每个字节用一个十进制数字(0~255)表示，数字间用符号 . 分开，如10.0.0.1。随着计算机网络规模的不断扩大，对IP地址的需求也越来越多，IPv4这种用4个字节表示的IP地址面临枯竭，因此IPv6便应运而生了。IPv6使用16个字节表示IP地址，它所拥有的地址容量约是IPv4的8×10²⁸ 倍，达到2²¹⁸个(算上全零的)，这样就解决了网络地址资源数量不足的问题。

IP地址分类方式

• 本地回环地址(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。2011年初已
  经用尽。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

3.2 端口号

??通过IP地址可以连接到指定计算机，但如果想访问目标计算机中的某个应用程序，还需要指定端口号。在计算机中,不同的应用程序是通过端口号区分的。端口号是用两个字节(16位的二进制数)表示的，它的取值范围是0 ~ 65 535，其中，0 ~ 1023之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用，用户的普通应用程序需要使用1024以上的端口号，从而避免端口号被另外一个应用或服务所占用。

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。
  

??图上，位于网络中的一台计算机可以通过IP地址去访问另一台计算机,并通过端口号访问目标计算机中的某个应用程序。

4. HTTP协议

??HTTP，超文本传输协议(Hypertext transfer protocol) ，其定义了客户端与服务器端之间文本传输的规范。HTTP默认使用80端口，这个端口指的是服务端的端口，而客户端使用的端口是动态分配的。当我们没有指定端口访问时，浏览器会默认帮我们添加80端口。我们也可以自己指定访问端口如：http://www.ip138.com:80。

??需要注意的是，现在大多数访问都使用了HTTPS协议，而HTTPS的默认端口为443，如果使用80端口访问HTTPS协议的服务器可能会被拒绝。

4.1 HTTP协议的特点

1.HTTP协议是无状态的

就是说每次HTTP请求都是独立的，任何两个请求之间没有什么必然的联系。但是在实际应用当中并不是完全这样的，引入了Cookie和Session机制来关联请求。

2.多次HTTP请求

在客户端请求网页时多数情况下并不是一次请求就能成功的，服务端首先是响应HTML页面，然后浏览器收到响应之后发现HTML页面还引用了其他的资源，例如，CSS，JS文件，图片等等，还会自动发送HTTP请求这些需要的资源。现在的HTTP版本支持管道机制，可以同时请求和响应多个请求，大大提高了效率。

3.基于TCP协议

HTTP协议目的是规定客户端和服务端数据传输的格式和数据交互行为，并不负责数据传输的细节。底层是基于TCP实现的。现在使用的版本当中是默认持久连接的，也就是多次HTTP请求使用一个TCP连接。

4.2 HTTP工作原理

HTTP协议定义Web客户端如何从Web服务器请求Web页面，以及服务器如何把Web页面传送给客户端。HTTP协议采用了请求/响应模型。客户端向服务器发送一个请求报文，请求报文包含请求的方法、URL、协议版本、请求头部和请求数据。服务器以一个状态行作为响应，响应的内容包括协议的版本、成功或者错误代码、服务器信息、响应头部和响应数据。

4.2.1 HTTP 请求/响应的步骤：

客户端连接到Web服务器->发送Http请求->服务器接受请求并返回HTTP响应->释放连接TCP连接->客户端浏览器解析HTML内容

1. 客户端连接到Web服务器
   一个HTTP客户端，通常是浏览器，与Web服务器的HTTP端口（默认为80）建立一个TCP套接字连接。例如，http://www.baidu.com

2. 发送HTTP请求
   通过TCP套接字，客户端向Web服务器发送一个文本的请求报文，一个请求报文由请求行、请求头部、空行和请求数据4部分组成。

3. 服务器接受请求并返回HTTP响应
   Web服务器解析请求，定位请求资源。服务器将资源复本写到TCP套接字，由客户端读取。一个响应由状态行、响应头部、空行和响应数据4部分组成。

