【网络通信三要素】TCP与UDP快速入门

news2025/1/12 21:10:04

网络通信三要素

1.什么是网络编程？

可以让设备中的程序，与网络上其他设备中的程序进行数据交互，从而实现网络通信的手段，java.net.*包下提供了网络编程的解决方案

2.基本的通信架构

基本的通信架构有2种形式：CS架构（Client客户端/Server服务端）、BS架构（Browser浏览器/Server服务端），无论是CS架构，还是BS架构的软件都必须依赖网络编程
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3.网络通信三要素

IP：设备在网络中的地址，是唯一的标识

IP（Internet Protocol），全称"互联网协议地址"，也称"IP地址"，是分配给上网设备的数字标签常见的IP分类为IPv4和IPv6

IPv4是4个字节，32个bit位，点分十进制表示法；IPv6

lIPv6：由128bit位（16个字节）组成，号称可以为地球每一粒沙子编号，IPv6分为8组，每组的每四位编码成一个十六进制位表示，冒分十六进制表示法

特殊的IP地址：127.0.0.1、localhost：代表本机IP，只会寻找当前所在的主机

IP常用命令
- ipconfig：查看本机IP地址
- lping IP地址：检查网络是否连通
InetAddress：该类对象代表ip地址

InetAddress的常用方法如下：
- public static InetAddress getLocalHost：获取本机IP，会以一个 InetAddress的对象返回
- public static InetAddress getByName(String host)：根据ip地址或者域名，返回一个 InetAddress对象
- public String getHostName()：获取ip地址对象对应的主机名
- public String getHostAddress()：获取ip地址对象中的ip地址信息
- public boolean isReachable(int timeout)：在指定毫秒内，判断主机与该ip对应的主机是否能连通
端口：应用程序在设备中的唯一标识，用两个字节表示，范围是0到65535

分类
- 周知端口：0-1023，被预先定义的知名应用占用（如：HTTP占用80，FTP占用21）
- 注册端口：1024-49151，分配给用户进程或某些应用程序
- 动态端口：49152-65535，之所以被称为动态端口，49152-65535，一般不固定分配给某进程，而是动态分配
注意：开发程序一般使用注册端口，且一个设备中不能出现两个程序的端口号一样，否则出错

协议：连接和数据在网络中的传输规则

传输层有两个通信协议：UDP（User Datagram Protocol）用户数据包协议；TCP（Transmission Control Protocol）传输控制协议

UDP协议

（1）特点：面向无连接，不可靠通信，通信效率高

（2）不事先建立连接，数据包包含自己的ip、程序端口、目的地ip、程序端口和数据（64k）等

（3）发送方不管对方是否在线，数据在路上丢不丢失，接收方收到数据也无需接收返回确认

（4）应用场景：语音通话、视频直播

Java提供了java.net.DatagramSocket类，来实现UDP通信

DatagramSocket：用于创建客户端、服务端

public DatagramSocket()：创建客户端的Socket，系统会随机分配一个端口号
public DatagramSocket(int port)：创建服务端的Socket对象，并指定端口号
public void send(DatagramPacket dp)：发送数据包
public void receive(DatagramPacket p)：使用数据包接收数据

DatagramPacket：创建数据包

public DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress address,int port)：创建发出去的数据包对象
public DatagramPacket(byte[] buf,int length)：创建用来接收数据的数据包
public int getLength()：获取数据包，实际接收到的字节个数

客户端：

import java.net.*;

public class UDPClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
       
        //创建客户端Socket对象，随机分配端口号
        DatagramSocket client = new DatagramSocket(); //也可以指定
        //public DatagramPacket(字节数组, 数组长度, 服务器IP对象, 服务器端口号); 创建发送的数据包对象
        byte[] bytes = "礼物".getBytes();
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(
                bytes,
                bytes.length,
                //InetAddress.getLocalHost(),
                InetAddress.getByName("127.0.0.1"),
                10000

        );
        //public void send(DatagramPacket dp); 发送数据包
        client.send(dp);
        //释放资源
        client.close();
    }
}

服务端：

import java.io.IOException;
import java.net.*;

public class UDPServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("UDP服务端启动，等待接收数据：");

        //创建服务器Socket对象，并指定端口号
        DatagramSocket server = new DatagramSocket(10000);

        //创建用来接收的数据包对象
        byte[] bytes = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);

        //使用数据包接收数据
        server.receive(dp); //receive是阻塞的，等着接数据

        //展示数据
        int len = dp.getLength(); //len：代表本次接收的有效数据个数
        System.out.println(new String(bytes, 0, len));

        //DatagramPacket对象获取客户端其他信息
        System.out.println(dp.getAddress().getHostAddress());
        System.out.println(dp.getPort());
        //释放资源
        server.close();
    }
}

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TCP协议

（1）特点：面向连接的，可靠通信，通信效率相对不高

（2）TCP的最终目的，就是保证在不可靠的信道上，实现可靠的传输，传输数据不限制大小

（3）TCP协议通过三次握手建立连接，通过四次挥手断开连接

（4）应用场景：网页、文件下载、支付

Java提供了一个java.net.Socket类来实现TCP通信

public Socket(String host,int port)：根据指定二点服务器ip，端口号请求与服务端建立连接，连接通过就获得了客户端socket
public ServerSocket(int port)：创建服务端ServerSocket对象并绑定端口号
public OutputStream getOutputStream()：获得字节输出流对象
public InputStream getInputstream()：获得字节输入流对象
public Socket accept()：阻塞等待客户端的连接请求，一旦连接成功返回服务端Socket对象

客户端：

import java.io.DataOutputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.Socket;
public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
       
        //根据指定的IP和端口创建客户端Socket对象
        Socket client = new Socket("127.0.0.1", 10010);
        //获取字节输出流对象（发送）
        OutputStream os = client.getOutputStream();
        //封装数据输出流
        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);
        //写数据
        dos.writeUTF("发送礼物");
        //释放资源（释放new出来的资源）
        client.close();
        dos.close();
    }
}

服务端：

import java.io.DataInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("TCP服务端启动，等待接收数据：");
        //创建服务端ServerSocket对象并绑定端口号
        ServerSocket server = new ServerSocket(10010);
        //阻塞等待客户端的连接请求，一旦连接成功返回服务端Socket对象
        Socket serverSocket = server.accept();
        //获取字节输入流对象（接收）
        InputStream is = serverSocket.getInputStream();
        //封装数据输入流
        DataInputStream dis = new DataInputStream(is);
        //读取数据
        System.out.println(dis.readUTF());
        //释放资源
        server.close();
        dis.close();
    }
}