[网络协议]网络编程Socket

概述

常见计算机网络

• 互联网 ： 点与点相连
• 万维网： 端与端相连
• 物联网：物与物相连
• 网络编程： 让计算机与计算机之间建立、进行通信

网络通信协议

通过计算机?络可以使多台计算机实现连接，位于同?个?络中的计算机在进?连接和通信时需要遵守?定的规则，这就好?在道路中?驶的汽??定要遵守交通规则?样。在计算机?络中，这些连接和通信的规则被称为?络通信协议，它对数据的传输格式、传输速率、传输步骤等做了统?规定，通信双?必须同时遵守才能完成数据交换。

网络模型

OSI参考模型

OSI（Open System Interconnect），即开放式系统互联。

• 是ISO组织在1985年研究的?络互联模型。
• 该体系结构标准定义了?络互联的七层框架（物理层、数据链路层、?络层、传输层、会话层、表
  示层和应?层）。

每层功能：

• 第?层：物理层为设备之间的数据通信提供传输信号和物理介质。（双绞线、光导纤维）。
• 第?层：链路层在物理层上，通过规程或协议（差错控制）来控制传输数据的正确性。（MAC）。
• 第三层：?络层负责定义了能够标识所有?络节点的逻辑地址。（IP地址）。
• 第四层：传输层负责是否选择差错恢复协议、数据流重?、错误顺序重排。（TCP、UDP）
• 第五层：会话层负责使应?建?和维持会话，使通信在失效时继续恢复通信。（断点续传）
• 第六层：表示层负责定义转换数据格式及加密，允许选择以?进制或ASCII格式传输。
• 第七层：应?层负责?件访问和管理、可靠运输服务、远程操作服务。（HTTP、FTP、SMTP）。

TCP/IP模型

• TCP/IP模型是因特?使?的参考模型，基于TCP/IP的参考模型将协议分成四个层次。
• 该模型中最重要的两个协议是TCP和IP协议。

上图中，TCP/IP协议中的四层分别是应?层、传输层、?络层和链路层，每层分别负责不同的通
信功能。
链路层：链路层是?于定义物理传输通道，通常是对某些?络连接设备的驱动协议，例如针对光
纤、?线提供的驱动。
?络层（?速公路）：?络层是整个TCP/IP协议的核?，它主要?于将传输的数据进?分组，将
分组数据发送到?标计算机或者?络。
运输层（卡?）：主要使?络程序进?通信，在进??络通信时，可以采?TCP协议，也可以采
?UDP协议。
应?层（货物）：主要负责应?程序的协议，例如HTTP协议、FTP协议等。

网络编程

UDP和TCP

UDP： ?户数据报协议(User Datagram Protocol)。UDP是?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?逻辑连接。简单来说，当?台计算机向另外?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?UDP协议消耗资源?，通信效率?，所以通常都会?于?频、视频和普通数据的传输例如视频
会议都使?UDP协议，因为这种情况即使偶尔丢失?两个数据包，也不会对接收结果产?太?影响。

TCP： 传输控制协议 (Transmission Control Protocol)。TCP协议是?向连接的通信协议，即传输数据
之前，在发送端和接收端建?逻辑连接，然后再传输数据，它提供了两台计算机之间可靠?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?”。

三次握?：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?次握?，客户端向服务器端发出连接请求，等待服务器确认
• 第?次握?，服务器端向客户端回送?个响应，通知客户端收到了连接请求。
• 第三次握?，客户端再次向服务器端发送确认信息，确认连接。整个交互过程如下图所示。

TCP/UDP区别:

TCP（传输控制协议，Transmission Control Protocol）：(类似打电话)?向连接、传输可靠（保证数
据正确性）、有序（保证数据顺序）、传输?量数据（流模式）、速度慢、对系统资源的要求多，程序
结构较复杂，每?条TCP连接只能是点到点的，TCP?部开销20字节。

