前言：
有时候我们会不理解，我们在QQ上发送消息的时候，别人是怎么样能够接收到消息的呢？我们发的消息是怎么样到达别人的手机上的呢？其实这都得益于计算机网络体系结构，而在网络中有着一组共同的网络通信协议来维持着网络通信的进行。
一、网络通信协议
1.1 协议和七层模型
其实也是有协议的，如果每台计算机的通信协议都不一样，那么计算机两者之间的都没有联通的桥梁，消息之间又怎么会无缘无故的链接呢。因此，为了使计算机连成的网络能够互通信息，需要对数据传输速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定一组标准，这一组共同遵守的通信标准就是网络通信协议，不同的计算机之间必须使用相同的通讯协议才能进行通信。
七层模型，也称为OSI（Open System Interconnection）参考模型，是国际标准化组织（ISO）制定的一个用于计算机或通讯系统间互联的标准体系。它是一个七层的、抽象的模型体，不仅包括一系列抽象的术语或概念，也包括具体的协议。
? ISO 就是 Internationalization Standard Organization（国际标准组织）。
数据之间传递的大致流程：
TCP/IP参考模型各层之间的详情介绍：
（1）数据链路层：实现了网卡接口的网络驱动程序，以处理数据在物理媒介上的传输。
常用的协议：
ARP协议：将目标机器的IP地址转换为其物理地址。（数据链路层使用物理地址寻址一台机器）。
RARP协议：仅用于网络上的某些无盘工作站。
（2）网络层：给包加上源地址和目标地址,将数据包传送到目标地址。
常用协议：
IP协议：IP协议根据数据包的目的IP地址来决定如何投递它。如果数据包不能直接发送给目的主机，那么IP协议就为它寻找一个适合的下一跳路由器，并将数据包交付给该路由器来转发。多次重复这一过程，数据包最终到达目的主机，或者由于发送失败而被丢弃。IP协议使用逐跳的方式来确定通信路径。
ICMP协议：它是IP协议的重要补充，主要用于检测网络连接。ICMP报文分为两大类：①差错报文 ②查询报文。
（3）传输层：为两台主机之间的"应用进程"提供端到端的逻辑通信。
常用协议：
TCP协议：为应用层提供可靠的、面向连接的和基于流的服务。TCP协议使用超时重传、数据确认等方式来确保数据包被正确地发送给目的端（因此TCP服务是可靠的）。使用TCP协议的通信双方必须先建立TCP连接，并在内核中为TCP连接维持一些必要的数据结构，比如连接的状态、读写缓冲区，以及诸多定时器等。当通信结束时，双方必须关闭连接以释放这些内核数据。TCP服务是基于流的。基于流的数据是没有边界限制的，它源源不断的从通信的一段流入另一端。发送端可以逐个字节地向数据流中写入数据，接收端也可以逐个字节流地将他们读出。
UDP协议（用户数据报协议）：为应用层提供不可靠、无连接和基于数据报的服务。“不可靠“：无法保证数据正确的从发送端到目的端。如果数据在中途丢失，或者目的端通过数据校验发现数据错误将其丢失，而UDP只是简单的通知应用程序发送失败。因此，使用UDP协议的应用程序通常要自己处理超时重传、数据处理等逻辑。UDP协议是无连接的，即通信双方不保持一个长久的联系，因此应用程序每次发送数据都要明确的指出接收端地址。基于数据包服务，是对于流服务而言。每个UDP数据包都有一个长度，接收端必须以该长度为最小单位将其内容一次性读出，否则数据将被截断。
SCTP协议（流控制传输协议）：在因特网上传输电话信号而设计的。
（4）应用层：应用程序之间如何相互传递报文。
HTTP协议：超文本传输协议（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）是一个简单的请求-响应协议，它通常运行在TCP之上。它指定了客户端可能发送给服务器什么样的消息以及得到什么样的响应。
FTP协议：FTP 采用 Internet 标准文件传输协议 FTP 的用户界面， 向用户提供了一组用来管理计算机之间文件传输的应用程序。
OSI模型各层的通信协议:
1.2 TCP/IP协议
TCP/IP协议：定义了电子设备（比如计算机）如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。它在Internet中是使用最为广泛的通讯协议。
（1） Internet上不同系统之间互联的一组协议，为分散和不同类型的硬件提供通用的编程接口。
（2）TCP/IP协议使Internet尽可能成为一个分散、无序的网络。
?（3）TCP是基于(面向)连接的协议，也就是说，在正式收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。
（4） TCP协议建立连接需要三次会话(握手)
IP地址：网络中每台计算机的一个标识号，是电脑中的一个唯一地址, 方便电脑之间通信。它用四个字节, 每个字节使用"."分割， 每一位的范围是0~255。
端口号：具有网络功能的应用软件的标识号。
（1）端口是一个软件结构，被客户程序或服务程序用来发送和接收数据，一台服务器有256*256个端口。
（2） 0-1023是公认端口号，即已经公认定义或为将要公认定义的软件保留的。
? 1024-65535是并没有公共定义的端口号，用户可以自己定义这些端口的作用。
http: 默认端口: 80
https: 默认端口: 443
mysql的默认端口: 3306
端口: TCP: 0~65535 UDP:0~65535
（3）端口与协议有关：TCP和UDP的端口互不相干
二、网络通信的实现
思考网络编程要解决的问题：
1.如何建立两个节点（电脑）之间的网络连接？
2.如何向另外一个节点（电脑）发送信息？
3.如何从外部节点（电脑）接收一个请求并给预响应？
4.如何利用网络协议（TCP,UDP）？
2.1 TCP协议通信
? TCP是一个面向连接的,可靠的,基于字节流的传输层协议.