4. 释放连接TCP连接
   若connection 模式为close，则服务器主动关闭TCP连接，客户端被动关闭连接，释放TCP连接;若connection 模式为keepalive，则该连接会保持一段时间，在该时间内可以继续接收请求;

5. 客户端浏览器解析HTML内容
   客户端浏览器首先解析状态行，查看表明请求是否成功的状态代码。然后解析每一个响应头，响应头告知以下为若干字节的HTML文档和文档的字符集。客户端浏览器读取响应数据HTML，根据HTML的语法对其进行格式化，并在浏览器窗口中显示。

HTTP请求消息Request

客户端发送一个HTTP请求到服务器的请求消息包括以下格式
请求行（request line）、请求头部（header）、空行和请求数据四个部分组成。

请求报文

GET /wxisme HTTP/1.1  
Host: www.cnblogs.com 
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 5.0; zh-CN; rv:1.8.1) Gecko/20061010 Firefox/2.0  
Accept: text/xml,application/xml,application/xhtml+xml,text/html;q=0.9,text/plain;q=0.8,image/png,*/*;q=0.5  
Accept-Language: en-us,zh-cn;q=0.7,zh;q=0.3  
Accept-Encoding: gzip,deflate  
Accept-Charset: gb2312,utf-8;q=0.7,*;q=0.7  
Keep-Alive: 300  
Proxy-Connection: keep-alive  
Cookie: ASP.NET_SessionId=ey5drq45lsomio55hoydzc45
Cache-Control: max-age=0

??简单来说请求报文就是由请求行、请求头、内容实体组成的，注意，每一行的末尾都有回车和换行，在内容实体和请求头之间另有一个空行。其中请求行指定的是请求方法、请求URL、协议版本；请求头是键值对的形式存在的，就是字段名：值；内容实体就是要传输的数据。稍后会对方法、请求头字段做详细的说明。

第一部分：请求行，用来说明请求类型,要访问的资源以及所使用的HTTP版本.

GET说明请求类型为GET,[/562f25980001b1b106000338.jpg]为要访问的资源，该行的最后一部分说明使用的是HTTP1.1版本。

第二部分：请求头部，紧接着请求行（即第一行）之后的部分，用来说明服务器要使用的附加信息

从第二行起为请求头部，HOST将指出请求的目的地.User-Agent,服务器端和客户端脚本都能访问它,它是浏览器类型检测逻辑的重要基础.该信息由你的浏览器来定义,并且在每个请求中自动发送等等

第三部分：空行，请求头部后面的空行是必须的

即使第四部分的请求数据为空，也必须有空行。

第四部分：请求数据也叫主体，可以添加任意的其他数据。

这个例子的请求数据为空。

HTTP请求消息Response

一般情况下，服务器接收并处理客户端发过来的请求后会返回一个HTTP的响应消息。

HTTP响应也由四个部分组成，分别是：状态行、消息报头、空行和响应正文

响应报文

HTTP/1.1 200 OK
Date: Tue, 12 Jul 2016 21:36:12 GMT
Content-Length: 563
Content-Type: text/html

<html>
    <body>
    Hello http!
    </body>
</html>

简单来说，其中第一行是状态行，依次包含HTTP版本，状态码和状态短语组成；在一个回车换行之后是响应头，也是键值对的形式，字段名：值；然后会有一个空行也包含回车换行，之后是响应实体，就是要传输的数据。在上面的例子当中就是一个非常简单的HTML页面。对于响应状态码，首部字段键值对稍后会有更加详细的说明。

