14. 网络编程
网络编程概述
网络编程的目的：
直接或间接地通过网络协议与其它计算机实现数据交换，进行通讯。
网络编程中有两个主要的问题：
1.如何准确地定位网络上一台或多台主机；定位主机上的特定的应用
2.找到主机后如何可靠高效地进行数据传输
网络通信要素概述
网络通信要素概述需要：
- 通信双方地址
- IP
- 端口号
- 一定的规则（即网络通信协议。有两套参考模型）
- OSI参考模型：模型过于理想化，未能在因特网上进行广泛推广
- TCP/IP参考模型(或TCP/IP协议)：事实上的国际标准。
通信要素1：IP和端口号
IP 地址：InetAddress
- 唯一的标识 Internet 上的计算机（通信实体）
- 本地回环地址(hostAddress)：127.0.0.1 主机名(hostName)：localhost
- IP地址分类方式1：IPV4 和 IPV6
- IPV4：4个字节组成，4个0-255。大概42亿，30亿都在北美，亚洲4亿。2011年初已经用尽。以点分十进制表示，如192.168.0.1
- IPV6：128位（16个字节），写成8个无符号整数，每个整数用四个十六进制位表示，数之间用冒号（：）分开，如：3ffe:3201:1401:1280:c8ff:fe4d:db39:1984
- IP地址分类方式2：公网地址(万维网使用)和私有地址(局域网使用)。192.168.开头的就是私有址址，范围即为192.168.0.0--192.168.255.255，专门为组织机构内部使用
端口号
- 标识正在计算机上运行的进程（程序）
- 不同的进程有不同的端口号
- 被规定为一个 16 位的整数 0~65535。
- 端口分类：
- 公认端口：0~1023。被预先定义的服务通信占用（如：HTTP占用端口80，FTP占用端口21，Telnet占用端口23）
- 注册端口：1024~49151。分配给用户进程或应用程序。（如：Tomcat占用端口8080，MySQL占用端口3306，Oracle占用端口1521等）。
- 动态/私有端口：49152~65535。
端口号与IP地址的组合得出一个网络套接字：Socket。
InetAddress类
-
Internet上的主机有两种方式表示地址：
- 域名(hostName)：www.baidu.com
- IP 地址(hostAddress)：110.242.68.3
-
InetAddress类主要表示IP地址，两个子类：Inet4Address、Inet6Address。
-
InetAddress 类 对 象 含 有 一 个 Internet 主 机 地 址 的 域 名 和 IP 地 址
域名容易记忆，当在连接网络时输入一个主机的域名后，域名服务器(DNS)负责将域名转化成IP地址，这样才能和主机建立连接。 -------域名解析
实例化InetAddress
InetAddress类没有提供公共的构造器，提供了静态方法来获取InetAddress实例
- public static InetAddress getLocalHost()
- public static InetAddress getByName(String host)
InetAddress提供了如下几个常用的方法
- public String getHostAddress()：返回 IP 地址字符串（以文本表现形式）。
- public String getHostName()：获取此 IP 地址的主机名
- public boolean isReachable(int timeout)：测试是否可以达到该地址
public void Test(){
InetAddress inet= null;
InetAddress inet1=null;
try {
inet = InetAddress.getLocalHost();
System.out.println(inet);//DESKTOP-0B9HUJ1/192.168.179.1
System.out.println(inet.getHostAddress());//192.168.179.1
System.out.println(inet.getHostName());//DESKTOP-0B9HUJ1
inet1=InetAddress.getByName("www.baidu.com");
System.out.println(inet1);//www.baidu.com/220.181.38.150
System.out.println(inet1.getHostAddress());//220.181.38.150
System.out.println(inet1.getHostName());//www.baidu.com
} catch (UnknownHostException e) {
e.printStackTrace();
}
}
通信要素2：网络协议
计算机网络中实现通信必须有一些约定，即通信协议，对速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定标准。
TCP/IP协议簇
传输层协议中有两个非常重要的协议：
- 传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)
- 用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)。
TCP/IP 以其两个主要协议：传输控制协议(TCP)和网络互联协议(IP)而得名，实际上是一组协议，包括多个具有不同功能且互为关联的协议。
IP(Internet Protocol)协议是网络层的主要协议，支持网间互连的数据通信。
TCP/IP协议模型从更实用的角度出发，形成了高效的四层体系结构，即物理链路层、IP层、传输层和应用层。
TCP 和 UDP
TCP协议：
- 使用TCP协议前，须先建立TCP连接，形成传输数据通道
- 传输前，采用“三次握手”方式，点对点通信，是可靠的
- TCP协议进行通信的两个应用进程：客户端、服务端。
- 在连接中可进行大数据量的传输
- 传输完毕，“四次挥手”断开连接，需释放已建立的连接，效率低
三次握手：
- 第一次握手：客户端将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给Server，Client进入syn_sent状态，等待Server确认。
- 第二次握手：服务器收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=J+1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入syn_rcvd状态。