UDP(?户数据报协议，User Data Protocol)：（类似发短信）?向?连接 、传输不可靠（可能丢
包）、?序、传输少量数据（数据报模式）、速度快，对系统资源的要求少，程序结构较简单 ，UDP?
持?对?，?对多，多对?和多对多的交互通信，UDP的?部开销?，只有8个字节。

网络编程三要素

协议

• 计算机?络通信必须遵守的规则，已经介绍过了，不再赘述。

IP地址

• IP地址：指互联?协议地址（Internet Protocol Address），俗称IP。IP地址?来给?个?络中的
  计算机设备做唯?的编号。假如我们把“个?电脑”?作“?台电话”的话，那么“IP地址”就相当
  于“电话号码”。

• IP地址分类

  • IPv4：是?个32位的?进制数，通常被分为4个字节，表示成 a.b.c.d 的形式，例如
    192.168.65.100 。其中a、b、c、d都是0~255之间的?进制整数，那么最多可以表示42亿个。
  • IPv6：由于互联?的蓬勃发展，IP地址的需求量愈来愈?，但是?络地址资源有限，使得IP的
    分配越发紧张。为了扩?地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间，采?128位地址?度，每16个字节?组，分成8组?六进制数，表示成 ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789 ，号称可以为全世界的每?粒沙?编上?个?址，这样就解决了?络地址资源数量不够的问题。

• 特殊的IP地址

  • 本机IP地址： 127.0.0.1 、 localhost

端口号

?络的通信，本质上是两个进程（应?程序）的通信。每台计算机都有很多的进程，那么在?络通信
时，如何区分这些进程呢？

如果说IP地址可以唯?标识?络中的设备，那么端?号就可以唯?标识设备中的进程（应?程序）了。

端?号：?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?号?于?些
知名的?络服务和应?，普通的应?程序需要使?1024以上的端?号。如果端?号被另外?个服务
或应?所占?，会导致当前程序启动失败。

利? 协议 + IP地址 + 端?号 三元组合，就可以标识?络中的进程了，那么进程间的通信就可以利?这
个标识与其它进程进?交互。

TCP编程

概述
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）

两端通信步骤
1、服务端程序，需要事先启动，等待客户端的连接
2、 客户端主动连接服务器端，连接成功才能通信。服务端不可以主动连接客户端。

TCP通信程序
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?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?个服
务，并等待客户端的连接。

开发步骤：

• 建?通信连接（会话）：
  • 创建ServerSocket，指定端?号。
  • 调?accept等待客户端接?。
• 客户端请求服务器：
  • 创建Socket，指定服务器IP + 端?号。
  • 使?输出流，发送请求数据给服务器
• 使?输?流，接收响应数据到客户端（等待）
  • 服务器响应客户端。
  • 使?输?流，接收请求数据到服务器（等待）
  • 使?输出流，发送响应数据给客户端。

客户端向服务器发送数据

服务端实现：

public class ServerTCP {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            System.out.println("服务端启动 , 等待连接 .... ");
            // 1.创建 ServerSocket对象，绑定端?，开始等待连接
            ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);
            // 2.接收连接 accept ?法, 返回 socket 对象.
            Socket server = ss.accept();
            // 3.通过socket 获取输?流
            InputStream is = server.getInputStream();
             // 4.?次性读取数据
             // 4.1 创建字节数组
            byte[] b = new byte[1024];
             // 4.2 据读取到字节数组中.
            int len = is.read(b);
           // 4.3 解析数组,打印字符串信息
            String msg = new String(b, 0, len);
            System.out.println(msg);
           //5.关闭资源.
            is.close();
            server.close();
        }
    }

客户端实现：

 public class ClientTCP {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            System.out.println("客户端 发送数据");
            // 1.创建 Socket ( ip , port ) , 确定连接到哪?.
            Socket client = new Socket("localhost", 6666);
            // 2.获取流对象 . 输出流
            OutputStream os = client.getOutputStream();
            // 3.写出数据.
            os.write("你好么? tcp ,我来了".getBytes());
            // 4. 关闭资源 .
            os.close();
            client.close();
        }
    }