第一部分：状态行，由HTTP协议版本号， 状态码， 状态消息 三部分组成。

第一行为状态行，（HTTP/1.1）表明HTTP版本为1.1版本，状态码为200，状态消息为（ok）

第二部分：消息报头，用来说明客户端要使用的一些附加信息

第二行和第三行为消息报头：
Date:生成响应的日期和时间；
Content-Type:指定了MIME类型的HTML(text/html),编码类型是UTF-8

第三部分：空行，消息报头后面的空行是必须的

第四部分：响应正文，服务器返回给客户端的文本信息。

空行后面的html部分为响应正文。

4.3 HTTP请求方式中8种请求方法

请求方法是客户端用来告知服务器其动作意图的方法。就像下达命令一样。

HTTP/1.1协议中共定义了八种方法（有时也叫“动作”），来表明Request-URL指定的资源不同的操作方式

• HTTP1.0定义了三种请求方法： GET, POST 和 HEAD方法。
• HTTP1.1新增了五种请求方法：OPTIONS, PUT, DELETE, TRACE 和 CONNECT 方法

4.4HTTP的响应状态码

状态码是用来告知客户端服务器端处理请求的结果。凭借状态码用户可以知道服务器是请求处理成功、失败或者是被转发；这样出现了错误也好定位。状态码是由3位数字加原因短语组成。3位数字中的第一位是用来指定状态的类别。共有5种:
　　
　HTTP状态码一共有60多种，但是不用全部都记住，因为大部分在工作当中是不经常使用的。经常使用的大概就是16种，下面来详细介绍。

1、 200：OK

??这个没有什么好说的，是代表请求被正常的处理成功了。

2、 204：No Content

??请求处理成功，但是没有数据实体返回，也不允许有实体返回。比如说HEAD请求，可能就会返回204 No Content，因为HEAD就是只获取头信息。这里简单提一下205 Reset Content，和204 No Content的区别是不但没有数据实体返回，而且还需要重置表单，方便用户再次输入。

3、 206：Partial Content

??这是客户端使用Content-Range指定了需要的实体数据的范围，然后服务端处理请求成功之后返回用户需要的这一部分数据而不是全部，执行的请求就是GET。返回码就是206：Partial Content。

4、301 ： Moved Permanently

??代表永久性定向。该状态码表示请求的资源已经被分配了新的URL，以后应该使用资源现在指定的URL。也就是说如果已经把资源对应的URL保存为书签了，这是应该按照Location首部字段提示的URL重新保存。

5、 302：Found

??代表临时重定向。该状态码表示请求的资源已经被分配了新的URL，但是和301的区别是302代表的不是永久性的移动，只是临时的。就是说这个URL还可能会发生改变。如果保存成书签了也不会更新。

6、303：See Other

??和302的区别是303明确规定客户端应当使用GET方法。

7、304：Not Modified

??该状态码表示客户端发送附带条件请求时，服务器端允许请求访问资源，但是没有满足条件。304状态码返回时不包含任何数据实体。304虽然被划分在3XX中但是和重定向没有关系。

8、307：Temporary Redirect

??临时重定向，与302 Found相同，但是302会把POST改成GET，而307就不会。

9、400：Bad Request

??400表示请求报文中存在语法错误。需要修改后再次发送。

10、401：Unauthorized

??该状态码表示发送的请求需要有通过HTTP认证的认证信息。

11、403：Forbidden

??表明请求访问的资源被拒绝了。没有获得服务器的访问权限，IP被禁止等。

12、404：Not Found

??表明请求的资源在服务器上找不到。当然也可以在服务器拒绝请求且不想说明理由时使用。

13、408：Request Timeout

??表示客户端请求超时，就是在客户端和服务器建立连接后服务器在一定时间内没有收到客户端的请求。

14、500：Internal Server Error

??表明服务器端在执行请求时发生了错误，很有可能是服务端程序的Bug或者临时故障。

15、503：Service Unavailable

??表明服务器暂时处于超负载或正在进行停机维护，现在无法处理请求。如果事先得知解除以上状况需要的时间，最好写入Retry-After字段再返回给客户端。

16、504：Getaway Timeout

??网关超时，是代理服务器等待应用服务器响应时的超时，和408 Request Timeout的却别就是504是服务器的原因而不是客户端的原因

4.5 HTTP与HTTPS的区别

??超文本传输协议HTTP协议被用于在Web浏览器和网站服务器之间传递信息，HTTP协议以明文方式发送内容，不提供任何方式的数据加密，如果攻击者截取了Web浏览器和网站服务器之间的传输报文，就可以直接读懂其中的信息，因此，HTTP协议不适合传输一些敏感信息，比如：信用卡号、密码等支付信息。