面向连接: 所谓的连接,指的是客户端与服务器端的连接,在双方相互通信之前,TCP需要三次握手建立连接.
可靠性: TCP花费了非常多的功夫保证连接的可靠性,这个可靠性体现在下面两个方面:
1. TCP有状态: TCP会精确记录那些数据发送了,那些数据被对方接收了,那些没有被接收到,而且保证数据包按序到达,不允许半点差错.
2. TCP可控制: 如果发现丢包或者网络不佳,TCP会根据具体的情况调整自己的行为,控制自己的发送速度或者重发.
? 使用TCP协议实现通信，需要使用流式套接字。即客户端采用socket,而服务器端采用ServerSocket来完成通信的方式
? 此时实现服务器端与客户端通信的思路:
其中，处理服务器端通信的ServerSocket类,其常见构造如下：
| 构造方法 | 说明 |
|---|---|
| ServerSocket() | 创建一个ServerSocket对象 |
| ServerSocket(int port) | 创建一个ServerSocket对象，并绑定到指定端口 |
ServerSocket常用方法如下：
| 常用方法 | 说明 |
|---|---|
| Socket accept() | 侦听并接收到此ServerSocket的连接，此方法在连接传入之前一直阻塞 |
| void close() | 使服务器释放占用的资源，并断开所有与客户端的连接 |
| InetAddress getInetAddress() | 返回当前服务器绑定的IP地址信息 |
处理客户端通信的Socket类:
Socket的构造共有9种，这里介绍2种常用的构造方法:
| 构造方法 | 说明 |
|---|---|
| Socket(String host, int port) | 向host主机的port端口发起连接请求 |
| Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort) | 向host主机的port端口发起连接请求,发起请求的计算机为localAddr,端口为localPort |
注意：InetAddress类表示互联网协议地址，包含IP地址，实际上就是java对IP地址的封装。
Socket的常用方法：
| 常用方法 | 说明 |
|---|---|
| InetAddress getInetAddress() | 返回与当前Socket对象关联的InetAddress对象 |
| void shutdownInput() | 此套接字的输入流置于“流的末尾” |
| void shutdownOutput() | 禁用此套接字的输出流 |
| InputStream getInputStream() | 返回当前Socket对象关联的InputStream对象，它是服务器端向客户端发送回来的数据流. |
| OutputStream getOutputStream() | 返回当前Socket 对象关联的OutputStream对象,它是客户端想服务器端发送的数据流 |
| void close() | 关闭该socket建立的连接 |
例子：
步骤：
服务器端：
- 创建一个ServerSocket
- 调用accept(),等到客户端的连接
- 得到客户端的Socket对象, 调用getInputStream() getOutputStream() 得到输入输出流
- 输入流接收数据, 输出流发送数据
- 关闭资源
客户端：
- 创建一个Socket, 请求服务器地址, 端口, 与服务器进行连接
- 调用getInputStream() getOutputStream() 得到输入输出流
- 输出流发送数据,输入流接收数据,
- 关闭资源
重点启动顺序: 先启动服务器, 再启动客户端
服务端：
/**
* 服务端
* @author Administrator
*
*/
public class Server {
public static void main(String[] args) {
ServerSocket server = null;
Socket socket = null;
try {
//准备服务器端用的通讯对象（套接字）,指明端口号为8888
server = new ServerSocket(8888);
//到指定端口去阻塞监听,一旦有客户端请求发送过来，那么立即自动与客户端建立连接
socket = server.accept();
System.out.println("服务器端准备ok");
//我要发送到客户端的内容
String msg = "你好,我是服务器，这是我的第一次通讯,请问你收到了吗";
OutputStream os = socket.getOutputStream();//准备输出对象
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(os));
bw.write(msg);//传送消息
bw.newLine();//分句
bw.flush();//刷新
//接收客户端发送的信息
InputStream is = socket.getInputStream();
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
String reply = br.readLine();//阻塞方法, 读到行结尾 换行符
System.out.println("我是服务器，接收到信息："+reply);
//关闭资源
br.close();
is.close();
bw.close();
os.close();
socket.close();
server.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
客户端：
/**
* 客户端
* @author Administrator
*
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Socket socket = null;
try {
//连接服务器
socket = new Socket("localhost", 8888);
System.out.println("客户端准备完成");
//客户端开始接受请求
InputStream is = socket.getInputStream();
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
String msg = br.readLine();//阻塞方法, 读到行结尾 换行符
System.out.println("我是客户端，接收到信息："+msg);
//客户端接收到服务器端的信息之后，需要反馈信息给服务器
//客户端想要反馈给服务器端的信息
String reply = "我是客户端，收到你的信息，这是我的反馈";
OutputStream os = socket.getOutputStream();//准备客户端的输出流
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(os));
bw.write(reply);//传送消息
bw.newLine();//分句
//关闭资源
bw.flush();
bw.close();
os.close();
br.close();
is.close();
socket.close();
} catch (UnknownHostException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
结果：
服务端：
客户端：
2.2 UDP协议通信
UDP是一个面向无连接,不可靠的传输层协议.
