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Java基础网络编程新探索

文章内容：

    * 这种方式最多可表示约42亿个地址。其中北美约占30亿，亚洲4亿，中国2.9亿。`2011年初已用尽`
    * **IP地址由网络地址和主机地址组成**
      * **网络地址：标识计算机或网络设备所在的网段**
      * **主机地址：标识特定的主机或网络设备**

在这里插入图片描述

    * **`IPv6`：为扩充地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间，采用128位地址长度，共16个字节**
    * **由8个无符号整数构成，每个整数用四个十六进制位表示，数间用冒号:分隔。例如：`ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789`**

IP地址的分类方式二

    * **公网地址（用于万维网）和私有地址（用于局域网）**

  * 1.2、域名
    * **Internet上主机有两种地址表示方式：**
      * **域名(hostName)：如www.baidu.com**
      * **IP 地址(hostAddress)：如202.108.35.210**
    * **域名解析：因IP地址数字不便于记忆，遂出现域名**
      * **域名易记，连接网络时输入主机域名**
      * **域名服务器（DNS，Domain Name System，域名系统）负责将`域名转换为IP地址`**

简单理解：

在这里插入图片描述

* 2、要素其二：端口号
  * **若IP地址可唯一标识网络中的设备，那么端口号可唯一标识设备中的进程（应用程序）**
  * **不同进程设置不同端口号**
  * **`端口号`：由两个字节表示的整数，取值范围为`0~65535`**
    * **公认端口：0~1023。被预先定义的服务通信占用，如：HTTP（80），FTP（21），Telnet（23）**
    * **注册端口：1024~49151。分配给用户进程或应用程序。如：Tomcat（8080），MySQL（3306），Oracle（1521）**
    * **动态/私有端口：49152~65535**
  * **若端口号被其他服务或应用占用，会导致当前程序启动失败**

* 3、要素其三：网络通信协议
  * **`网络通信协议`：计算机网络中连接与通信的规则，称为网络通信协议**
    * **对数据传输格式、速率、步骤、出错控制等做统一规定**
    * **通信双方须同时遵守方能完成数据交换**
  * **存在两套参考模型：**
    * **OSI参考模型：模型过于理想化，未在因特网上广泛推广**
    * **TCP/IP参考模型(或TCP/IP协议)：事实上的国际标准**

在这里插入图片描述

  * **TCP/IP协议：** 传输控制协议/因特网互联协议( Transmission Control Protocol/Internet Protocol)，TCP/IP以其两大主要协议：传输控制协议(TCP)和网络互联协议(IP)得名

在这里插入图片描述

TCP/IP协议中的四层介绍：

  * `应用层`：决定向用户提供应用服务时的通信活动。主要协议有：HTTP协议、FTP协议、SNMP（简单网络管理协议）、SMTP（简单邮件传输协议）和POP3（邮局协议第3版）等
  * `传输层`：使网络程序通信，网络通信可采用TCP或UDP协议。TCP（传输控制协议）是面向连接、可靠、基于字节流的传输层通信协议。UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)：是无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务
  * `网络层`：TCP/IP协议核心，支持网间互连数据通信。主要用于将传输数据分组并发送至目标计算机或网络。IP协议至关重要，IP（internet protocal）又称互联网协议，负责将数据从源传至目的地，在源地址和目的地址间传送数据包，还提供数据大小重新组装功能以适应不同网络对包大小的要求
  * `物理+数据链路层`：链路层定义物理传输通道，通常是某些网络连接设备的驱动协议，例如针对光纤、网线的驱动协议

在这里插入图片描述

二、传输层协议：TCP与UDP协议

java.net 包提供两种常见网络协议支持：
- UDP ：用户数据报协议(User Datagram Protocol)
- TCP ：传输控制协议 (Transmission Control Protocol)

1、TCP协议

TCP协议通信的两个应用进程：客户端、服务端
使用TCP协议前，需先建立TCP连接，形成基于字节流的传输数据通道
传输前采用“三次握手”方式，点对点通信，是可靠的
- TCP协议使用重发机制，一通信实体发送消息给另一通信实体后，需收到另一通信实体确认信息
- 未收到确认信息则重复发送消息
可进行大数据量传输
传输完毕需释放已建立连接，效率低
适用场景：打电话

