21章网络通信

21.1——网络程序设计基础

网络程序设计编写得到是与其他计算机进行通信的程序

21.1.1——局域网与互联网

为了实现两台计算机的通信，必须用一个网络线路连接两台计算机

21.1.2——网络协议

网络协议规定了计算机之间连接的物理、机械 (网线与网卡的连接规定)、电气 (有效的电平范围)等特征，计算机之间的相互寻址规则，数据发送冲突的解决方式，长数据如何分段传送与接收等内容
就像不同的国家有不同的法律一样，目前网络协议也有多种。下面简单地介绍几个常用的网络协议，

1.IP协议

IP 是Internet Protocol的简称，是一种网络协议。Interet 网络采用的协议是 TCP/P 协议，其全称是Transmission Control Protocol/Internet Protocol。Internet 依靠 TCP/P 协议，在全球范围内实现了不硬件结构、不同操作系统、不同网络系统间的互联。在 Intenet 网络上存在着数以亿计的主机，每台3机都用网络为其分配的 Intermet 地址代表自己，这个地址就是 IP 地址。到目前为止，IP 地址用 4个节，也就是 32 位的二进制数来表示，称为 IPv4。为了便于使用，通常取用每个字节的十进制数，并每个字节之间用圆点隔开来表示 P 地址，如 192.168.1.1。现在人们正在试验使用 16 个字节来表示地址，这就是 IPv6，但IPv6 还没有投入使用。

2.TCP与UDP协议

在 TCP/IP 协议栈中，有两个高级协议是网络应用程序编写者应该了解的，即传输控制协议

与用户数据报协议 (User Datagram Protocol，UDP)。TCP 协议是一种以固接连线为基础的协议，它提供两台计算机间可靠的数据传送。TCP 可以保证数据从一端送至连接的另一端时，能够确实送达，而且抵达的数据的排列顺序和送出时的顺序相闻,因此，TCP协议适合可靠性要求比较高的场合。就像拨打电话，必须先拨号给对方，等两端确定连钱后，相互才能听到对方说话，也知道对方回应的是什么

HTTP、FTP和 Telnet 等都需要使用可靠的通信频道。例如，HTTP从某个URL读取数据时，如果收到的数据顺序与发送时不相同，可能就会出现一个混乱的HTML文件或是一些无效的信息。UDP是无连接通信协议，不保证数据的可靠传输，但能够向若干个目标发送数据，或接收来自*干个源的数据。UDP以独立发送数据包的方式进行。这种方式就像邮递员送信给收信人，可以寄出多信给同一个人，且每一封信都是相对独立的，各封信送达的顺序并不重要，收信人接收信件的顺它不能保证与寄出信件的顺序相同。
UDP 协议适合于一些对数据准确性要求不高，但对传输速度和时效性要求非常高的网站，如聊天室、在线影片等。这是由于 TP 协议在认证上存在额外耗费，可能使传输速度减慢，而 UD!即使有一小部分数据包遗失或传送顺序有所不同，也不会严重危害该项通信。

21.1.3——端口与套接字

一般而言，一台计算机只有单一的连到网络的物理连接 (Physical Connection)，所有的数据都通过此连接对内、对外送达特定的计算机，这就是端口。网络程序设计中的端口(pot)并非真实的物理存在，而是一个假想的连接装置。端口被规定为一个在0~65535 的整数。HTTP 服务一般使用 80 端口FTP服务使用21端口。假如一台计算机提供了HTTP、FTP 等多种服务，那么客户机会通过不同的端口来确定连接到服务器的哪项服务上，如图21.3 所示。
通常,0~1023 的端口数用于一些知名的网络服务和应用，用户的普通网络应用程序应该使用 1024以上的端口数，以避免端口号与另一个应用或系统服务所用端口冲突。
网络程序中的套接字(Socket)用于将应用程序与端口连接起来。套接字是一个假想的连接装置就像插座一样可连接电器与电线，如图 21.4所示。Java 将套接字抽象化为类，程序设计者只需创建 Socket类对象，即可使用套接字。

21.2——TCP程序

TCP网络程序设计是指利用 Socket 类编写通信程序利用TCP协议进行通信的两个应用程序是有主次之分的，一个称为服务器程序，另一个称为客户机程序，两者的功能和编写方法大不一样。服务系着与客户端的交互过程如图21.5 所

21.2.1——InetAddress类

java.net 包中的 InetAddress 类是与 P 地址相关的类,利用该类可以获取 P 地址、主机地址等信息.
netAddress 类的常用方法如表 21.1 所示。

