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。
- 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。
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
- 查看本机IP地址,在控制台输入
- 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:
- 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。 - 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:
- 【服务端】启动,创建ServerSocket对象,等待连接。
- 【客户端】启动,创建Socket对象,请求连接。
- 【服务端】接收连接,调用accept方法,并返回一个Socket对象。
- 【客户端】Socket对象,获取OutputStream,向服务端写出数据。
- 【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。
自此,服务端向客户端回写数据。
- 【服务端】Socket对象,获取OutputStream,向客户端回写数据。
- 【客户端】Scoket对象,获取InputStream,解析回写数据。
- 【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();
}
}