2、UDP协议

UDP协议通信的两个应用进程：发送端、接收端
将数据、源、目的封装成数据包（传输基本单位），无需建立连接
发送不论对方是否准备好，接收方收到不确认，不能保证数据完整性，故是不可靠的
每个数据报大小限制在64K内
发送数据结束时无需释放资源，开销小，通信效率高
适用场景：音频、视频和普通数据传输。例如视频会议

3、三次握手

TCP协议中，发送数据准备阶段，客户端与服务器间的三次交互以保证连接可靠
- 第一次握手，客户端向服务器发起TCP连接请求（客户端请求连接）
- 第二次握手，服务器发送针对客户端TCP连接请求的确认（服务端收到）
- 第三次握手，客户端发送确认的确认（客户端知服务端已收到）

在这里插入图片描述

4、四次挥手

TCP协议中，发送数据结束后释放连接需经四次挥手
- 第一次挥手：客户端向服务器提出结束连接，让服务器做最后准备工作。此时客户端处半关闭状态，即不再向服务器发送数据，但可接收数据（客户端请求关闭）
- 第二次挥手：服务器接收到客户端释放连接请求后，将最后数据发给客户端，并告知上层应用进程不再接收数据（服务端收到）
- 第三次挥手：服务器发送完数据后，给客户端发送释放连接报文。客户端接收后知可正式释放连接（服务端请求关闭）
- 第四次挥手：客户端接收到服务器最后释放连接报文后，回复彻底断开报文。服务器收到后彻底释放连接。客户端发送完最后报文后，等待2MSL，因服务器可能未收到最后报文，若服务器迟迟未收到，会再次发送释放连接报文，此时客户端在等待时间内接收，会重新发送最后报文并重新计时。若等待2MSL后未收到，彻底断开（客户端收到）

三、网络编程API

1、InetAddress类

InetAddress类主要表示IP地址，有两个子类：Inet4Address、Inet6Address
InetAddress 类无公共构造器，提供以下静态方法获取InetAddress实例
- public static InetAddress getLocalHost()
- public static InetAddress getByName(String host)
- public static InetAddress getByAddress(byte[] addr)
InetAddress 提供以下常用方法
- public String getHostAddress() ：返回IP地址字符串
- public String getHostName() ：获取此IP地址的主机名或域名

public class TestInetAddress {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1. 获取本机的InetAddress 对象
        InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println(localHost);//DESKTOP-S4MP84S/192.168.12.1

        //2. 根据指定主机名 获取 InetAddress对象
        InetAddress host1 = InetAddress.getByName("DESKTOP-S4MP84S");
        System.out.println("host1=" + host1);//DESKTOP-S4MP84S/192.168.12.1

        //3. 根据域名返回 InetAddress对象, 比如 www.baidu.com 对应
        InetAddress host2 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
        System.out.println("host2=" + host2);//www.baidu.com / 110.242.68.4

        //4. 通过 InetAddress 对象，获取对应的地址
        String hostAddress = host2.getHostAddress();//IP 110.242.68.4
        System.out.println("host2 对应的ip = " + hostAddress);//110.242.68.4

        //5. 通过 InetAddress 对象，获取对应的主机名/或者的域名
        String hostName = host2.getHostName();
        System.out.println("host2对应的主机名/域名=" + hostName); // www.baidu.com
    }
}

2、Socket类

网络上具唯一标识的IP地址和端口号组合构成唯一能识别的标识符套接字（Socket）
通信两端均需Socket，是两台机器间通信端点
Socket允许程序将网络连接当作流，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为客户端，等待通信请求的为服务端
Socket分类：
- 流套接字（stream socket）：使用TCP提供可靠字节流服务
- 数据报套接字（datagram socket）：使用UDP提供“尽力而为”数据报服务

