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[网络协议]java基础之网络基础

java基础之网络编程基础

一、网络基础知识

1.计算机网络概述

是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备,通过通信线路连接起来,在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统

在这里插入图片描述

2.网络编程概述

在网络通信协议下，实现网络互连的不同计算机上运行的程序间可以进行数据交换

3.网络编程三要素

IP地址：要想让网络中的计算机能够互相通信，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要接收数据的计算机和识别发送的计算机,而P地址就是这个标识号。就是设备的标识

端口：网络的通信，本质上是两个应用程序的通信。每台计算机都有很多的应用程序，那么在网络通信时,如何区分这些应用程序呢?如果说IP地址可以唯一标识网络中的设备，那么端口号就可以唯一标识设备中的应用程序了。也就是应用程序的标识

协议 ：通过计算机网络可以侈台计算机实现连接，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-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，对数据的传输格式传输速率传输步骤等做了统规定,通信方必须同时遵守才能完成数据交换。常见的协议有UDP协议和TCP协议

4.IP地址概述

IP地址：网络中设备的唯一标识

IP地址可以分为两大类：

IPv4:是给每个连接在网络上的主机分配一个32bit地址。按照TCP/IP规定, IP地址用二进制来表示，每个IP地址长32bit,也就是4个字节。例如一个采用进制形式的IP地址是“1000000 1010100000000001 01000010" , 这么长的地址，处理起来也太费劲了。为了方便使用，IP地址经常被写成+进制的形式，中间使用符号“." 分隔不同的字节。于是，上面的IP地址可以表示为"192.168.1.66”。IP地址的这种表示法叫做"紛十进制表示法”，这显然比1和容易记忆得多
IPV6：IPv6:由于互联网的蓬勃发展, IP地址的需求愈来愈大,但是网络地址资源有限，使得IP的分配越发紧张。为了扩大地址空间，通过IPv6重新定义地址空间，翱128位地址长度,每16个字节-组, 分成8组十六进制数,这样就解决了网络地址资源数量不够的问题

IP地址的常用dos命令：

ipconfig：查看本机IP地址；
ping IP地址：检查网络是否连通；

特殊IP地址：

127.0.0.1：回送地址，也代表本机地址，一般用来测试使用

5.InetAddress

InetAddress：该类表示interne协议(IP)地址

这个类的常用方法：

static InetAddress get ByName( String host) 确定主机名称的IP地址，主机名称可以是机器名称也可以是IP地址。
String getHostName() 获取该IP地址的主机名
String getHostAddress() 返回文本显示中的IP地址字符串

代码展示：

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class InteAddress {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        //由于一个网卡可能有多个IP地址。所以使用的是一个InetAddress[]。
        InetAddress[] allByName = InetAddress.getAllByName("LAPTOP-0H2SB19K");
       /* InetAddress[] allByName = InetAddress.getAllByName("ip:192.168.56.1");
        若是根据该IP地址进行获取名字和设备名，将会返回这个结果：
        ip:192.168.56.1
		name:LAPTOP-0H2SB19K*/
			
        for (InetAddress a: allByName){

            String hostAddress = a.getHostAddress();
            String hostName = a.getHostName();

            System.out.println("ip:"+hostAddress);	//获取IP地址
            System.out.println("name:"+hostName);	//获取主机名
        }
    }
}
/*
结果:

ip:192.168.56.1
name:LAPTOP-0H2SB19K
ip:192.168.31.124
name:LAPTOP-0H2SB19K
ip:192.168.213.1
name:LAPTOP-0H2SB19K
ip:192.168.98.1
name:LAPTOP-0H2SB19K
ip:fe80:0:0:0:65db:ea6:e79c:e489%14
name:LAPTOP-0H2SB19K
ip:fe80:0:0:0:b058:4505:ac9c:4989%30
name:LAPTOP-0H2SB19K
ip:fe80:0:0:0:883:6dbe:89aa:9030%22
name:LAPTOP-0H2SB19K
ip:fe80:0:0:0:f14c:1a0f:e1e5:df69%29
name:LAPTOP-0H2SB19K

进程已结束，退出代码为 0
可以看出：本设备是由4个IPV4协议的IP地址和4个IPV6协议的IP地址组成的；
*/

6.端口

端口：设备上应用程序的唯一标识：

端口号：用两个字节表示的整数,它的取值范围是0~65535. 其中, 0~1023之间的端口用于一些知名的网络服务和应用，普通的应用程序需要使用1024以上的端口号。如果端口号被另外-一个服务或应用所占用，导致当前程序启动失败。

7.协议

协议：计算机网络中，连接和通讯的规则被称为网络通讯协议

UDP协议

用户数据报协议(User Datagram Protocol)
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
例如视频会议通常采用UDP协议，因为这种情况即使偶尔失一两个数据包, 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的面向无连接性，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，所以就有一个更安全的协议TCP协议 (也称三次握手协议 )；