??为了解决HTTP协议的这一缺陷，需要使用另一种协议：安全套接字层超文本传输协议HTTPS，为了数据传输的安全，HTTPS在HTTP的基础上加入了SSL协议，SSL依靠证书来验证服务器的身份，并为浏览器和服务器之间的通信加密。

4.5.1 HTTP和HTTPS的基本概念

??HTTP：是互联网上应用最为广泛的一种网络协议，是一个客户端和服务器端请求和应答的标准（TCP），用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传输协议，它可以使浏览器更加高效，使网络传输减少。

??HTTPS：是以安全为目标的HTTP通道，简单讲是HTTP的安全版，即HTTP下加入SSL层，HTTPS的安全基础是SSL，因此加密的详细内容就需要SSL。

??HTTPS协议的主要作用可以分为两种：一种是建立一个信息安全通道，来保证数据传输的安全；另一种就是确认网站的真实性。

4.5.2 HTTP与HTTPS有什么区别？

??HTTP协议传输的数据都是未加密的，也就是明文的，因此使用HTTP协议传输隐私信息非常不安全，为了保证这些隐私数据能加密传输，于是网景公司设计了SSL（Secure Sockets Layer）协议用于对HTTP协议传输的数据进行加密，从而就诞生了HTTPS。简单来说，HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，要比HTTP协议安全。

HTTPS和HTTP的区别主要如下：

1、https协议需要到ca申请证书，一般免费证书较少，因而需要一定费用。

2、http是超文本传输协议，信息是明文传输，https则是具有安全性的ssl加密传输协议。

3、http和https使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是80，后者是443。

4、http的连接很简单，是无状态的；HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，比http协议安全。

4.5.3 HTTPS的工作原理

??我们都知道HTTPS能够加密信息，以免敏感信息被第三方获取，所以很多银行网站或电子邮箱等等安全级别较高的服务都会采用HTTPS协议。

客户端在使用HTTPS方式与Web服务器通信时有以下几个步骤，如图所示。

（1）客户使用https的URL访问Web服务器，要求与Web服务器建立SSL连接。

（2）Web服务器收到客户端请求后，会将网站的证书信息（证书中包含公钥）传送一份给客户端。

（3）客户端的浏览器与Web服务器开始协商SSL连接的安全等级，也就是信息加密的等级。

（4）客户端的浏览器根据双方同意的安全等级，建立会话密钥，然后利用网站的公钥将会话密钥加密，并传送给网站。

（5）Web服务器利用自己的私钥解密出会话密钥。

（6）Web服务器利用会话密钥加密与客户端之间的通信。

4.5.4 HTTPS的优点

??尽管HTTPS并非绝对安全，掌握根证书的机构、掌握加密算法的组织同样可以进行中间人形式的攻击，但HTTPS仍是现行架构下最安全的解决方案，主要有以下几个好处：

（1）使用HTTPS协议可认证用户和服务器，确保数据发送到正确的客户机和服务器；

（2）HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，要比http协议安全，可防止数据在传输过程中不被窃取、改变，确保数据的完整性。