例题1

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class Address {
	public static void main(String[] args) {
		InetAddress ip;	//创建InetAddress对象
		try{
			ip= InetAddress.getLocalHost();
			String localname = ip.getHostName();
			String localip = ip.getHostAddress();
			System.out.println("本机名:"+localname);
			System.out.println("本机IP地址:"+localip);
		}catch(UnknownHostException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

结果自行查看

21.2.2——ServerSocket类

java,net 包中的 ServerSocket 类用于表示服务器套接字，其主要功能是等待来自网络上的“请求”它可通过指定的端口来等待连接的套接字。服务器套接字一次可以与一个套接字连接。如果多台客户机同时提出连接请求，服务器套接字会将请求连接的客户机存入列队中，然后从中取出一个套接字.与服务器新建的套接字连接起来。若请求连接数大于最大容纳数，则多出的连接请求被拒绝。队列的默认大小是 50。

表21.2——ServerSocket类的常用方法

21.2.3——TCP网络程序设计

明白了TCP 程序工作的过程，就可以编写 TCP 服务器程序了。在网络编程中，如果只要求客户机疆务器发送消息，不要求服务器向客户机发送消息，称为单向通信。客户机套接字和服务器套接字接成功后，客户机通过输出流发送数据，服务器则通过输入流接收数据。下面是简单的单向通信的

例题2

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

public class MyServer {
	private ServerSocket server; // 服务器套接字
	private Socket socket; // 客户端套接字

	void start() {// 启动服务器
		try {
			server = new ServerSocket(8998); // 服务器启用8998端口
			System.out.println("服务器套接字已经创建成功");
			while (true) {
				System.out.println("等待客户端的连接");
				socket = server.accept(); // 服务器监听客户端连接
				// 根据套接字字节流创建字符输入流
				BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
				while (true) {// 循环接受信息
					String message = reader.readLine();// 读取一行文本
					if ("exit".equals(message)) {// 如果客户端发来的内容为“exit”
						System.out.println("客户端退出");
						break;// 停止接受信息
					}
					System.out.println("客户端:" + message);
				}
				reader.close(); // 关闭流
				socket.close(); // 关闭套接字
			}
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		MyServer tcp = new MyServer();
		tcp.start(); // 启动服务器
	}
}

import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import java.io.*;
import java.net.Socket;
import javax.swing.*;

public class MyClient extends JFrame {
	private PrintWriter writer;// 根据套接字字节流创建的字符输出流
	Socket socket; // 客户端套接字
	private JTextArea area = new JTextArea();// 展示信息的文本域
	private JTextField text = new JTextField(); // 发送信息的文本框

	public MyClient() {
		setTitle("向服务器送数据");
		setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
		Container c = getContentPane(); // 主容器
		JScrollPane scrollPane = new JScrollPane(area);// 滚动面板
		getContentPane().add(scrollPane, BorderLayout.CENTER);
		c.add(text, "South"); // 将文本框放在窗体的下部
		text.addActionListener(new ActionListener() {// 文本框触发回车事件
			public void actionPerformed(ActionEvent e) {
				writer.println(text.getText().trim()); // 将文本框中的信息写入流
				area.append(text.getText() + '\n'); // 将文本框中的信息显示在文本域中
				text.setText(""); // 将文本框清空
			}
		});
	}

	private void connect() { // 连接服务器方法
		area.append("尝试连接\n"); // 文本域中提示信息
		try {
			socket = new Socket("127.0.0.1", 8998); // 连接本地计算机的8998端口
			writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
			area.append("完成连接\n");
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		MyClient clien = new MyClient();
		clien.setSize(200, 200); // 窗体大小
		clien.setVisible(true); // 显示窗体
		clien.connect(); // 连接服务器
	}
}

21.3——UDP程序

用户数据报协议(UDP) 是网络信息传输的另一种形式。基于 UDP 的通信和基于 TCP 的通信不同，基于 UDP的信息传递更快，但不提供可靠性保证。使用 UDP 传递数据时，用户无法知道数据能否正确地到达主机，也不能确定到达目的地的顺序是否和发送的顺序相同。虽然 UDP 是一种不可靠的协议，但如果需要较快地传输信息，并能容忍小的错误，可以考虑使用 UDP。

21.3.1——DatagramPacket类

第一种构造方法在创建 DatagramPacket 对象时，指定了数据包的内存空间和大小。第二种构造方法不仅指定了数据包的内存空间和大小，还指定了数据包的目标地址和端口。在发送数据时，必须指定接收方的 Socket 地址和端口号，因此使用第二种构造方法可创建发送数据的 DatagramPacket对象