3、TCP编程

通信模型

在这里插入图片描述

开发步骤

服务端：
* ServerSocket(int port) ：创建服务器端套接字ServerSocket并绑定指定端口，监听客户端请求
* 调用ServerSocket对象accept()方法：监听连接请求，客户端请求连接则接受，返回通信套接字对象Socket
* 调用该Socket 类对象的 getOutputStream() 和 getInputStream () ：获取输出流和输入流，开始网络数据发送接收
* 关闭Socket 对象：客户端访问结束，关闭通信套接字

客户端：
* Socket(InetAddress address, int port)：根据指定服务端IP地址和端口号构造Socket类对象
* 若服务器端响应，则建立客户端到服务器通信线路
* 若连接失败，出现异常
* 打开连接到Socket的输入/出流：使用 getInputStream()方法获输入流，使用getOutputStream()方法获输出流，进行数据传输
* 通过输入流读取服务器放入线路信息（不能读取自己放入信息）
* 通过输出流将信息写入线路
* 关闭Socket：断开客户端到服务器连接，释放线路

例子：从客户端发送文件给服务端，服务端保存到本地。并返回“发送成功”给客户端

服务端：
* ServerSocket对象可通过 accept() 返回多个Socket[多个客户端连接服务器的并发]
* 无客户端连接9090端口时，程序一直阻塞, 等待连接

@Test
public void server() throws IOException {
    // 1. 创建ServerSocket
    int port = 9090;
    ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
    // 2. 接收来自于客户端的socket:accept()
    Socket socket = serverSocket.accept();

    // 3. 通过Socket获取一个输入流
    InputStream is = socket.getInputStream();

    // 4. 创建File类的实例、FileOutputStream的实例
    File file = new File("pic_copy2.jpg");
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);

    // 5. 读写过程
    byte[] buffer = new byte[1024];
    int len;
    while ((len = is.read(buffer)) != -1) {
        fos.write(buffer, 0, len);
    }

    System.out.println("数据接收完毕");

    // 6. 服务端发送数据给客户端
    OutputStream os = socket.getOutputStream();
    os.write("你的图片很漂亮，我接收到了".getBytes());

    // 7. 关闭相关的Socket和流
    os.close();
    fos.close();
    is.close();
    socket.close();
    serverSocket.close();
}

客户端：
* socket.shutdownOutput()：客户端表明不再继续发送数据，否则对方读操作一直阻塞

@Test
public void client() throws IOException {
    // 1. 创建Socket
    // 指明对方（即为服务器端）的ip地址和端口号
    InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
    int port = 9090;
    Socket socket = new Socket(inetAddress, port);

    // 2. 创建File的实例、FileInputStream的实例
    File file = new File("pic.jpg");
    FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
    // 3. 通过Socket，获取输出流
    OutputStream os = socket.getOutputStream();

    // 4. 读写数据
    byte[] buffer = new byte[1024];
    int len;
    while ((len = fis.read(buffer)) != -1) {
        os.write(buffer, 0, len);
    }
    System.out.println("数据发送完毕");

    // 客户端表明不再继续发送数据，否则对方读操作会一直处于阻塞状态
    socket.shutdownOutput();

    // 5. 接收来着于服务器端的数据
    InputStream is = socket.getInputStream();
    ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
    byte[] buffer1 = new byte[5];
    int len1;
    while ((len1 = is.read(buffer1)) != -1) {
        baos.write(buffer1, 0, len1);
    }
    System.out.println(baos.toString());

    // 6. 关闭Socket和相关的流
    baos.close();
    is.close();
    os.close();
    fis.close();
    socket.close();
}

4、UDP编程

通信模型
* UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)：无连接传输层协议，提供面向事务简单不可靠信息传送服务，类似短信、视频通话
* **UDP适用于一次只传少量

文章整理自互联网，只做测试使用。发布者：Lomu，转转请注明出处：https://www.it1024doc.com/12643.html

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目录

二、传输层协议：TCP与UDP协议

1、TCP协议

2、UDP协议

3、三次握手

4、四次挥手

三、网络编程API

1、InetAddress类

2、Socket类

3、TCP编程

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