网络编程

网络编程

网络通信协议

  • TCP/IP协议： 传输控制协议/因特网互联协议( Transmission Control Protocol/Internet Protocol)，是Internet最基本、最广泛的协议。它定义了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。它的内部包含一系列的用于处理数据通信的协议，并采用了4层的分层模型，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。

  • 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。
    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。
  • 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。
  • 运输层：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。
  • 应用层：主要负责应用程序的协议，例如HTTP协议、FTP协议等。

协议分类

java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持：

  • UDP：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。UDP的交换过程如下图所示。

特点:数据被限制在64kb以内，超出这个范围就不能发送了。

数据报(Datagram):网络传输的基本单位

  • 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”。

    • 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一个响应，通知客户端收到了连接请求。
      • 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。整个交互过程如下图所示。

img

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，例如下载文件、浏览网页等。

网络编程三要素

  • 协议
  • IP地址
    • IP地址：指互联网协议地址（Internet Protocol Address），俗称IP。IP地址用来给一个网络中的计算机设备做唯一的编号。假如我们把“个人电脑”比作“一台电话”的话，那么“IP地址”就相当于“电话号码”。
    • 常用命令
      • 查看本机IP地址，在控制台输入ipconfig
      • 检查网络是否连通，在控制台输入：ping 空格 IP地址
  • 端口号
    • 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进程（应用程序）了。
    • 端口号：用两个字节表示的整数，它的取值范围是0~65535。

利用协议+IP地址+端口号 三元组合，就可以标识网络中的进程了，那么进程间的通信就可以利用这个标识与其它进程进行交互。

TCP通讯程序

在Java中，提供了两个类用于实现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。

Socket类

Socket 类：该类实现客户端套接字，套接字指的是两台设备之间通讯的端点。

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。

构造举例，代码如下：

Socket client = new Socket("127.0.0.1", 6666);

成员方法：

  • 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Scoket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。

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。

构造举例，代码如下：

ServerSocket server = new ServerSocket(6666);

成员方法：

  • public Socket accept() ：侦听并接受连接，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。

简单的TCP网络程序

TCP通信分析图解：

  1. 【服务端】启动,创建ServerSocket对象，等待连接。
  2. 【客户端】启动,创建Socket对象，请求连接。
  3. 【服务端】接收连接,调用accept方法，并返回一个Socket对象。
  4. 【客户端】Socket对象，获取OutputStream，向服务端写出数据。
  5. 【服务端】Scoket对象，获取InputStream，读取客户端发送的数据。

到此，客户端向服务端发送数据成功。

img

自此，服务端向客户端回写数据。

  1. 【服务端】Socket对象，获取OutputStream，向客户端回写数据。
  2. 【客户端】Scoket对象，获取InputStream，解析回写数据。
  3. 【客户端】释放资源，断开连接。

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，绑定端口，开始等待连接
        ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);
        // 2.接收连接 accept 方法, 返回 socket 对象.
        Socket server = ss.accept();
        // 3.通过socket 获取输入流
        InputStream is = server.getInputStream();
        // 4.一次性读取数据
      	// 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 ) , 确定连接到哪里.
		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 输入流对象
      	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();
	}
}
posted @ 2020-12-05 22:45  文森特·Du  阅读(81)  评论(0)    收藏  举报