[网络协议]网络编程知识点

网络编程知识点

1. 网络编程概述

• 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（路由器或交换机之类的）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。

• 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他计算机进行通讯。

• 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者多台主机 IP地址

  ? 找到主机后如何可靠高效地进行数据传输 通信协议

2.网络通信模型及协议

OSI七层模型(理想型)：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（我们实际中使用应用到的）：物理层（物理+数据链路层）、网络层、传输层、应用层。

? 应用层：指我们编程语言级别的，所封装的一些数据。

? 传输层：就是用那些协议进行传输。

? 网络层：进行定位，如何定位到一台主机。

? 物理层：一些物理设备，网线、线路进行最底层的数据传输。

协议：

? 网络层：HTTP(最常用的)、ftp（连接一些网络服务，向服务器端进行文件传输）等

? 传输层：TCP（提出三次握手，四次挥手）、UDP等

? 网络层：IP等

如何实现网罗中的主机互相通信：

? 通信双方地址

? 一定的规则

3.通讯要素：IP和端口号

IP地址：InetAddress

? 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地址分类方式1：IPV4和IPV6

`IPV4`：4个字节组成，4个0-255。以点分十进制表示，如192.168.31.24

? 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，专门为机构组织内部使用

特点：不易记忆 ,解决方法：申请域名进行绑定。DNS服务器，管理全球域名，不会重复。

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 0~65534。

? 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，TeInet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，运行过程中自动分配

? 端口号与IP地址的组合得出一个网络套接字。

4.InetAddress类

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)：**36.152.44.95

? 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，如www.baidu.com 和 36.152.44.95

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）负责将域名转化为IP地址，这样才能和主机建立连接。(域名解析)

    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        InetAddress inet = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
        System.out.println(inet); // www.baidu.com/36.152.44.95

        System.out.println(inet.getHostAddress()); // 主机地址  36.152.44.95
        System.out.println(inet.getHostName()); // 主机名  www.baidu.com
    }

5.通信要素：网络通信协议

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：

? 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。

协议：

网络层：

? HTTP协议（超文本传输协议）：超文本，指网页内容。就是传输网页内容的一个协议。

? FTP协议：传输的是文件。

传输层：

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

? 用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)

网络层：

? IP协议(网络互联协议)：支持网络间互联的数据通信。

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。

6.传输控制协议TCP

TCP

? 使用TCP协议前，需先建立TCP连接，形成传输数据通道(传输数据之前，客户端与服务器必须建立连接)。

? 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、服务器端

? 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

标志位(Flags)：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等。具体含义如下：

? URG：紧急指针(urgent pointer) 有效。

? ACK：确认序号有效。

? PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。

? RST：重置连接。

? SYN：发起一个新连接。

? FIN：释放一个连接。

seq是一个序列化编号。

使用TCP协议前，需先建立TCP连接，传输前，采用“三次握手”方式：

1.客户端向服务器端发起连接请求

2.服务器端收到请求后向客户端的确认回复

3.客户端收到服务器端的确认回复后再给服务器端的确认回复，这样服务器端就能确保客户端收到了来自服务器的确认回复。

面试问：两次握手行不行?四次行不行？

两次太少，四次太多

四次挥手

在断开时要进行“四次挥手”，服务器端与客户端都可以主动要求断开连接，这里以客户端主动断开连接为例：

1. 客户端向服务器端发送一个断开连接的请求(FIN)。
2. 服务器端收到后向客户端发送一个确认信息，还可以发送数据。
3. 之后，服务器端又向客户端发送一个断开连接的请求(FIN)。
4. 客户端向服务器端发送确认断开的一个回复。

7.用户数据报协议UDP

UDP

? 将数据、数据源、目的地址封装成数据包(报)，不需要建立连接。

? 每个数据包的大小限制在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

8. Java中TCP协议通信实现

Socket

Socket：网络套接字，表示客户端，里面封装服务器IP，端口

? 利用套接字(Socket)开发网络应用程序早已被广泛的采用，以至于称为事实上的标准。

? 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的步骤：

? **创建Socket：**根据指定服务器的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。弱连接失败，会出现异常。

? **打开连接到Socket的输入/输出流：**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的构造方法是：

? Socket(String host,int port)：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)：根据InetAddress对象所表示的IP地址以及端口号port发起连接。

服务器端程序的工作过程包含以下四个基本的步骤：

? 调用ServerSocket：表示服务器端。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/连接。

? **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，即：服务器必须事先建立一个等待客户端请求建立套接字连接的ServerSocket对象。所谓“接收”客户端的套接字请求，就是accept()方法会返回一个Socket对象。

一个案例

服务器端

//服务器
public class Server {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建服务器，端口号自定义 不要跟其他的重复
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        System.out.println("服务器启动,等待客户端连接");
        //服务器监听等待客户端请求连接
        Socket socket = serverSocket.accept();//阻塞式的 监听
        System.out.println("客户端连接成功");

        //接收客户单发送的消息
         InputStream in =  socket.getInputStream();
        byte[] b=new byte[1024];
        int length  = in.read(b);//将客户端发送的消息 写入到byte数组中
        //byte数组转字符串
        String s = new String(b,0,length,"utf-8");
        System.out.println("接收到客户端消息:"+s);

         //服务器端向客户单发送消息
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        out.write("我收到了".getBytes("utf-8"));


    }

}

客户端

//客户端
public class Client {

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

          //创建客户端 创建时需要进行建立连接
          //IP为电脑IP，端口为服务器端自定义的端口
          Socket socket = new Socket("192.168.31.132",9999);

          //获得输出流对象
          OutputStream out =  socket.getOutputStream();
                    String s = "你好 服务器";
            out.write(s.getBytes("utf-8"));

            //客户端接收服务器发送的消息
           InputStream in  = socket.getInputStream();
            byte[] b=new byte[1024];
            int length  = in.read(b);
            String ms = new String(b, 0, length, "utf-8");
            System.out.println("接收到服务器消息"+ms);

            out.close();
            socket.close();
    }

注意：一定要先运行服务器端。要是先运行客户端的话，它会找对应服务器进行建立连接，而服务器还未启动，就会报错。