TCP协议

传输控制协议(Transmission Control Protocol)
TCP协议是面向连接的通信协议，即传输数据之前，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过“三次握手”
三次握手： TCP协议中，在发送数据的准备阶段,客户端与服务器之间的三次交互，以保证连接的可靠
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个响应, 喀户端收到了连接请球
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
完成三次握手,连接建立后,客户端和服务器就可以开始进行数据传输了。由于这种面向连接的特性,
TCP协议可以保证传输数据的安全,所以应用十分广泛。例如上传文件、下载文件、浏览网页等

二、UDP通信程序

1.UDP通信原理

UDP协议是一种不可靠的网络协议，它在通信的两端各建立一个Socket对象, 但是这两个Socket只是发送，接收数据的对象。因此对于基于UDP协议的通信双方而言,没有所谓的客户端和服务器的概念。

Java提供了DatagramSocket类作为基于UDP协议的Socket

2.UDP发送数据

发送数据步骤：

创建发送端的Socket对象 (DatagramSocket)

? DatagramSocket()；
创建数据，并将数据进行打包

? DatagramPacket(byte[ ] buf , int length, InetAddress address ,int port);
调用DatagramSocket对象的方法发送数据

? void send(DatagramPacket p);
关闭发送端

? void close();

代码：

//发送数据
import java.io.IOException;
import java.net.*;

public class DatagramSocketDemo1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建Socket对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        //创建数据，打包
        //DatagramPacket(byte[ ] buf , int length, InetAddress address ,int port);
        byte[] bys= "hello，java".getBytes();
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket
                (bys,bys.length, InetAddress.getByName("192.168.56.1"),10086);
        //发送数据
        ds.send(dp);
        //关闭发送端
        ds.close();
    }
}

3.UDP接收数据

接收数据的步骤：

创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)

? DatagramSocket(int port)
创建一个数据包，用于接收数据

? DatagramPacket(byte[ ] buf,int length)
调用DatagramSocke对象的方法接收数据

? void receive(DatagramPacket p)
解析数据包, 并把数据在控制台显示

? byte[] getData()

? int getLength()//获取有效长度
关闭接收端

? void close()

代码展示：

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;

//接收数据
public class DatagramSocketDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
//        1. 创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);

//        2. 创建一 个数据包，用于接收数据
        byte[ ] bys = new byte[1024] ;
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys,bys.length);
//        3. 调用DatagramSocke对象的方法接收数据
            ds.receive(dp);
//        4. 解析数据包, 并把数据在控制台显示
        byte [] datas = dp.getData();
        int len = dp.getLength();//接收这个数据的长度，在拆包的时候，根据这个长度取出有效内容，否则会出现很多无用的空数据
        String datastring = new String(datas,0,len);
        System.out.println(datastring);
//        5. 关闭接收端
            ds.close();
    }
}
/*
结果：
hello，java

进程已结束，退出代码为 0
*/

4.UDP实例：

//通过键盘输入数据，发送到发送端

//发送端
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.*;

public class DatagramSocketDemo3 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建发送端
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        //创建发送包
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        String line;

        while ((line = br.readLine()) != null) {


            if ("886".equals(line)) {
                break;
            }




        byte[] bys = line.getBytes();


        InetAddress address = InetAddress.getByName("192.168.56.1");
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length, address, 10086);
        //发送数据
        ds.send(dp);
    }
        //关闭流
        ds.close();
    }
}

//接收端
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;


public class DatagramSocketDemo4 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        //创建接收端
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);
        //创建接收包
        while (true) {
            byte[] bys = new byte[1024];
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length);
            //接包
            ds.receive(dp);
            //拆包
            byte[] data = dp.getData();
            int length = dp.getLength();
            String s = new String(data, 0, length);
            System.out.println("data:" + s);
            //关闭端口
            // ds.close();由于在while循环中，clos
        }
    }
}

三、TCP通信程序

1.TCP通信原理

TCP通信协议是一种可靠的网络协议,它在通信的两端各建立一个Socket对象, 从而在通信的两端形成网络虚拟链路,
一旦建立了虚拟的网络链路,两端的程序就可以通过虚拟链路进行通信
Java对基于TCP协议的的网络提供了良好的封装，使用Socket对象来代表两端的通信端口，并通过Socket产生IO流来进行网络通信.
Java为客户端提供了Socket类,为服务器端提供了ServerSocket类

2.TCP发送数据

发送数据的步骤：

创建客户端的Socket对象(Socket)

? Socket(String host ,int port)
获取输出流，写数据.

