7.Java 网络编程之 Socket

Java 网络编程之 Socket

一、课程目标

网络模型
TCP 协议与 UDP 协议区别
Http 协议底层实现原理。

二、什么是网络模型

网络编程的本质是两个设备之间的数据交换，当然，在计算机网络 中，设备主要指计算
机。数据传递本身没有多大的难度，不就是把一个设备中的数据发送给两外一个设备，然
后接受另外一个设备反馈的数据。
现在的网络编程基本上都是基于请求/ / 响应方式的，也就是一个设备发送请求数据给
另外一个，然后接收另一个设备的反馈。
在网络编程中，发起连接程序，也就是发送第一次请求的程序，被称作客户端
(Client) ，等待 其他程序连接的程序被称作服务器 (Server) 。客户端程序可以在需要的时
候启动，而服务器为了能够时刻相应连接，则需要一直启动。例如以打电话为例，首先拨
号的人类似于客户端，接听电话的人必须保持电话畅通类似于服务器。
连接一旦建立以后，就客户端和服务器端就可以进行数据传递了，而且两者的身份是
等价的。
在一些程序中，程序既有客户端功能也有服务器端功能，最常见的软件就是 BT 、
e emule 这类软件了。
下面来谈一下如何建立连接以及如何发送数据。

2. 1 、IP地址与域名

在现实生活中，如果要打电话则需要知道对应人的电话号码，如果要寄信则需要知道收信
人的地址。在网络中也是这样，需要知道一个设备的位置，则需要使用该设备的 IP 地
址，具体的连接过程由硬件实现，程序员不需要过多的关心。
IP 地址是一个规定，现在使用的是 IPv4 ，既由 4 个 0- - 255 之间的数字组成，在计算
机内部存储时只需要 4 个字节即可。在计算机中， IP 地址是分配给网卡的，每个网卡有一
个唯一的 IP 地址，如果一个计算机有多个网卡，则该台计算机则拥有多个不同的  IP 地
址，在同一个网络内部， IP 地址不能相同。 IP 地址的概念类似 于电话号码、身份证这样
的概念。
由于 IP 地址不方便记忆，所以有专门创造了域名 (Domain Name) 的概念，其实就是给
IP 取一个字符的名字，例如 163.com 、m sina.com 等。IP 和域名之间存在一定的对应关
系。如果把 P IP 地址类比成身份证号的话，那么域名就是你的姓名。
其实在网络中只能使用 IP 地址进行数据传输，所以在传输以前，需要把域名转换为
IP ，这个由称作 DNS 的服务器专门来完成。
所以在网络编程中，可以使用 IP 或域名来标识网络上的一台设备。

2.2、端口的概念

为了在一台设备上可以运行多个程序，人为的设计了端口 (Port) 的概念，类似的例子是公
司内部的分机号码。
规定一个设备有 216 个，也就是 65536 个端口，每个端口对应一个唯一的程序。每个
网络程序，无论是客户端还是服务器端，都对应一个或多个特定的端口号。由于  0- - 1024
之间多被操作系统 占用，所以实际编程时一般采用 1024 以后的端口号。
使用端 口号，可以找到一台设备上唯一的一个程序。
所以如果需要和某台计算机建立连接的话，只需要知道  IP 地址或域名即可，但是如
果想和该台计算机上的某个程序交换数据的话，还必须知道该程序使用的端口号。
小结
网络编程就是使用  IP 地址，或域名，和端口连接到另一台计算机上对应的程序，按照
规定的协议( ( 数据格式) ) 来交换数据，实际编程中建立连接和发送、接收数据在语言级已经
实现，做的更多的工作是设计协议，以及编写生成和解析数据的代码罢了，然后把数据转
换成逻辑的结构显示或控制逻辑即可。
对于初学者，或者没有接触过网络编程的程序员，会觉得网络编程涉及的知识很高深，
很难，其实这是一种误解，当你的语法熟悉以后，其实基本的网络编程现在已经被实现的
异常简单了。

三、网络模型图

四、 Socket 入门

4.1、什么是Socket？

Socket 就是为网络服务提供的一种机制。
通讯的两端都有 Sokcet
网络通讯其实就是  Sokcet 间的通讯
数据在两个  Sokcet 间通过 IO 传输。

4.2、TCP与UDP在概念上的区别：

udp:
a  、是面向无连接 , 将数据及源的封装成数据包中 , 不需要建立建立连接
b  、每个数据报的大小在限制  64k 内
c  、因无连接, ,是不可靠协议
d  、不需要建立连接 , 速度快
tcp ： 
a  、建议连接，形成传输数据的通道 .
b  、在连接中进行大数据量传输，以字节流方式
c  、通过三次握手完成连接 , 是可靠协议
d  、必须建立连接  m 效率会稍低

