网络编程概述

软件结构

C/S结构：全称为Client/Server结构，是指客户端和服务器结构。常见程序有ＱＱ、迅雷等软件。
B/S结构：全称为Browser/Server结构，是指浏览器和服务器结构。常见浏览器有谷歌、火狐等。

通信协议

网络通信协议：通信协议是对计算机必须遵守的规则，只有遵守这些规则，计算机之间才能进行通信。这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样，协议中对数据的传输格式、传输速率、传输步骤等做了统一规定，通信双方必须同时遵守，最终完成数据交换。
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。
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

通信的协议还是比较复杂的， java.net 包中包含的类和接口，它们提供低层次的通信细节。我们可以直接使用这些类和接口，来专注于网络程序开发，而不用考虑通信的细节。
- java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持：
  - 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。
    - 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。
      - 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
  - UDP：用户数据报协议(User Datagram Protocol)。
    - UDP协议是一个面向无连接的协议。传输数据时，不需要建立连接，不管对方端服务是否启动，直接将数据、数据源和目的地都封装在数据包中，直接发送。每个数据包的大小限制在64k以内。它是不可靠协议，因为无连接，所以传输速度快，但是容易丢失数据。日常应用中,例如视频会议、QQ聊天等。
    - 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。
    - 数据被限制在64kb以内，超出这个范围就不能发送了。

网络协议

协议
- 协议：计算机网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”。
- IP地址分类
  - IPv4：是一个32位的二进制数，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之间的十进制整数，那么最多可以表示42亿个。
  - IPv6：由于互联网的蓬勃发展，IP地址的需求量愈来愈大，但是网络地址资源有限，使得IP的分配越发紧张。有资料显示，全球IPv4地址在2011年2月分配完毕。为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间，采用128位地址长度，每16个字节一组，分成8组十六进制数，表示成 ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789 ，号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个网址，这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。
- 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 ping 220.181.57.216
- 特殊的IP地址
  - 本机IP地址： 127.0.0.1 、 localhost 。
端口号
- 网络的通信，本质上是两个进程（应用程序）的通信。每台计算机都有很多的进程，那么在网络通信时，如何区分这些进程呢？
  - 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。其中，0 ~1023之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用，普通的应用程序需要使用1024以上的端口号。如果端口号被另外一个服务或应用所占用，会导致当前程序启动失败。
    - 常用端口：
      - 80端口网络端口
      - 数据库端口 mysql：3306 oracle：1521
      - Tomcat服务器：8080
- 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。

在这里插入图片描述

TCP的通信程序

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）。
两端通信时步骤：
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。
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

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。
  - 参数:
    - String host:服务器主机的名称/服务器的IP地址
    - int port:服务器的端口号
  - 小贴士：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。
  - 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。
实现步骤:
- 创建一个客户端对象Socket,构造方法绑定服务器的IP地址和端口号
- 使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象
- 使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给服务器发送数据
- 使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象
- 使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取服务器回写的数据
- 释放资源(Socket)

/*
    TCP通信的客户端:向服务器发送连接请求,给服务器发送数据,读取服务器回写的数据
    表示客户端的类:
        java.net.Socket:此类实现客户端套接字（也可以就叫“套接字”）。套接字是两台机器间通信的端点。
        套接字:包含了IP地址和端口号的网络单位

    构造方法:
        Socket(String host, int port) 创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。
        参数:
            String host:服务器主机的名称/服务器的IP地址
            int port:服务器的端口号

    成员方法:
        OutputStream getOutputStream() 返回此套接字的输出流。
        InputStream getInputStream() 返回此套接字的输入流。
        void close() 关闭此套接字。

    实现步骤:
        1.创建一个客户端对象Socket,构造方法绑定服务器的IP地址和端口号
        2.使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象
        3.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给服务器发送数据
        4.使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象
        5.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取服务器回写的数据
        6.释放资源(Socket)
     注意:
        1.客户端和服务器端进行交互,必须使用Socket中提供的网络流,不能使用自己创建的流对象
        2.当我们创建客户端对象Socket的时候,就会去请求服务器和服务器经过3次握手建立连接通路
            这时如果服务器没有启动,那么就会抛出异常ConnectException: Connection refused: connect
            如果服务器已经启动,那么就可以进行交互了
 */
public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建一个客户端对象Socket,构造方法绑定服务器的IP地址和端口号
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);
        //2.使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        //3.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给服务器发送数据
        os.write("你好服务器".getBytes());

        //4.使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象
        InputStream is = socket.getInputStream();

        //5.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取服务器回写的数据
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = is.read(bytes);
        System.out.println(new String(bytes,0,len));

        //6.释放资源(Socket)
        socket.close();

    }

}

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。
服务器的实现步骤:
- 创建服务器ServerSocket对象和系统要指定的端口号
- 使用ServerSocket对象中的方法accept,获取到请求的客户端对象Socket
- 使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象
- 使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取客户端发送的数据
- 使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象
- 使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给客户端回写数据

释放资源(Socket,ServerSocket)

/*
    TCP通信的服务器端:接收客户端的请求,读取客户端发送的数据,给客户端回写数据
    表示服务器的类:
        java.net.ServerSocket:此类实现服务器套接字。

    构造方法:
        ServerSocket(int port) 创建绑定到特定端口的服务器套接字。

    服务器端必须明确一件事情,必须的知道是哪个客户端请求的服务器
    所以可以使用accept方法获取到请求的客户端对象Socket
    成员方法:
        Socket accept() 侦听并接受到此套接字的连接。

    服务器的实现步骤:
        1.创建服务器ServerSocket对象和系统要指定的端口号
        2.使用ServerSocket对象中的方法accept,获取到请求的客户端对象Socket
        3.使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象
        4.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取客户端发送的数据
        5.使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象
        6.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给客户端回写数据
        7.释放资源(Socket,ServerSocket)
 */
public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建服务器ServerSocket对象和系统要指定的端口号
        ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
        //2.使用ServerSocket对象中的方法accept,获取到请求的客户端对象Socket
        Socket socket = server.accept();
        //3.使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象
        InputStream is = socket.getInputStream();
        //4.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取客户端发送的数据
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = is.read(bytes);
        System.out.println(new String(bytes,0,len));
        //5.使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        //6.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给客户端回写数据
        os.write("收到谢谢".getBytes());
        //7.释放资源(Socket,ServerSocket)
        socket.close();
        server.close();
    }
}

Java简单基础的复习（十七）网络编程

目录

网络编程概述

软件结构

通信协议

协议分类

网络协议

TCP的通信程序

概述

Socket类

ServerSocket类

猜你喜欢