• 网络编程入门

    目录

    一、网络编程入门

    1.软件结构

    2.网络通信协议

    ​编辑 3.协议分类

    4.网络编程要素 

    IP地址

    IP地址分类

    常用命令

     特殊的IP地址

    InetAddress 类 

    常用方法

    端口号 

    二、UDP协议编程

    DatagramSocket类

    构造方法

    常用方法 

    DatagramPacket类 

    构造方法

    常用方法 

    使用UDP通信 

    UDP三种通讯方式

    UDP组播实现

     UDP广播实现

     三、TCP通信程序

    Socket 类

    构造方法

    一、网络编程入门

    1.软件结构

    C/S结构：全称为Client/Server结构，是指客户端和服务端结构。常见程序有QQ、迅雷等软件。

    B/S结构：全程为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。

     两种架构各有优势，但是无论哪种架构，都离不开网络的支持。网络编程，就是在一定的
    协议下，实现两台计算机的通信的程序。

    2.网络通信协议

    通信协议是对计算计必须遵守的规则，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，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通信的协议，并采用了四层的分层模型，每一层都呼叫他的下一层所提供的协议来完成自己的需求。

     3.协议分类

    通信的协议还是比较复杂的，java.net包中的类和接口，他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.nei包中提供两种常见的网络协议的支持：

    • TCP：传输控制协议。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，客户端与服务端之间的三次交互，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，服务端向客户端回送一个响应，通知客户端受到了连接请求。
    • 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。

    完成三次握手，建立连接后，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。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、数据源和目的地分装在数据包中，直接发送。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。

    补充：三次握手和四次挥手

    建立连接（三次握手）：

     断开连接（四次挥手）：

    4.网络编程要素 

    协议、IP地址、端口号。

    IP地址

    互联网协议地址，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，通常被分为四个字节，表示为a.b.c.d的形式，例如192.168.1.66。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:为了互联网的蓬勃发展，IP地址的需求量越来越大，但是网络地址资源有限，使得IP的分配愈发紧张。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
    ipconfi
    •  检查网络是否连通，在控制台输入 
    ping 空格 IP地址
     特殊的IP地址
    • 127.0.0.1 / localhost 都表示本机

    区别：

    1. localhost 等于 127.0.0.1 ，不过 localhost 是域名， 127.0.0.1 是 IP 地址。 

    2. localhost 和 127.0.0.1 不需要联网，都是本机访问

    3. 本机 IP 需要联网，本机 IP 是本机或外部访问， 本机 IP 就是本机对外放开访问的 I
    P 地址，这个网址就是与物理网卡绑定的 IP 地址
    4. localhost 是一个域名，在过去它指向 127.0.0.1 这个IP地址。在操作系统支持 ipv6
    后，它同时还指向ipv6 的地址 ::1

    InetAddress 类 

    java.net.InetAddress 表示Internet协议（ IP ）地址。 IP 地址是由 IP 使用的32位或
    128位无符号数字，构建 UDP 和 TCP 协议的低级协议。

    常用方法
    • public static InetAddress[] getAllByName(String host) 给定主机的名称，根据系统上配置的名称服务返回其 IP 地址数组
    • public static InetAddress getByName(String host) 确定主机名称的 IP 地址。
    • public static InetAddress getLocalHost() 返回本地主机的地址
    • public String getHostAddress() 返回文本显示中的 IP 地址字符串
    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。每个端口同时只能有一个进程使用，端口是计算机与外界通信的入口和
    出口。

    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。

    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。

    查看本机端口情况使用 netstat -ano 命令

    telnet ip 端口

    二、UDP协议编程

    DatagramSocket类

    java.net.DatagramSocket 表示用于发送和接收数据报数据包的套接字,数据报套接字是分
    组传送服务的发送或接收点。 DatagramSocket 应该绑定到通配符地址。 在一些实现中，
    当 DatagramSocket 绑定到更具体的地址时，也可以接收广播分组。

    构造方法

    常用构造方法有：

    • public DatagramSocket(int port) 构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定
      端口。
    • public DatagramSocket(int port, InetAddress laddr) 创建一个数据报套接字，绑定
      到指定的本地地址。
    常用方法 
    • public void send(DatagramPacket p) 从此套接字发送数据报包。 DatagramPacket 包括指示要发送的数据，其长度，远程主机的 IP 地址和远程主机上的端口号的信息。
    • public synchronized void receive(DatagramPacket p) 从此套接字接收数据报包。