4.3 、 UDP 协议

通过 UDP 协议

4.3.1.UDP服务器端代码

class UdpServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("udp 接受数据启动.......");
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8080);
        byte[] buf = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf, buf.length);
        // 阻塞效果
        ds.receive(dp);
        System.out.println(" 来源: "+dp.getAddress().getHostAddress()+", port: "+dp.getPort());
            String str = new String(dp.getData(), 0, dp.getLength()); System.out.println(" 客户端发送数据:" + str); ds.close();
        }
    }

4.3.2 UDP客户端代码

public class UdpClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("udp 发送数据");
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        String str = " 客户端发送数据....";
        byte[] strByte = str.getBytes();
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(strByte, strByte.length,
            InetAddress.getByName("192.168.1.3"), 8080);
        ds.send(dp);
        ds.close();
    }
}

4.3 .TCP 协议

4.3.3 TCP握手协议

在 P TCP/IP 协议中，P TCP 协议采用三次握手建立一个连接。
第一次握手: : 建立连接时，客户端发送 N SYN 包 (SYN=J) 到服务器，并进入 D SYN_SEND 状态，等
待服务器确认；
第二次握手: : 服务器收到 N SYN 包，必须确认客户的 N SYN （ ACK=J+1 ），同时自己也发送一个 SYN
包（ SYN=K ），即 K SYN+ACK 包，此时服务器 V V 状态；
第三次握手: : 客户端收到服务器的 SYN ＋K ACK 包，向服务器发送确认包 ACK(ACK=K+1) ，此包
发送完毕，客户端和服务器进入 D ESTABLISHED 状态，完成三次握手。
完成三次握手 ，客户端与服务器开始传送数据，

四次分手：
于 由于TCP 连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这个原则是当一方完成它
的数据发送任务后就能发送一个 FIN 来终止这个方向的连接。收到一个 FIN 只意味着这一
方向上没有数据流动，一个TCP 连接在收到一个 FIN 后仍能发送数据。首先进行关闭的一
方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。
（1 ）客户端 A 发送一个 FIN ，用来关闭客户 A 到服务器 B 的数据传送。
（2 ）服务器 B 收到这个 FIN ，它发回一个 ACK ，确认序号为收到的序号加 1 。和 SYN 一样，
一个 N FIN 将占用一 个序号。
（3 ）服务器 B 关闭与客户端 A 的连接，发送一个FIN 给客户端 A  。
（4 ）客户端 A 发回 ACK 报文确认，并将确认序号设置为收到序号加 1 。

1. 为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？
这是因为服务端的 LISTEN 状态下的  SOCKET 当收到  SYN 报文的建连请求后，它可以
把  ACK 和 SYN （ ACK 起应答作用，而  SYN 起同步作用）放在 一个报文里来发送。
但关闭连接时，当收到对方的  FIN 报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未
必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可以 未 必会马上会关闭 SOCKET, 也即你可能
送 还需要发送一些数据给对方之后，再发送 FIN 报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接
了，所以它这里的  ACK 报 文和  FIN 报文多数情况下都是分开发送的. .
 2 ．为什么  TIME_WAIT 状态还需要等  2MSL 后才能返回到  CLOSED 状态？
的 这是因为虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的  4 个报文也都协调和发送完毕，按理可
以直接回到  CLOSED 状态（就好比从 SYN_SEND 状态到  ESTABLISH 状态那样）；但是因为我们
的 必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的  ACK 报文会一定被对 方收到，因此
对方处于  LAST_ACK 状态下的  SOCKET 可能会因为超时未收到  ACK 报文，而重发  FIN 报文，
所以这个  TIME_WAIT 状态的作用就是用来重发可能丢失的  ACK 报文。

4.3.1 服务器端代码

public class TcpServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("socket 服务器端启动....");
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
        // 获取客户端对象
        Socket accept = serverSocket.accept();
        InputStream inputStream = accept.getInputStream();
        byte[] buf = new byte[1024];
        int len = inputStream.read(buf);
        String str = new String(buf, 0, len);
        System.out.println("str:" + str);
        serverSocket.close();
    }
}

4.3.2 客户端代码

System.out.println("socket 启动 ....");
Socket s = new Socket("192.168.1.3", 8080);
OutputStream outputStream = s.getOutputStream();
outputStream.write("我是客戶端 ....".getBytes());
s.close();