- 第三次握手：客户端收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为K+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入established状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了。
为什么要三次握手：
第一次握手：Client什么都不能确认，Server确认了对方发送正常，自己接收正常
第二次握手：Client确认了：自己发送、接收正常，对方发送正常、接收正常；Server确认了：对方发送正常，自己接收正常
第三次握手：Client确认了：自己发送、接收正常，对方发送正常接收正常；Server 确认了：对方发送正常，接收正常，自己发送正常，接收正常。
为什么要传回SYN：
接收端传回发送端所发送的SYN 是为了告诉发送端，我接收到的信息确实就是你发送的信号。
SYN 是 TCP/IP 建立连接时使用的握手信号。在客户机和服务器之间建立正常的TCP 网络连接时，客户机首先发送一个SYN 消息，最后客户机再以ACK消息响应。这样在客户机和服务器之间才能建立起可靠的TCP连接，数据才可以在客户机和服务器之间传递
传了SYN,为什么还要传ACK：
双方通信无误必须是两者相互发送消息无误。传了SYN，证明发送方到接收方的通道没有问题。但是接收方到发送方的通道还是需要ACK信号来验证。
在TCP断开连接的过程中，TCP一端可以中止发送数据，但是仍然可以接收数据，称之为半关闭
为什么关闭需要四次：
户端发出FIN报文时只能保证客户端没有数据发了，服务端还有没有数据发客户端是不知道的。而服务端收到客户端的FIN报文后只能先回复客户端一个确认报文来告诉客户端我服务端已经收到你的FIN报文了，但我服务端还有一些数据没发完，等这些数据发完了服务端才能给客户端发FIN报文(所以不能一次性将确认报文和FIN报文发给客户端，就是这里多出来了一次)。
UDP协议：
- 将数据、源、目的封装成数据包，不需要建立连接
- 每个数据报的大小限制在64K内
- 发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，故是不可靠的
- 可以广播发送
- 发送数据结束时无需释放资源，开销小，速度快
Socket（套接字）
- 网络上具有唯一标识的IP地址和端口号组合在一起才能构成唯一能识别的标识符套接字。
- 通信的两端都要有Socket，是两台机器间通信的端点。
- Socket允许程序把网络连接当成一个流，数据在两个Socket间通过IO传输。
- 一般主动发起通信的应用程序属客户端，等待通信请求的为服务端。
Socket分类：
- 流套接字（stream socket）：使用TCP提供可依赖的字节流服务
- 数据报套接字（datagram socket）：使用UDP提供“尽力而为”的数据报服务
TCP网络编程
基于TCP的Socket通信模型：
基于Socket的TCP编程
客户端Socket的工作过程包含以下四个基本的步骤：
- 创建 Socket：根据指定服务端的 IP 地址或端口号构造 Socket 类对象。若服务器端响应，则建立客户端到服务器的通信线路。若连接失败，会出现异常。
- 打开连接到 Socket 的输入/出流： 使用 getInputStream()方法获得输入流，使用getOutputStream()方法获得输出流，进行数据传输
- 按照一定的协议对 Socket 进行读/写操作：通过输入流读取服务器放入线路的信息（但不能读取自己放入线路的信息），通过输出流将信息写入线程。
- 关闭 Socket：断开客户端到服务器的连接，释放线路
客户端程序可以使用Socket类创建对象，创建的同时会自动向服务器方发起连接。
@Test
public void Test1() {
Socket desk = null;
OutputStream out = null;
BufferedInputStream bs = null;
InputStreamReader isr=null;
try {
desk = new Socket("169.254.52.166", 8848);
out = desk.getOutputStream();
bs = new BufferedInputStream(new FileInputStream("H:\\workspace\\workspace_idea\\e_IO\\1.png"));
byte[] picture = new byte[5];
int len;
while ((len = bs.read(picture)) != -1) {
out.write(picture, 0, len);
}
System.out.println("发送成功！");
desk.shutdownOutput();
//不推荐，当数组picture一次装不下，会出现乱码
// while ((len = desk.getInputStream().read(picture)) != -1) {
// System.out.println(new String(picture, 0, len));
// }
isr = new InputStreamReader(desk.getInputStream());
char[] get = new char[5];
while((len = isr.read(get))!=-1){
System.out.print(new String(get,0,len));
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (bs != null) {
try {
bs.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if (out != null) {
try {
out.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if (desk != null) {
try {
desk.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if(isr!=null){
try {
isr.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
服务器程序的工作过程包含以下四个基本的步骤：
- 调用 ServerSocket(int port) ：创建一个服务器端套接字，并绑定到指定端口上。用于监听客户端的请求。
- 调用 accept()：监听连接请求，如果客户端请求连接，则接受连接，返回通信套接字对象。
- 调用 该Socket类对象的 getOutputStream() 和 getInputStream ()：获取输出流和输入流，开始网络数据的发送和接收。