? OutputStream getOutputStream( )
释放资源

? void close()

3.TCP接收数据

接收数据的步骤

创建服务器端的Socket对象(ServerSocket)
ServerSocket(int port)
监听客户端连接, 返回一个Socket对象
Socket accept()
获取输入流, 读数据,并把数据显示在控制台
InputStream getInputStream()
释放资源
void close(）

4.TCP实例

4.1.相互通信，给出反馈

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

//TCP客户端，做出反馈
public class SocketDemo3 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建Socket对象
        Socket s = new Socket("192.168.56.1",10000);
        //创建输入流
        OutputStream ops = s.getOutputStream();
        //写数据
        ops.write("hello TCP，我是客户端".getBytes());
        //接收反馈
        InputStream ips = s.getInputStream();
        byte[] bys = new byte[1024];
        int len = ips.read(bys);
        String data = new String(bys,0,len);
        System.out.println("客户端接收到的数据："+data);
        //释放资源
        s.close();
    }
}
/*
结果：客户端接收到的数据：我是服务器端，我收到你的消息了
*/

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

//TCP服务器端，给出反馈
public class SocketDemo4 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建服务器端对象
        ServerSocket ss=new ServerSocket(10000);
        //创建侦听对象
        Socket s = ss.accept();
        //创建输入流，输出数据
        InputStream ips = s.getInputStream();
        byte[] bys = new byte[1024];
        int len = ips.read(bys);
        String data =new String(bys, 0 ,len );
        System.out.println("服务器端接收到的数据："+data);
        //创建输出流，发送反馈
        OutputStream ops = s.getOutputStream();
        ops.write("我是服务器端，我收到你的消息了".getBytes());
        //释放资源
        ss.close();
        s.close();//这个可以省略
    }
}
/*
结果：服务器端接收到的数据：hello TCP，我是客户端
*/

4.2客户端由键盘输入数据，直到输入886才结束。

这里用到一个比较特殊的方法(由于传输的是字符串的信息)，把字节流转换成了字符流，再包装成了缓冲字符流进行数据的交互。

若传输的是图片等字节流的文件，则不能使用这种方法；

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

//TCP客户端，键盘录入数据。输入886才停下。
public class SocketDemo5 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建Socket对象
        Socket s = new Socket("192.168.56.1",10000);
        //创建流，用于输入数据
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
        String line ;
        while((line=br.readLine())!=null){
            if ("886".equals(line)){
                break;
            }
            //发送数据
                  /*  OutputStream ops = s.getOutputStream();
                    ops.write(line.getBytes());*/
            //改进，直接把这个s.getOutputStream();作为BufferedWriter的参数。构建成缓冲输出流
            bw.write(line);
            bw.newLine();
            bw.flush();
        }
                //关闭资源
        s.close();
    }
}
/*
客户端输入：
hello
java
886
*/

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

//TCP服务器端，显示接收的数据
public class SocketDemo6 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建服务器端对象
        ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);

        //创建侦听，生成Socket对象
        Socket s = ss.accept();
        //创建流对象
/*        InputStream ips = s.getInputStream();
        byte[] bys = new byte[1024];
        int len = ips.read(bys);
        String data = new String(bys, 0, len);
        System.out.println("服务器端：" + data);*/
        //改进方案：把字节流->字符流->字符缓冲流
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
        String line;
        while ((line=br.readLine())!=null){
            System.out.println(line);
        }
        //关闭资源
      ss.close();
    }
}
/*
结果：
服务的接收到的信息：hello
服务的接收到的信息：java
*/

4.3 客户端由键盘输入数据，服务器接收文本文件

客户端是一样的，就不重复写了

服务器端代码：

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

//TCP服务器端，要求接收到的数据存入文本文件
public class SocketDemo8 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String s1 = "D:\\1sturdfile\\MeStudy\\kuangshentest\\TCP.txt";
        //创建服务器端对象
        ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);

        //创建侦听，生成Socket对象
        Socket s = ss.accept();
        //创建流对象
/*        InputStream ips = s.getInputStream();
        byte[] bys = new byte[1024];
        int len = ips.read(bys);
        String data = new String(bys, 0, len);
        System.out.println("服务器端：" + data);*/
        //改进方案：把字节流->字符流->字符缓冲流
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
        String line;
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter(s1));

        while ((line=br.readLine())!=null){
            System.out.println("服务的接收到的信息："+line+"已存入文本文件");
            bw.write(line);
            bw.newLine();
            bw.flush();
        }
        //关闭资源
        bw.close();
        ss.close();
    }
}

4.4客户端输入数据来自文件

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

//TCP客户端，传输数据来自文件
public class SocketDemo7 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String s1 = "D:\\1sturdfile\\MeStudy\\kuangshentest\\TCPRead.txt";
        //创建客户端对象
        Socket s = new Socket("192.168.56.1",10000);
        //创建流对象
        String data;
        BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(s1));
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
        while ((data = br.readLine())!=null){
        bw.write(data);
        bw.newLine();
        bw.flush();