第一种构造方法创建 DatagramSocket 对象，构造数据报套接字，并将其绑定到本地主机任何可用的端口上。第二种构造方法创建 DatagramSocket 对象，创建数据报套接字，并将其绑定到本地主机的指定端口上。第三种构造方法创建 DatagramSocket 对象，创建数据报套接字，并将其绑定到指定的端口和指定的本地地址上。第三种构造函数适用于有多块网卡和多个IP 地址的情况。
如果接收数据时必须指定一个端口号，不允许系统随机产生，此时可以使用第二种构造方法。比如有个朋友要你给他写信，那他的地址就必须确定，不确定是不行的。在发送数据时通常使用第一种构造方法，不指定端口号，而是系统为我们分配一个端口号，就像寄信不需要到指定的邮局去寄一样

21.3.2——DatagramSocket类

21.3.3——UDP网络程序设计

根据前面所讲的网络编程的基本知识以及 UDP 网络编程的特点，下面创建一个广播数据报程序广播数据报是一项较新的技术，其原理类似于电台广播。广播电台需要在指定的波段和频率上广播信息，收听者也要将收音机调到指定的波段、频率，才可以收听广播内容

例题3

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;

public class Notification extends Thread{
	String weather ="dc开业,重新准备回家";	//发送信息
	int port =9898;
	InetAddress iaddress =null;
	MulticastSocket socket = null;	//多点广播套接字
	
	Notification(){
		try {
			iaddress =InetAddress.getByName("224.255.10.0");
			socket = new MulticastSocket(port);
			socket.setTimeToLive(1);
			socket.joinGroup(iaddress);
		}catch(IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	public void run() {
		while(true) {
			DatagramPacket packet = null;
			byte data[] = weather.getBytes();
			packet = new DatagramPacket(data,data.length,port);
			System.out.println(weather);
			try {
				socket.send(packet);
				sleep(3000);
			}catch(IOException e) {
				e.printStackTrace();
			}catch(InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
	public static void main(String[] args) {
		Notification w= new Notification();
		w.start();
	}
}

import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import javax.swing.*;

public class Receive extends JFrame implements Runnable,ActionListener {
	int port;
	InetAddress group=null;
	MulticastSocket socket=null;
	JButton inceBtn=new JButton("开始接收");
	JButton stopBtn=new JButton("停止接收");
	JTextArea inceAr=new JTextArea(10,10);
	JTextArea inced=new JTextArea(10,10);
	Thread thread;
	boolean stop=false;
	
	public Receive() {
		setTitle("广播数据报");
		setDefaultCloseOperation(WindowConstants.EXIT_ON_CLOSE);
		thread=new Thread(this);
		inceBtn.addActionListener(this);
		stopBtn.addActionListener(this);
		inceAr.setForeground(Color.blue);
		JPanel north=new JPanel();
		north.add(inceBtn);
		north.add(stopBtn);
		add(north,BorderLayout.NORTH);
		JPanel center=new JPanel();
		center.setLayout(new GridLayout(1,2));
		center.add(inceAr);
		center.add(inced);
		add(center,BorderLayout.CENTER);
		validate();
		port=9898;
		try {
			group=InetAddress.getByName("224.255.10.0");
			socket=new MulticastSocket(port);
			socket.joinGroup(group);
		}catch(IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		setBounds(100,50,360,380);
		setVisible(true);
	}
	
	public void run() {
		while(!stop) {
			byte data[]=new byte[1024];
			DatagramPacket packet=null;
			packet=new DatagramPacket(data,data.length,group,port);
			try {
				socket.receive(packet);
				String message=new String(packet.getData(),0,packet.getLength());
				inceAr.setText("正在接收的内容：\n"+message);
				inced.append(message+"\n");
			}catch(IOException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
	public void actionPerformed(ActionEvent e) {
		if(e.getSource()==inceBtn) {
			inceBtn.setBackground(Color.red);
			stopBtn.setBackground(Color.yellow);
			if(!(thread.isAlive())) {
				thread=new Thread(this);
			}
			thread.start();
			stop=false;
		}
		if(e.getSource()==stopBtn) {
			inceBtn.setBackground(Color.yellow);
			stopBtn.setBackground(Color.red);
			stop=true;
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		Receive rec=new Receive();
		rec.setSize(460,200);
	}
}