- 关闭ServerSocket和Socket对象：客户端访问结束，关闭通信套接字。
服务器必须事先建立一个等待客户请求建立套接字
连接的ServerSocket对象。
@Test
public void Test2() {
ServerSocket ss = null;
Socket s = null;
InputStream in = null;
BufferedOutputStream bs = null;
try {
ss = new ServerSocket(8848);
s = ss.accept();
in = s.getInputStream();
bs = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("1.png"));
byte[] picture = new byte[1024];
int len;
while ((len = in.read(picture)) != -1) {
bs.write(picture, 0, len);
}
System.out.println("接收完成！");
s.getOutputStream().write("断开连接。。。".getBytes());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (bs != null) {
try {
bs.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if (in != null) {
try {
in.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if (s != null) {
try {
s.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if (ss != null) {
try {
ss.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
UDP网络编程
- 类 DatagramSocket 和 DatagramPacket 实现了基于 UDP 协议网络程序。
- UDP数据报通过数据报套接字 DatagramSocket 发送和接收，系统不保证UDP数据报一定能够安全送到目的地，也不能确定什么时候可以抵达。
- DatagramPacket 对象封装了UDP数据报，在数据报中包含了发送端的IP地址和端口号以及接收端的IP地址和端口号。
- UDP协议中每个数据报都给出了完整的地址信息，因此无须建立发送方和接收方的连接。如同发快递包裹一样。
@Test
public void Test() {
try (DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8080)) {
byte[] a = "你好！".getBytes();
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(a, 0, a.length, InetAddress.getLocalHost(), 8989);
ds.send(dp);
ds.receive(dp);
System.out.println(new String(dp.getData(), 0, dp.getLength()));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Test
public void Test1() {
try (DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8989)) {
byte[] a = new byte[100];
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(a, 0, a.length);
ds.receive(dp);
System.out.println(new String(dp.getData(), 0, dp.getLength()));
dp=new DatagramPacket("Hello!".getBytes(),0,"Hello!".length(),InetAddress.getLocalHost(),8080);
ds.send(dp);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
URL编程
URL(Uniform Resource Locator)：统一资源定位符，它表示 Internet 上某一资源的地址。
它是一种具体的URI，即URL可以用来标识一个资源，而且还指明了如何locate这个资源。
通过 URL 我们可以访问 Internet 上的各种网络资源，比如最常见的 www，ftp 站点。浏览器通过解析给定的 URL 可以在网络上查找相应的文件或其他资源。
- URL的基本结构由5部分组成：
<传输协议>://<主机名>:<端口号>/<文件名>#片段名?参数列表
java.net 中实现了类 URL,可以通过下面的构造器来初始化一个 URL 对象：
- public URL (String spec)：通过一个表示URL地址的字符串可以构造一个URL对象。
- 例如：URL url = new URL ("http://www.baidu.com/");
- public URL(URL context, String spec)：通过基 URL 和相对 URL 构造一个 URL 对象。
- 例如：URL downloadUrl = new URL(url, “download.html")
- public URL(String protocol, String host, String file);
- public URL(String protocol, String host, int port, String file);
URL类常用方法
一个URL对象生成后，其属性是不能被改变的，但可以通过它给定的方法来获取这些属性：
- public String getProtocol( ) 获取该URL的协议名
- public String getHost( ) 获取该URL的主机名
- public String getPort( ) 获取该URL的端口号
- public String getPath( ) 获取该URL的文件路径
- public String getFile( ) 获取该URL的文件名
- public String getQuery( ) 获取该URL的查询名
针对HTTP协议的URLConnection类
浙公网安备 33010602011771号