    当此方法返回时， DatagramPacket 的缓冲区将填充接收到的数据。 数据包数据包还包
    含发送者的 IP 地址和发件人机器上的端口号。 该方法阻塞，直到接收到数据报。 数
    据报包对象的length字段包含接收到的消息的长度。 如果消息长于数据包的长度，消息
    将被截断。 

    DatagramPacket类 

    java.net.DatagramPacket 表示数据报包,数据报包用于实现无连接分组传送服务。 仅基于
    该数据包中包含的信息，每个消息从一台机器路由到另一台机器。

    构造方法
    • public DatagramPacket(byte buf[], int offset, int length, InetAddress address,
      int port) 构造用于发送长度的分组的数据报包 ,length,指定主机上到指定的端口号。
    • public DatagramPacket(byte buf[], int length) 构造一个 DatagramPacket 用于接
      收长度的数据包 length
    常用方法 
    • public synchronized int getLength() 返回要发送的数据的长度或接收到的数据的长
      度
    • public synchronized InetAddress getAddress() 返回该数据报发送或接收数据报的计
      算机的 IP 地址。
    • public synchronized byte[] getData() 返回数据缓冲区

    使用UDP通信 

    步骤：

    1. 【发送端】 创建目标主机发送对象 DatagramSocket

    2. 【发送端】 创建发送信息 DatagramPacket 对象

    3. 【发送端】 发送端发送信息

    4. 【接收端】 创建用于接收信息的 DatagramPacket 对象

    5. 【接收端】 创建 DatagramSocket 对象

    6. 【接收端】 接收信息

    发送端

    1. package network.day3;
    2.  
    3. import java.io.IOException;
    4. import java.net.*;
    5.  
    6. /**
    7.  * 练习:
    8.  * 发送端:发送数据来源于键盘录入，直到输入 end 表示发送结束
    9.  * 发送端要写一个专门接收响应的线程，用于接收对方的反馈接收端:死循环接收数据
    10.  * 接收端接收到数据后，向发送端指定端口发送一条 接收到信息的反馈
    11.  * 发送端发送消息时包含以下部分:
    12.  * 1.消息格式(text, mp3,jpg, png,..
    13.  * 2.消息内容
    14.  * 3.发送时间
    15.  * 4.接收回复端口
    16.  * 建议包装成jison
    17.  */
    18. public class SendDemo {
    19.     public static void main(String[] args) {
    20.         try {
    21.             //发送数据报
    22.             DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
    23.             InetAddress localHost = InetAddress.getByName("WIN-EB2ASK9538P");
    24.             int post=8080;
    25.  
    26.             System.out.println(socket.getPort());
    27.             System.out.println(socket.getLocalPort());
    28.  
    29.             String s="咕噜咕噜咕噜噜";
    30.             DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(s.getBytes(), s.getBytes().length, localHost, post);
    31.  
    32.             socket.send(datagramPacket);
    33.  
    34.             System.out.println("发送成功");
    35.             socket.close();
    36.         } catch (SocketException e) {
    37.             throw new RuntimeException(e);
    38.         } catch (UnknownHostException e) {
    39.             throw new RuntimeException(e);
    40.         } catch (IOException e) {
    41.             throw new RuntimeException(e);
    42.         }
    43.     }
    44. }

    接收端

    1. package network.day3;
    2.  
    3. import java.io.IOException;
    4. import java.net.DatagramPacket;
    5. import java.net.DatagramSocket;
    6. import java.net.SocketException;
    7.  
    8. /**
    9.  * 使用UDP协议接收数据
    10.  */
    11. public class UDPReceive {
    12.  
    13.     public static void main(String[] args) {
    14.         //存储接收到的数据
    15.         byte[] bytes = new byte[1024];
    16.  
    17.         DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
    18.         try {
    19.             DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8080);
    20.             socket.receive(datagramPacket);
    21.             String s = new String(datagramPacket.getData(), 0, datagramPacket.getLength());
    22.             System.out.println(datagramPacket.getAddress()+"发送了："+s);
    23.         } catch (SocketException e) {
    24.             throw new RuntimeException(e);
    25.         } catch (IOException e) {
    26.             throw new RuntimeException(e);
    27.         }
    28.     }
    29. }
    UDP三种通讯方式
    • 单播

    单播用于两个主机之间的端对端通信

    • 组播

    组播用于对一组特定的主机进行通信

    • 广播

    广播用于一个主机对整个局域网上所有主机上的数据通信

    UDP组播实现

    组播地址： 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

    其中 224.0.0.0 ~ 224.0.0.255 为预留的组播地址

    • 实现步骤
    • 发送端

    1. 创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)

