网络编程
JAVA（网络编程）
一，网络编程
计算机网络
是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，
在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。
网络编程
- 网络结构：局域网，城域网，广域网
- 结构：C/S （Client/Server） 客户端/服务器
- B/S 浏览器/服务器
网络编程三要素
1.ip地址
要想让网络中的计算机能够互相通信，必须为每台计算机指定一个标识号，通过这个标识
号来指定要接收数据的计算机和识别发送的计算机，而IP地址就是这个标识号。也就是设备
的标识
2.端口
网络的通信，本质上是两个应用程序的通信。每台计算机都有很多的应用程序，那么在网
络通信时，如何区分这些应用程序呢？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应用程序了。也就是应用程序的标识
3.协议
通过计算机网络可以使多台计算机实现连接，位于同一个网络中的计算机在进行连接和通
信时需要遵守一定的规则，这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样。在计算
机网络中，这些连接和通信的规则被称为网络通信协议，它对数据的传输格式、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才能完成数据交换。常见的协议有UDP协
议和TCP协议
IP地址
IPv4:
是给每个连接在网络上的主机分配一个32bit地址。按照TCP/IP规定，IP地址用二
进制来表示，每个IP地址长32bit，也就是4个字节。例如一个采用二进制形式的IP地址
是“11000000 10101000 00000001 01000010”，这么长的地址，处理起来也太费劲
了。为了方便使用，IP地址经常被写成十进制的形式，中间使用符号“.”分隔不同的字
节。于是，上面的IP地址可以表示为“192.168.1.66”。IP地址的这种表示法叫做“点分十
进制表示法”，这显然比1和0容易记忆得多
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。为了扩大地址空间，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，这样就解决了网络地址资源数量不够的问题
DOS常用命令
- ipconfig：查看本机地址
- ping IP地址：检查网络是否连通
特殊地址
127.0.0.1：回送地址，也是本机地址
端口
端口
设备上的唯一标识
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
案例
//获取本机地址
InetAddress ia = InteAddress.getLocalHost();
System.out.print(ia.toString());
System.out.println(ia.getHostName());
System.out.println(ia.getHostAddress());
//获取地址域名
InetAddress ia1=InetAddress.getByName("www.bilibili.com");
System.out.print(ia1.toString());
System.out.println(ia1.getHostName());
System.out.println(ia1.getHostAddress());
//端口号
InetSocketAddress isa=new InetSocketAddress("www.jladi.com",8080);
System.out.print(isa.toString());
System.out.println(isa.getHostName());
System.out.println(isa.getHostAddress());
协议
计算机网络中，连接和通信的规则被称为网络通信协议
OSI七层协议
UDP协议
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。
优点：
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
缺点：
例如视频会议通常采用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案例
public class SendDemo {
public static void main(String[] args)throws IOException {
//创建发送端Socket对象（DatagramSocet)
DatagramSocket socket =new DatagramSocket();
//创建要发送数据
byte[] bys="hello,UDP,我来了".getBytes();
//创建数据，并把数据打包
//DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int po
//构造一个数据包，发送长度为 length的数据包到指定主机上的指定端口号。
DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bys,bys.length,
InetAddress.getByName("127.0.0.1"),
12345);
socket.send(dp);
socket.close();
}
}public class ReceiveDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//接收端和发送端端口号必须一致
DatagramSocket ds=new DatagramSocket(12345);
while (true){
//创建一个数据包
byte[] bys=new byte[1024];
DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bys,bys.length);
//调用DatagramSocket对象方法接收
ds.receive(dp);
//解析数据包，并把数据在控制台显示输出
System.out.println("数据是："+new String(dp.getData()));
}
}
}
TCP协议
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，
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，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
面试题：TCP三次握手
1). 第一次握手,客户端发送syn(SYN 同步序列编号)包到服务器端,客户端进入syn_send
状态，等待服务器端确认。
2). 第二次握手，服务器端向客户端回送一个 SYN+ACK包 ACK (Acknowledge
character）即是确认字符，服务器端进入syn_recv状态
3). 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 ACK 包，至此客户
端和服务器端进入established状态。
4握手过程中传送的包不包含任何数据，连接建立后才会开始传送数据，理想状态下，
TCP连接一旦建立，在通信双方的任何一方主动关闭连接前，TCP连接都会一直保持下
去。
面试题： 为什么TCP握手需要三次？
TCP是可靠的传输控制协议，三次握手能保证数据可靠传输又能提高传输效率。
如果TCP握手二次：
客户端发送syn，进入到closeed状态，服务端一直等待，这样浪费了服务器端资源。
如果TCP握手四次：
- client给 server发送SYN同步报文；
- server收到SYN后，给 client回复ACK确认报文；
- server给 client发送SYN同步报文；
- client给 server发送ACK确认报文。
相当于服务器多发了一次TCP报文，降低了连接速度和效率。
四次挥手：
1） 第一次挥手，TCP客户端发送一个FIN报文，用来关闭客户到服务器的数据传送。告诉对方不发数据