服务器向客户端回写数据

服务端实现：

public class ServerTCP {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            System.out.println("服务端启动 , 等待连接 .... ");
            // 1.创建 ServerSocket对象，绑定端?，开始等待连接
            ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);
            // 2.接收连接 accept ?法, 返回 socket 对象.
            Socket server = ss.accept();
            // 3.通过socket 获取输?流
            InputStream is = server.getInputStream();
            // 4.?次性读取数据
            // 4.1 创建字节数组
            byte[] b = new byte[1024];
            // 4.2 据读取到字节数组中.
            int len = is.read(b)；
            // 4.3 解析数组,打印字符串信息
            String msg = new String(b, 0, len);
            System.out.println(msg);
            // =================回写数据=======================
            // 5. 通过 socket 获取输出流
            OutputStream out = server.getOutputStream();
            // 6. 回写数据
            out.write("我很好,谢谢你".getBytes());
            // 7.关闭资源.
            out.close();
            is.close();
            server.close();
        }
    }

客户端实现：

 public class ClientTCP {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            System.out.println("客户端 发送数据");
            // 1.创建 Socket ( ip , port ) , 确定连接到哪?.
            Socket client = new Socket("localhost", 6666);
            // 2.通过Scoket,获取输出流对象
            OutputStream os = client.getOutputStream();
            // 3.写出数据.
            os.write("你好么? tcp ,我来了".getBytes());
            // ==============解析回写=========================
            // 4. 通过Scoket,获取 输?流对象
            InputStream in = client.getInputStream();
            // 5. 读取数据数据
            byte[] b = new byte[100];
            int len = in.read(b);
            System.out.println(new String(b, 0, len));
            // 6. 关闭资源 .
            in.close();
            os.close();
            client.close();
        }
    }

UDP编程

主要?到两个类DatagramPacket和DatagramSocket，下?分别介绍。

DatagramSocket：

此类表示?来发送和接收数据报包的套接字。

构造?法：

• 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?
• 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。

DatagramPacket
此类表示数据报包。
两个都要先构造好相应的数据包(java.net.DatagramPacket)。
在DatagramPacket包中的函数 int getLength()返回实际接受的字节数。

客户端1

 public class Client1 {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            System.out.println("客户端1启动。。。。");
            /**
             * 接收信息
             */
             //1,创建?个指定端?的DatagramSocket
            DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);
            //2,创建?个字节数组
            byte[] data = new byte[1024];
            //3,创建DatagramPacket接收客户端的信息
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data,data.length);
            //4,接收消息
            socket.receive(packet);
            //读取数据
            String msg = new String(data, 0, packet.getLength());
            System.out.println("客户端2："+msg);
            /**
             * 发送消息
             */
            //5,指定地址，端?
            byte[] data2 = "你好，我是客户端1".getBytes();
            InetAddress localhost = InetAddress.getByName("localhost");
            int port = 9999;
            //6，创建消息
            DatagramPacket packet2 = new
                    DatagramPacket(data2,data2.length,localhost,port);
             //7,发送消息
            socket.send(packet2);
            socket.close();
        }
    }

客户端2

  public class Client2 {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            System.out.println("客户端2启动。。。。。");
            /**
             * 发送消息
             */
            //1,创建DatagramSocket，指定端?
            DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9999);
            //2,指定地址端?
            InetAddress localhost = InetAddress.getByName("localhost");
            int port = 8888;
            //3,要发送的消息
            byte[] data = "你好，客户端1".getBytes();
            //4,创建
            DatagramPacket packet = new
                    DatagramPacket(data,data.length,localhost,port);
            //5,发送
            socket.send(packet);
            /**
             * 接收消息
             */
            //1,创建?个数组
            byte[] data2 = new byte[1024];
            DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2,data2.length);
            socket.receive(packet2);
            //2,解析发送过来的消息
            String msg = new String(data2, 0, packet2.getLength());
            System.out.println("客户端1："+msg);
            socket.close();
        }
    }