第21章网络通信

Internet 提供了大量有用的信息，很少有人能在接触过Internet后拒绝它的诱惑。计算机网络实现了多台计算机间的互联，使得它们彼此之间能够进行数据交流。网络应用程序就是在已连接的不同计算机上运行的程序，这些程序借助于网络协议，相互之间可以交换数据。编写网络应用程序前，首先必须明确所要使用的网络协议。

21.1网络程序设计基础

网络程序设计编写的是与其他计算机进行通信的程序。Java已经将网络程序所需要的元素封装或不同的类，用户只要创建这些类的对象，使用相应的方法，即使不具备有关的网络知识，也可以编写出高质量的网络通信程序。

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。

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。Internet网络采用的协议是TCP/IP协议，其全称是Transmission Control Protocol/Internet Protocol。Internet依靠TCP/IP协议，在全球范围内实现了不同硬件结构、不同操作系统、不同网络系统间的互联。在Internet网络上存在着数以亿计的主机，每台主机都用网络为其分配的Internet地址代表自己，这个地址就是IP地址。

（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(Transmission Control Protocol,TCP)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同。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，等两端确定连接后，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，或接收来自若干个源的数据。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，可以寄出很多信给同一个人，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序也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，如网络聊天室、在线影片等。这是由于TCP协议在认证上存在额外耗费，可能使传输速度减慢，而UDP协议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。
注意
一些防火墙和路由器会设置成不允许UDP数据包传输，因此若遇到UDP连接方面的问题，应先确定所在网络是否允许UDP协议。

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(PhysicalConnection)，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(port)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。

2.1 InetAddress类

jae包中的InetAddress类是与IP地址相关的类，利用该类可以获取IP地址、主机地址等信息。

import java.net.InetAddress;

import java.rmi.UnknownHostException;

public class Address {

public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {

InetAddress l = null;

InetAddress ip = l;

try {

ip = InetAddress.getLocalHost();

} catch (java.net.UnknownHostException e) {


e.printStackTrace();

}

String localname = ip.getHostName();

String localip = ip.getHostAddress();

System.out.println("本机名: " + localname);

System.out.println("本机IP地址: "+ localip);

}

}

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。默认大小是50。

2.3TCP通信

TCP通信方式呢主要的通讯方式是一对一的通讯方式，也有着优点和缺点它的优点对比于UDP来说就是更可靠因为它的通讯方式是需要先发送消息看看客户端是否能够接收到消息如果没有回复消息的话服务端就不会发出文件等待客户端回复消息，这个握手模式的话就会非常可靠以下代码进行讲解：

21.3UDP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。
基于 UDP通信的基本模式如下:
☑将数据打包(称为数据包)，然后将数据包发往目的地。

☑接收别人发来的数据包，然后查看数据包。

发送数据包的步骤如下:
(1)使用DatagramSocket()创建一个数据包套接字。
(2)使用DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port)创建要发的数据包。
(3)使用DatagramSocket类的send()方法发送数据包。

接收数据包的步骤如下:

(1)使用DatagramSocket(int port)创建数据包套接字，绑定到指定的端口。

(2)使用DatagramPacket(byte[] buf, int length)创建字节数组来接收数据包。

(3)使用DatagramPacket类的receive(方法接收UDP包。

注意

DatagramSocket类的receive()方法接收数据时，如果还没有可以接收的数据，在正常情况下 receive()方法将阻害，一直等到网络上有数据传来，receive()方法接收该数据并返回。如果网络上没有数据发送过来，receive()方法也没有阻塞，肯定是程序有问题，大多数情况下是因为使用了一个被其他程序占用的端口号。

3.1 DatagramPacket类

javanet 包的 DatagramPacket类用来表示数据包。DatagramPacket类的构造方法如下:☑DatagramPacke1(byte]buf, int length).
DatagramPackel(byse[] buf,int length,InetAddress address, int port).
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。

3.2 DatagramSocket 类

java.net 包中的DatagramSocket类用于表示发送和接收数据包的套接字。该类的构造方法如下:☑DatagramSocket()。
☑DatagramSocket(int port)。
DatagramSocket(int port, InetAddress addr)。
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。