（3）HTTPS是现行架构下最安全的解决方案，虽然不是绝对安全，但它大幅增加了中间人攻击的成本。

（4）谷歌曾在2014年8月份调整搜索引擎算法，并称“比起同等HTTP网站，采用HTTPS加密的网站在搜索结果中的排名将会更高”。

4.5.5 HTTPS的缺点

虽然说HTTPS有很大的优势，但其相对来说，还是存在不足之处的：

（1）HTTPS协议握手阶段比较费时，会使页面的加载时间延长近50%，增加10%到20%的耗电；

（2）HTTPS连接缓存不如HTTP高效，会增加数据开销和功耗，甚至已有的安全措施也会因此而受到影响；

（3）SSL证书需要钱，功能越强大的证书费用越高，个人网站、小网站没有必要一般不会用。

（4）SSL证书通常需要绑定IP，不能在同一IP上绑定多个域名，IPv4资源不可能支撑这个消耗。

（5）HTTPS协议的加密范围也比较有限，在黑客攻击、拒绝服务攻击、服务器劫持等方面几乎起不到什么作用。最关键的，SSL证书的信用链体系并不安全，特别是在某些国家可以控制CA根证书的情况下，中间人攻击一样可行。

4.5.6 HTTP切换到HTTPS

如果需要将网站从http切换到https到底该如何实现呢？

这里需要将页面中所有的链接，例如js，css，图片等等链接都由http改为https。例如：http://www.baidu.com改为https://www.baidu.com

BTW，这里虽然将http切换为了https，还是建议保留http。所以我们在切换的时候可以做http和https的兼容，具体实现方式是，去掉页面链接中的http头部，这样可以自动匹配http头和https头。例如：将http://www.baidu.com改为//www.baidu.com。然后当用户从http的入口进入访问页面时，页面就是http，如果用户是从https的入口进入访问页面，页面即使https的。

5. 网络编程

Java是 Internet 上的语言，它从语言级上提供了对网络应用程序的支持，程序员能够很容易开发常见的网络应用程序。

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库，程序员面对的是一个统一的网络编程环境。

InetAddress类

JDK中提供了一个InetAdderss类,该类用于封,装一个IP地址,并提供了一系列与IP地址相关的方法,表10-1列举了InetAddress类的一些常用方法。
InetAddress getL.ocalHost() 创建一个表示本地主机的InetAddress对象

String get HostName()得到IP地址的主机名,如果是本机则是计算机名,不是本机则是主机名,如果没有域名则是IP地址

String getHostAddress() 判断指定的时间内地址是否可以到达

boolean isReachable(int timeout) 得到字符串格式的原始IP地址

表10-1 InetAddress类的常用方法方法声明功能描述
InetAddress getByName (String host)参数host表示指定的主机,该方法用于在给定主机名的情况下确定主机的IP地址

?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

InetAdress类
?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

TCP 和 UDP

在介绍图10-1所示的TCP/IP结构时,提到传输层的两个重要的高级协议,分别是UDP和TCP协议,其中UDP是User Datagram Protocol的简称,称为用户数据报协议,TCP是Transmission Control Protocol的简称,称为传输控制协议。UDP是无连接通信协议,即在数据传输时,数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说,当一台计算机向另外一台计算机发送数据时,发送端不会确认接收端是否存在,就会发出数据,同样接收端在收到数据时,也不会向发送端反馈是否收到数据。由于使用UDP协议消耗资源小,通信效率高,所以通常都会用于音频、视频和普通数据的传输,例如视频会议都使用UDP协议,因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包,也不会对接收结果产生太大影响。但是在使用UDP协议传送数据时,由于UDP面向无连接性,不能保证数据的完整性,因此在传输重要数据时不建议使用UDP协议。UDP的交换过程如图10-4所示。
TCP协议是面向连接的通信协议,即在传输数据前先在发送端和接收端建立逻辑连接,然后再传输数据,它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。在TCP连接中必须要明确客户端与服务器端,由客户端向服务端发出连接请求,每次连接的创建都需要经过“三次握手”。第一次握手,客户端向服务器端发出连接请求,等待服务器确认;第二次握手,服务器端向客户端回送一个响应,通知客户端收到了连接请求;第三次握手,客户端再次向服务器端发送确认信息,确认连接。整个交互过程如图10-5所示。

