[网络协议]Java网络编程

1.通信协议分层

上图中，TCP/IP协议中的四层分别是应用层、传输层、网络层和链路层，每层分别负责不同的通信功能。

应用层：主要负责应用程序的协议，例如HTTP协议、FTP协议等。
传输层：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。
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。
数据链路层：链路层是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、网线提供的驱动。
我们编写的程序位于应用层，因此我们的程序是和TCP/UDP打交道的。

?2.协议分类

java.net包中提供了两种常见的网络协议的支持：TCP和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就好比发短信，对方有没有接收到它都不管，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。

?1.UDP

用户数据报协议（User Datagram Protocol）。
数据报（Datagram）：网络传输的基本单位
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。
特点：数据被限制在64kb以内，超出这个范围就不能发送了。

2.TCP

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经过“三次握手”。

为什么挥手需要四次？
关闭连接时，客户端向服务端发送 FIN 时，仅仅表示客户端不再发送数据了但是还能接收数据。服务器收到客户端的 FIN 报文时，先回一个 ACK 应答报文，而服务端可能还有数据需要处理和发送，等服务端不再发送数据时，才发送 FIN 报文给客户端来表示同意现在关闭连接。从上面过程可知，服务端通常需要等待完成数据的发送和处理，所以服务端的 ACK 和 FIN 一般都会分开发送，从而比三次握手导致多了一次。

通俗理解：

三次握手
A：我要过来了！B：我知道你要过来了！A：我现在过来！
四次挥手
A：我们分手吧！B：真的分手吗？B：真的真的要分手吗？A：是的！

3.InetAddress类

此类表示互联网协议 (IP) 地址。InetAddress类无构造方法.

1.常用方法摘要

byte[] getAddress()
返回此 InetAddress 对象的原始 IP 地址。
static InetAddress getByName(String host)
在给定主机名的情况下确定主机的 IP 地址。
String getHostAddress()
返回 IP 地址字符串（以文本表现形式）。
String getHostName()
获取此 IP 地址的主机名。
static InetAddress getLocalHost()
返回本地主机。
127.0.0.1：本机地址，主要用于测试。别名：Localhost

    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        //InetAdress类表示IP地址
        //获取本机IP
        InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println(ip);
        //获得主机名
        System.out.println(ip.getHostName());
        //获得IP地址
        System.out.println(ip.getHostAddress());
        //getLocalHost=getHostName+getHostAddress
        System.out.println(InetAddress.getByName("localhost"));

        InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
        // 获取此 IP 地址的主机名。
        System.out.println(inetAddress.getHostName());
        //返回 IP 地址字符串（以文本表现形式）。
        System.out.println(inetAddress.getHostAddress());
    }

4.端口

• IP地址用来标识一台计算机，但是一台计算机上可能提供多种网络应用程序，如何来区分这些不同的程序呢？这就要用到端口。端口号是用来区分一台机器上不同的应用程序的。
• 我们使用IP地址加端口号，就可以保证数据准确无误地发送到对方计算机的指定软件上了。
• 端口是虚拟的概念，是一个逻辑端口。
• 当我们使用网络软件一打开，那么操作系统就会为网络软件分配一个随机的端口号，或者打开的时候向系统要指定的端口号。
• 通过端口，可以在一个主机上运行多个网络应用程序。端口的表示是一个16位的二进制整数，2个字节，对应十进制的0~65535。
• 端口号在计算机内部是占2个字节。一台机器上最多有65536个端口号。一个应用程序可以占用多个端口号。端口号如果被一个应用程序占用了，那么其他的应用程序就无法再使用这个端口号了。
• 记住一点，我们编写的程序要占用端口号的话占用1024以上的端口号，1024以下的端口号不要去占用，因为系统有可能会随时征用。端口号本身又分为TCP端口和UDP端口，TCP的8888端口和UDP的8888端口是完全不同的两个端口。TCP端口和UDP端口都有65536个

1.分类?

1. 公有端口：0~1023
   • HTTP：80
   • HTTPS：443
   • FTP：21
   • Telnet：23
2. 程序注册端口（分配给用户或者程序）:1024~49151
   • Tomcat：8080
   • MySQL：3306
   • Oracle：1521
3. 动态、私有端口：49152~65535

?3.InetSocketAddress类

说到端口，则要引入一个类：InetSocketAddress

此类实现 IP 套接字地址（IP 地址 + 端口号）。

1.构造方法摘要

InetSocketAddress(InetAddress addr, int port)
根据 IP 地址和端口号创建套接字地址。
InetSocketAddress(int port)
创建套接字地址，其中 IP 地址为通配符地址，端口号为指定值。
InetSocketAddress(String hostname, int port)
根据主机名和端口号创建套接字地址。

2.常用方法摘要

InetAddress getAddress()
获取 InetAddress。
String getHostName()
获取 hostname。
int getPort()
获取端口号。

    public static void main(String[] args) {
        InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress("127.0.0.1",8082);
        System.out.println(inetSocketAddress);
        //返回主机名
        System.out.println(inetSocketAddress.getHostName());
        //获得InetSocketAddress的端口
        System.out.println(inetSocketAddress.getPort());
        //返回一个InetAddress对象（IP对象）
        InetAddress address = inetSocketAddress.getAddress();
        System.out.println(address);
    }

5.TCP网络编程和UDP网络编程

网络编程也叫做Socket编程，即套接字编程。套接字指的是两台设备之间通讯的端点。

?1.TCP

TCP通信能实现两台计算机之间的数据交互，通信的两端，要严格区分为客户端（Client）与服务端（Server）。

1. 客户端：java.net.Socket?类表示。创建Socket对象，向服务端发出连接请求，服务端响应请求，两者建立连接开始通信。
2. 服务端：java.net.ServerSocket?类表示。创建ServerSocket对象，相当于开启一个服务，并等待客户端的连接。

1.Socket 类

该类实现客户端套接字（也称为“套接字”）。 套接字是两台机器之间通讯的端点。?

构造方法:

• public Socket(String host, int port) :创建套接字对象并将其连接到指定主机上的指定端口号。如果指定的host是null ，则相当于指定地址为回送地址。

回送地址(127.x.x.x) 是本机回送地址（Loopback Address），主要用于网络软件测试以及本地机进程间通信，无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，立即返回，不进行任何网络传输。

常用方法:

• public InputStream getInputStream()?： 返回此套接字的输入流。

  • 如果此Scoket具有相关联的通道，则生成的InputStream 的所有操作也关联该通道。
  • 关闭生成的InputStream也将关闭相关的Socket。

• public OutputStream getOutputStream()?： 返回此套接字的输出流。

  • 如果此Socket具有相关联的通道，则生成的OutputStream 的所有操作也关联该通道。
  • 关闭生成的OutputStream也将关闭相关的Socket。

• public void close()?：关闭此套接字。

  • 一旦一个socket被关闭，它不可再使用。
  • 关闭此socket也将关闭相关的InputStream和OutputStream 。

• public void shutdownOutput()?： 禁用此套接字的输出流。

  • 任何先前写出的数据将被发送，随后终止输出流。

2.ServerSocket类?

ServerSocket类：这个类实现了服务器套接字，该对象等待通过网络的请求。

构造方法:

• public ServerSocket(int port)?：使用该构造方法在创建ServerSocket对象时，就可以将其绑定到一个指定的端口号上，参数port就是端口号。

常用方法:?

• public Socket accept()?：监听并接受连接，返回一个新的Socket对象，用于和客户端实现通信。该方法会一直阻塞直到建立连接。