    2. 创建数据，并把数据打包(DatagramPacket)
    3. 调用DatagramSocket对象的方法发送数据(在单播中,这里是发给指定IP的电脑但
    是在组播当中,这里是发给组播地址)
    4. 释放资源

    • 接收端

    1. 创建接收端Socket对象(MulticastSocket)
    2. 创建一个箱子,用于接收数据
    3. 把当前计算机绑定一个组播地址
    4. 将数据接收到箱子中
    5. 解析数据包,并打印数据
    6. 释放资源

    1. // 发送端
    2. public class ClinetDemo {
    3. public static void main(String[] args) throws IOException {
    4. // 1. 创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)
    5. DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
    6. String s = "hello 组播";
    7. byte[] bytes = s.getBytes();
    8. InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.1.0");
    9. int port = 10000;
    10. // 2. 创建数据，并把数据打包(DatagramPacket)
    11. DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);
    12. // 3. 调用DatagramSocket对象的方法发送数据(在单播中,这里是发给指定IP的电脑但是
    13. 在组播当中,这里是发给组播地址)
    14. ds.send(dp);
    15. // 4. 释放资源
    16. ds.close();
    17. }
    18. }
    19. // 接收端
    20. public class ServerDemo {
    21. public static void main(String[] args) throws IOException {
    22. // 1. 创建接收端Socket对象(MulticastSocket)
    23. MulticastSocket ms = new MulticastSocket(10000);
    24. // 2. 创建一个箱子,用于接收数据
    25. DatagramPacket dp = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);
    26. // 3. 把当前计算机绑定一个组播地址,表示添加到这一组中.
    27. ms.joinGroup(InetAddress.getByName("224.0.1.0"));
    28. // 4. 将数据接收到箱子中
    29. ms.receive(dp);
    30. // 5. 解析数据包,并打印数据
    31. byte[] data = dp.getData();
    32. int length = dp.getLength();
    33. System.out.println(new String(data,0,length));
    34. // 6. 释放资源
    35. ms.close();
    36. }
    37. }
     UDP广播实现

    广播地址： 255.255.255.255

    当数据发送到广播地址时，会把数据发送给所有能连接的计算机

    • 实现步骤
    • 发送端
    1. 创建发送端Socket对象(DatagramSocket)
    2. 创建存储数据的箱子,将广播地址封装进去
    3. 发送数据
    4. 释放资源 
    • 接收端 
    1. 创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)
    2. 创建一个数据包，用于接收数据
    3. 调用DatagramSocket对象的方法接收数据
    4. 解析数据包，并把数据在控制台显示
    5. 关闭接收端 
    1. // 发送端
    2. public class ClientDemo {
    3. public static void main(String[] args) throws IOException {
    4. // 1. 创建发送端Socket对象(DatagramSocket)
    5. DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
    6. // 2. 创建存储数据的箱子,将广播地址封装进去
    7. String s = "广播 hello";
    8. byte[] bytes = s.getBytes();
    9. InetAddress address = InetAddress.getByName("255.255.255.255");
    10. int port = 10000;
    11. DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);
    12. // 3. 发送数据
    13. ds.send(dp);
    14. // 4. 释放资源
    15. ds.close();
    16. }
    17. }
    18. // 接收端
    19. public class ServerDemo {
    20. public static void main(String[] args) throws IOException {
    21. // 1. 创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)
    22. DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);
    23. // 2. 创建一个数据包，用于接收数据
    24. DatagramPacket dp = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);
    25. // 3. 调用DatagramSocket对象的方法接收数据
    26. ds.receive(dp);
    27. // 4. 解析数据包，并把数据在控制台显示
    28. byte[] data = dp.getData();
    29. int length = dp.getLength();
    30. System.out.println(new String(data,0,length));
    31. // 5. 关闭接收端
    32. ds.close();
    33. }
    34. }

     三、TCP通信程序

    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）。

    Java对基于TCP协议的的网络提供了良好的封装，使用Socket对象来代表两端的通信端口，
    并通过Socket产生IO流来进行网络通信。

    Java为客户端提供了Socket类，为服务器端提供了ServerSocket类。

    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

    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。

    public class Socket implements java.io.Closeable
    构造方法

    常用的构造方法是:

    1. //创建流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号,如果指定的主机是null ，则相当于指定地址为
    2. InetAddress.getByName (null) 。 换句话说，它相当于指定回送接口的地址
    3. public Socket(String host, int port)

    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。

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