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、目的封装成数据包，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，接收方收到也不确认，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
  
  

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，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

Socket类的常用构造器：

? public Socket(InetAddress address,int port)创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。
? public Socket(String host,int port)创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。
? Socket类的常用方法：
? public InputStream getInputStream()返回此套接字的输入流。可以用于接收网络消息
? public OutputStream getOutputStream()返回此套接字的输出流。可以用于发送网络消息
? public InetAddress getInetAddress()此套接字连接到的远程 IP 地址；如果套接字是未连接的，则返回 null。
? public InetAddress getLocalAddress()获取套接字绑定的本地地址。 即本端的IP地址
? public int getPort()此套接字连接到的远程端口号；如果尚未连接套接字，则返回 0。
? public int getLocalPort()返回此套接字绑定到的本地端口。 如果尚未绑定套接字，则返回 -1。即本端的
端口号。
? public void close()关闭此套接字。套接字被关闭后，便不可在以后的网络连接中使用（即无法重新连接
或重新绑定）。需要创建新的套接字对象。 关闭此套接字也将会关闭该套接字的 InputStream 和
OutputStream。
? public void shutdownInput()如果在套接字上调用 shutdownInput() 后从套接字输入流读取内容，则流将
返回 EOF（文件结束符）。 即不能在从此套接字的输入流中接收任何数据。
? public void shutdownOutput()禁用此套接字的输出流。对于 TCP 套接字，任何以前写入的数据都将被发
送，并且后跟 TCP 的正常连接终止序列。 如果在套接字上调用 shutdownOutput() 后写入套接字输出流，
则该流将抛出 IOException。 即不能通过此套接字的输出流发送任何数据。

TCP网络编程

基于Socket的TCP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：

基于Socket的TCP编程

? 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

客户端创建Socket对象

• 客户端程序可以使用Socket类创建对象，创建的同时会自动向服务器方发起连接。Socket的构造器是：
  ?Socket(String host,int port)throws UnknownHostException,IOException：向服务器(域名是
  host。端口号为port)发起TCP连接，若成功，则创建Socket对象，否则抛出异常。
  ?Socket(InetAddress address,int port)throws IOException：根据InetAddress对象所表示的
  IP地址以及端口号port发起连接。

• 客户端建立socketAtClient对象的过程就是向服务器发出套接字连接请求

Socket s = new 
Socket(“192.168.40.165”,9999);
OutputStream out = s.getOutputStream();
out.write(" hello".getBytes());
s.close();

?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。

服务器建立 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 ss = new ServerSocket(9999);
Socket s = ss.accept ();
InputStream in = s.getInputStream();
byte[] buf = new byte[1024];
int num = in.read(buf);
String str = new String(buf,0,num);
System.out.println(s.getInetAddress().toString()+”:”+str);
s.close();
ss.close();

客户端—服务端

客户端：
?自定义
?浏览器
服务端：
?自定义
?Tomcat服务器

UDP网络编程

UDP网络通信
? 类 DatagramSocket 和 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，也不能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。