        }
        //释放资源
        s.close();
        br.close();

    }
}

4.4 客户端传输文件，服务器接收并存入文件，然后返回反馈

这里有个知识点，如果单纯按照4.2去执行，服务器无法识别在那里接收结束，于是程序陷入死锁的状态

于是我们必须自定义一个标识符（像上面那样把886当标识符），表示我们客户端传输已结束。

但是自定义的标识符万一在文件也存在，则服务器会误以为是结束符，直接终结传输。

于是java提供了个方法 public void shutdownOutput()

其实就是一个关闭输出流的方法。

这个方法起的作用就是告诉服务端，我的传输结束了，好让服务器继续往下执行程序。

代码展示：

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

//TCP客户端，传输数据来自文件
public class SocketDemo7 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String s1 = "D:\\1sturdfile\\MeStudy\\kuangshentest\\TCPRead.txt";
        //创建客户端对象
        Socket s = new Socket("192.168.56.1",10000);
        //创建流对象
        String data;
        //文件的
        BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(s1));
        //传输的

        BufferedWriter bfw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
        //传输文件信息
        while ((data = br.readLine())!=null){
        bfw.write(data);
        bfw.newLine();
        bfw.flush();
        }

       s.shutdownOutput();//关闭输出流操作方法，如果没有此方法，服务器不清楚客户端是否已经完成文件传输，
        // 一直处于等待状态无法进行下一步，程序将死锁。

        //接收服务器信息
        BufferedReader bfr = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
        String line = bfr.readLine();
        System.out.println("服务器发来信息:"+line);
        //释放资源
        s.close();
        br.close();

    }
}
/*
结果：服务器发来信息:服务器收到信息！
*/

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

//TCP服务器端，要求接收到的数据存入文本文件
public class SocketDemo8 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String s1 = "D:\\1sturdfile\\MeStudy\\kuangshentest\\TCPWrite.txt";
        //创建服务器端对象
        ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);

        //创建侦听，生成Socket对象
        Socket s = ss.accept();
        //创建流对象
/*        InputStream ips = s.getInputStream();
        byte[] bys = new byte[1024];
        int len = ips.read(bys);
        String data = new String(bys, 0, len);
        System.out.println("服务器端：" + data);*/
        //改进方案：把字节流->字符流->字符缓冲流
        BufferedReader bfr = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));


        String line;
        BufferedWriter bf = new BufferedWriter(new FileWriter(s1));
        //写入文件
        while ((line=bfr.readLine())!=null){
            bf.write(line);
            bf.newLine();
            bf.flush();
        }

        //给出反馈
        BufferedWriter bfw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
        bfw.write("服务器收到信息！");
        bfw.newLine();
        bfw.flush();
        //关闭资源
        bf.close();
        ss.close();
    }
}

4.4 在4.3的基础上实现多线程接收文件

思想：在每一次监听到对象，则为其开一个线程，所以在accept();后把创建出来的Socket作为参数传入一个自定义的Runnable接口实现类ServerThread(Socket s)。

//服务器端
import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;s

//实现多线程服务器端，接收数据存入文件，并返回反馈
public class SocketDemo9 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {


        //创建服务器端对象
        ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);
        while (true) {  //实现服务器一直开着
            //创建监听
            Socket s = ss.accept();
            //创建多线程
            new Thread(new ServerThread(s)).start();
        }
    }
}

//Runnable实现类 ServerThread
import java.io.*;
import java.net.Socket;

public class ServerThread implements Runnable {
    private   Socket s;
    public ServerThread(Socket s) {
        this.s = s;
    }
    @Override
    public void run() {
        int count=0;
        //创建输入流，接收数据，并写入文件
        try {
            File  f= new File("D:\\1sturdfile\\MeStudy\\kuangshentest\\TCPWrite["+count+"].txt");
            while (f.exists()) {
                count++;    //实现多用户存入多文件。
               f= new File("D:\\1sturdfile\\MeStudy\\kuangshentest\\TCPWrite["+count+"].txt");

            }
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
            BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(new FileWriter(f));
                //写入文件
                String len;
                while ((len = br.readLine())!=null){
                    bufferedWriter.write(len);
                    bufferedWriter.newLine();
                    bufferedWriter.flush();
                }
                //反馈
                BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
                bw.write("文件上传成功");
                bw.newLine();
                bw.flush();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}


            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
            BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(new FileWriter(f));
                //写入文件
                String len;
                while ((len = br.readLine())!=null){
                    bufferedWriter.write(len);
                    bufferedWriter.newLine();
                    bufferedWriter.flush();
                }
                //反馈
                BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
                bw.write("文件上传成功");
                bw.newLine();
                bw.flush();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
  	      }
	    }
    }