需要用到两个类：DatagramSocket,DatagramPacket
DatagramSocket类的作用：发送和接收数据包的套接字，不维护连接状态，不产生输入输出流
DatagramPacket类：数据包，封装了数据，数据长度
DatagramPacket构造方法：
| 构造方法 | 说明 |
|---|---|
| DatagramPacket(byte [] buf,int length,InetAddress address,int port) | Buf是数据的字节数组,length是字节数组的长度，address是目标主机的IP地址,port是目标主机的端口 该构造用来构造对象，将长度为length的包发送到指定主机上的指定端口号 |
DatagramSocket的构造方法：
| 构造方法 | 说明 |
|---|---|
| DatagramSocket() | 创建DatagramSocket对象，并将其与本地主机上任何可用的端口绑定 |
| DatagramSocket(int port) | 创建一个DatagramSocket对象，并将其与本地主机上的指定端口绑定 |
注意：在UDP通信中，通信的双方中，至少有一方需要指定端口号
DatagramSocket的常用方法：
| 常用方法 | 说明 |
|---|---|
| void send(DatagramPacket p) | 发送指定的数据报 |
| void receive(DatagramPacket p) | 接收数据报.收到数据以后，存放在指定的DatagramPacket对象中 |
| void close() | 关闭当前的DatagramSocket对象 |
例子：
UDP通信中并不需要明确的服务器概念，双方几乎是一样的操作。
服务端：
/**
* Client2的服务端
*/
public class Client1 {
public static void main(String[] args) {
DatagramSocket socket = null;
try {
//参与通讯的两方，至少应该有一边指定端口号
socket = new DatagramSocket();
String msg = "我要发送的短信内容";
//dp对象，是用来把要发送的信息打成一个数据包
//数据长度不能超过64K
//构造中可以传递四个参数:
//第一个参数，表示要发送的内容，需要转换成一个byte数组
byte [] b = msg.getBytes();
//第二个参数，表示发送内容的字节数
int len = b.length;
//第三个参数，表示IP地址封装的一个对象，类型是InetAddress,是接收方的地址
InetAddress ia = InetAddress.getByName("localhost");
//第四个参数，表示对方的端口号
int port = 8888;
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(b, len, ia, port);
socket.send(dp);
byte [] bs = new byte[1024];
int length = bs.length;
DatagramPacket dpReceive = new DatagramPacket(bs, length);
socket.receive(dpReceive);
String reply = new String(bs,0,dpReceive.getLength());
System.out.println("我是client1,收到信息："+reply);
socket.close();
} catch (SocketException e) {
e.printStackTrace();
} catch (UnknownHostException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
客户端：
/**
* Client1的客户端
*/
public class Client2 {
public static void main(String[] args) {
DatagramSocket socket = null;
try {
socket = new DatagramSocket(8888);
//这里为了接收数据，也需要一个空的数据包
//两个参数：
//第一个参数，表示一个空的byte数组,用来接收信息内容
byte [] b = new byte[1024];
//第二个参数，表示数组长度
int len = b.length;
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(b, len);
//接收信息
socket.receive(dp);
String msg = new String(b,0,dp.getLength());
System.out.println("我是Client2,接收到信息："+msg);
String reply = "我很好，收到你的信息，很高兴，谢谢";
byte [] bs = reply.getBytes();
int length = bs.length;
InetAddress ia = dp.getAddress();
/*InetSocketAddress isa = (InetSocketAddress) dp.getSocketAddress();
System.out.println("isa.getHostName():"+isa.getHostName());
System.out.println("isa.getHostString():"+isa.getHostString());
System.out.println("isa.getPort():"+isa.getPort());*/
int port = dp.getPort();
DatagramPacket dpReply = new DatagramPacket(bs, length, ia, port);
socket.send(dpReply);
socket.close();
} catch (SocketException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
总结： 现在大家编程最常见的就是使用TCP协议通信了，这种通信方式面向连接，安全性高，可靠。而UDP协议通信是面向无连接，不可靠的传输层协议，因此在编写代码的时候，程序员大多数都会选择可靠一点的协议，才不会常常发生错误。