DatagramSocket 类的常用方法

? public DatagramSocket(int port)创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。套接字将被
绑定到通配符地址，IP 地址由内核来选择。
? public DatagramSocket(int port,InetAddress laddr)创建数据报套接字，将其绑定到指定的本地地址。
本地端口必须在 0 到 65535 之间（包括两者）。如果 IP 地址为 0.0.0.0，套接字将被绑定到通配符地
址，IP 地址由内核选择。
? public void close()关闭此数据报套接字。
? public void send(DatagramPacket p)从此套接字发送数据报包。DatagramPacket 包含的信息指示：将
要发送的数据、其长度、远程主机的 IP 地址和远程主机的端口号。
? public void receive(DatagramPacket p)从此套接字接收数据报包。当此方法返回时，DatagramPacket
的缓冲区填充了接收的数据。数据报包也包含发送方的 IP 地址和发送方机器上的端口号。 此方法
在接收到数据报前一直阻塞。数据报包对象的 length 字段包含所接收信息的长度。如果信息比包的
长度长，该信息将被截短。
? public InetAddress getLocalAddress()获取套接字绑定的本地地址。
? public int getLocalPort()返回此套接字绑定的本地主机上的端口号。
? public InetAddress getInetAddress()返回此套接字连接的地址。如果套接字未连接，则返回 null。
? public int getPort()返回此套接字的端口。如果套接字未连接，则返回 -1。
? public DatagramPacket(byte[] buf,int length)构造 DatagramPacket，用来接收长
度为 length 的数据包。 length 参数必须小于等于 buf.length。
? public DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress address,int port)构造数
据报包，用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。length
参数必须小于等于 buf.length。
? public InetAddress getAddress()返回某台机器的 IP 地址，此数据报将要发往该
机器或者是从该机器接收到的。
? public int getPort()返回某台远程主机的端口号，此数据报将要发往该主机或
者是从该主机接收到的。
? public byte[] getData()返回数据缓冲区。接收到的或将要发送的数据从缓冲区
中的偏移量 offset 处开始，持续 length 长度。
? public int getLength()返回将要发送或接收到的数据的长度。

UDP网络通信
? 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

DatagramSocket ds = null;
try {
ds = new DatagramSocket();
byte[] by = "hello,atguigu.com".getBytes();
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(by, 0, by.length, 
InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 10000);
ds.send(dp);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (ds != null)
ds.close();
}

接收端
在接收端，要指定监听的端口。

DatagramSocket ds = null;
try {
ds = new DatagramSocket(10000);
byte[] by = new byte[1024];
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(by, by.length);
ds.receive(dp);
String str = new String(dp.getData(), 0, dp.getLength());
System.out.println(str + "--" + dp.getAddress());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (ds != null)
ds.close();
}

URL编程

?URL(Uniform Resource Locator)：统一资源定位符，它表示 Internet 上某一
资源的地址。
?它是一种具体的URI，即URL可以用来标识一个资源，而且还指明了如何locate
这个资源。
?通过 URL 我们可以访问 Internet 上的各种网络资源，比如最常见的 www，ftp
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的基本结构由5部分组成：
<传输协议>://<主机名>:<端口号>/<文件名>#片段名?参数列表
?例如:
http://192.168.1.100:8080/helloworld/index.jsp#a?username=shkstart&password=123
?#片段名：即锚点，例如看小说，直接定位到章节
?参数列表格式：参数名=参数值&参数名=参数值…

URL类构造器

为了表示URL，java.net 中实现了类 URL。我们可以通过下面的构造器来初
始化一个 URL 对象：
?public URL (String spec)：通过一个表示URL地址的字符串可以构造一个URL对象。例
如：URL url = new URL (“http://www. atguigu.com/”);
?public URL(URL context, String spec)：通过基 URL 和相对 URL 构造一个 URL 对象。
例如：URL downloadUrl = new URL(url, “download.html")
?public URL(String protocol, String host, String file); 例如：new URL(“http”,
“www.atguigu.com”, “download. html");
?public URL(String protocol, String host, int port, String file); 例如: URL gamelan = new
URL(“http”, “www.atguigu.com”, 80, “download.html");
? URL类的构造器都声明抛出非运行时异常，必须要对这一异常进行处理，通
常是用 try-catch 语句进行捕获。

一个URL对象生成后，其属性是不能被改变的，但可以通过它给定的
方法来获取这些属性：
?public String getProtocol( ) 获取该URL的协议名
?public String getHost( ) 获取该URL的主机名
?public String getPort( ) 获取该URL的端口号
?public String getPath( ) 获取该URL的文件路径
?public String getFile( ) 获取该URL的文件名
?public String getQuery( ) 获取该URL的查询名