2）第二次挥手，服务器收到这个FIN报文，它发回一个ACK报文，确认序号为收到的序号加1
3) 第三次挥手、服务器关闭客户端的连接，告诉对方我也不给你发数据了，发送一个FIN报文给客户端。
4)第四次挥手： 主动关闭方客户端发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1。完成四次挥手。
面试题：为什么TCP挥手需要四次？
因为TCP连接是全双工的网络协议，允许同时通信的双方同时进行数据的收发，同样也允许收发两个方向的连接被独立关闭，关闭TCP连接需要进行四次连接，每次关闭一个方向上的连接需要FIN和ACK两次握手。
面试题：TCP和UDP的区别
TCP和UDP都属于传输层协议，它们之间的区别在于
- TCP是面向连接的；UDP是无连接的。
- TCP是可靠的；UDP是不可靠的
- TCP只支持点对点通信；UDP支持一对一、一对多、多对一、多对多的通信模式。
- TCP是面向字节流的；UDP是面向报文的。
- TCP有拥塞控制机制；UDP没有拥塞控制，适合媒体通信。
- TCP首部开销（20个字节），比UDP的首部开销（8个字节）要大。
JAVA中的TCP通信
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
案例1：
public class Test1 {
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("服务器端启动，等待连接.....");
//创建一个服务器对象，绑定8888端口
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
//服务器在等待客户端连接
System.out.println("服务器已启动....");
Socket accept = serverSocket.accept();
// System.out.println(accept);
//读取客户端发来的信息
InputStream inputStream = accept.getInputStream();
byte [] buffer = new byte[1024*1024];
int len;
while ((len = inputStream.read(buffer)) != -1){
System.out.println(new String(buffer,0,len));
}
//释放资源
inputStream.close();
// serverSocket.close();
accept.close();
}
@Test
public void client() throws IOException {
System.out.println("客户端发送数据");
//创建了一个Socket通信的ip地址
Socket socket = new Socket();
//第一个参数获取当前主机的ip地址，
//第二个服务器的端口号
socket.connect(new InetSocketAddress(InetAddress.getLoopbackAddress(),8888));
// System.out.println("客户端已连接");
//客户端发送信xi
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
outputStream.write("123".getBytes());
System.out.println("客户端以发送信息");
//释放资源
outputStream.close();
socket.close();
}
}
案例2：
public class Demo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
//等待客户端连接
Socket accept = serverSocket.accept();
//获取一个输入读取客户端发送的数据
InputStream inputStream = accept.getInputStream();
byte [] buf = new byte[1024];
int len;
while ((len = inputStream.read(buf)) != -1){
System.out.println(new String(buf,0,len));
}
inputStream.close();
serverSocket.close();
}
//响应
@Test
public void Servers() throws IOException {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
Socket socket = serverSocket.accept();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
//按照http协议封装一个报文数据
String response = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"//服务器告诉浏览器，请求成功
+ "Content-Length:39\r\n" +//第二行第三行，服务器告诉浏览器，我们这个响应的类型是HTML，长度39字符
"Content-Type:text/html;charset=UTF-8\r\n\r\n" +
"<h1>12 3fSDg飞洒发士大夫十大高手大哥</h1>";//最后一行，具体的网页数据
outputStream.write(response.getBytes());
outputStream.flush();
// 这个流不要着急关，突然的关闭会导致浏览器和服务器断开连接
}
//重定向：重新定位到新的地址栏
@Test
public void Servers1() throws IOException {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
Socket socket = serverSocket.accept();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
//按照http协议封装一个报文数据
String response = "HTTP/1.1 302 Moved Temporarily\r\n" +
"Location:http://www.bilibili.com\r\n\r\n";
outputStream.write(response.getBytes());
outputStream.flush();
// 这个流不要着急关，突然的关闭会导致浏览器和服务器断开连接
}
}
面试题：
用户在浏览器输入一个URL并回车，这个过程涉及到哪些网络协议
浏览器输入一个URL并回车：
- 首先进行域名解析，浏览器搜索自己的DNS缓存，缓存中维护一张域名与IP地址的对应表。
若没有，则搜索操作系统的DNS缓存；若没有，则将域名发送至本地域名服务器（递归査询
方式），本地域名服务器査询自己的DNS缓存，查找成功则返回结果，否则，本地的DNS服
务器向根域名服务器发出查询请求，根域名服务器告知该域名的级域名服务器，然后本地服
务器给该一级域名服务器发送查询请求，然后依次类推直到查询到该域名的IP地址。DNS服
务器是基于UDP的，因此会用到UDP协议。
- 得到IP地址以后，浏览器就要与服务器建立一个HTTP连接，因此要用到HTTP协议。HTTP
生成一个GET请求报文。
- 接下来到了传输层，选择传输协议，TCP或者UDP,TCP是可靠的传输控制协议，对HTP请
求进行封装，加入了端口号等信息。
- 然后到了网络层，通过IP协议将IP地址封装为IP数据报；然后此时会用到ARP协议，主机发
送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确
定目标的物理地址，找到目的MAC地址。
- 接下来到了数据链路层，把网络层交下来的IP数据报添加首部和尾部，封装为MAC帧，现在
根据目的mac开始建立TCP连接，三次握手，接收端在收到物理层上交的比特流后，根据首
尾的标记，识别帧的开始和结束，将中间的数据部分上交给网络层，然后层层向上传递到应
用层
- 服务器响应请求并请求客户端要的资源，传回给客户端。
- 断开TCP连接，浏览器对页面进行渲染呈现给客户端。