URL url = new URL("http://localhost:8080/examples/myTest.txt");
System.out.println("getProtocol() :"+url.getProtocol());
System.out.println("getHost() :"+url.getHost());
System.out.println("getPort() :"+url.getPort());
System.out.println("getPath() :"+url.getPath());
System.out.println("getFile() :"+url.getFile());
System.out.println("getQuery() :"+url.getQuery());

针对HTTP协议的URLConnection类
?URL的方法 openStream()：能从网络上读取数据
?若希望输出数据，例如向服务器端的 CGI （公共网关接口-Common Gateway
Interface-的简称，是用户浏览器和服务器端的应用程序进行连接的接口）程序发送一
些数据，则必须先与URL建立连接，然后才能对其进行读写，此时需要使用
URLConnection 。
?URLConnection：表示到URL所引用的远程对象的连接。当与一个URL建立连接时，
首先要在一个 URL 对象上通过方法 openConnection() 生成对应的 URLConnection
对象。如果连接过程失败，将产生IOException.
?URL netchinaren = new URL (“http://www.atguigu.com/index.shtml”);
?URLConnectonn u = netchinaren.openConnection( );

URLConnection类

通过URLConnection对象获取的输入流和输出流，即可以与现有的CGI
程序进行交互。
?public Object getContent( ) throws IOException
?public int getContentLength( )
?public String getContentType( )
?public long getDate( )
?public long getLastModified( )
?public InputStream getInputStream( )throws IOException
?public OutputSteram getOutputStream( )throws IOException

URI、URL和URN的区别

URI，是uniform resource identifier，统一资源标识符，用来唯一的标识一个
资源。而URL是uniform resource locator，统一资源定位符，它是一种具体
的URI，即URL可以用来标识一个资源，而且还指明了如何locate这个资源。
而URN，uniform resource name，统一资源命名，是通过名字来标识资源，
比如mailto:java-net@java.sun.com。也就是说，URI是以一种抽象的，高层
次概念定义统一资源标识，而URL和URN则是具体的资源标识的方式。URL
和URN都是一种URI。
在Java的URI中，一个URI实例可以代表绝对的，也可以是相对的，只要它符
合URI的语法规则。而URL类则
不仅符合语义，还包含了定位该资源的信息，
因此它不能是相对的。

小 结

• 位于网络中的计算机具有唯一的IP地址，这样不同的主机可以互相区分。

• 客户端－服务器是一种最常见的网络应用程序模型。服务器是一个为其客户端提供某种特定服务的硬件或软件。客户机是一个用户应用程序，用于访问某台服务器提供的服务。端口号是对一个服务的访问场所，它用于区分同一物理计算机上的多个服务。套接字用于连接客户端和服务器，客户端和服务器之间的每个通信会话使用一个不同的套接字。TCP协议用于实现面向连接的会话。

• Java 中有关网络方面的功能都定义在 java.net 程序包中。Java 用 InetAddress 对象表示 IP 地址，该对象里有两个字段：主机名(String) 和 IP 地址(int)。

• 类 Socket 和 ServerSocket 实现了基于TCP协议的客户端－服务器程序。Socket是客户端和服务器之间的一个连接，连接创建的细节被隐藏了。这个连接提供了一个安全的数据传输通道，这是因为 TCP 协议可以解决数据在传送过程中的丢失、损坏、重复、乱序以及网络拥挤等问题，它保证数据可靠的传送。

• 类 URL 和 URLConnection 提供了最高级网络应用。URL 的网络资源的位置来同一表示Internet 上各种网络资源。通过URL对象可以创建当前应用程序和 URL 表示的网络资源之间的连接，这样当前程序就可以读取网络资源数据，或者把自己的数据传送到网络上去。