第二十一章 网络编程

news2024/12/23 9:49:46

一、网络的相关概念

1. 网络通信

(1)网络通信:将 数据 通过网络从一台设备传输到另一台设备

(2)java.net 包下提供了一系列的类或接口,完成网络通信

在这里插入图片描述

2. 网络

  1. 概念:两台或多台设备通过一定物理设备连接起来构成了网络

  2. 根据网络的覆盖范围不同,对网络进行分类:
    1️⃣局域网:覆盖范围最小,仅仅覆盖一个教室或一个机房
    2️⃣城域网:覆盖范围较大,可以覆盖一个城市
    3️⃣广域网:覆盖范围最大,可以覆盖全国,甚至全球,万维网是广域网的代表

3. IP 地址

(1)概念:用于唯一标识网络中的每台计算机/主机

(2)查看 ip 地址: ipconfig

(3)ip 地址的表示形式:点分十进制 XX.XX.XX.XX(4 个字节,32 位)

(4)每一个十进制数的范围:0~255

(5)ip 地址的组成 = 网络地址 + 主机地址(69),比如:192.168.16.69

(6)IPV6 是互联网工程任务组设计的用于替代 IPV4 的下一代 IP 协议,其地址数量号称可为全世界的每一粒沙子编上一个地址

(7)由于 IPV4 最大的问题在于网络地址资源有限,严重制约了互联网的应用和发展。IPv6 的使用,不仅能解决网络地址资源数量的问题,而且也解决了多种接入设备连入互联的障碍

ipv4 地址分类:
在这里插入图片描述

4. 域名

域名相对于 IP 方便记忆,将 IP 地址映射成域名。

5. 端口号

(1)概念:用于标识计算机上某个特定的网络程序

(2)表示形式:以整数形式,范围 0~65535

(3)0~1024 已经被占用,比如 ssh 22,ftp 21,smtp 25,http 80

6. 网络通信协议

在这里插入图片描述
TCP/IP:Transmission Control Protocol / Internet Protocol,传输控制协议/因特网互联协议,又叫网络通讯协议。

这个协议是 Internet 最基本的协议、Internet 国际互联网络的基础,简单地说,就是由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成的。

在这里插入图片描述

7. TCP和UDP

TCP协议:传输控制协议
(1)使用TCP协议前,须先建立 TCP 连接,形成传输数据通道
(2)传输前,采用”三次握手“方式,是可靠的
(3)TCP协议进行通信的两个应用进程:客户端、服务端
(4)在连接中可进行大数据量的传输
(5)传输完毕,需释放已建立的连接,效率低
(6)类似打电话

UDP协议:用户数据协议
(1)将数据、源、目的封装成数据包,不需要建立连接
(2)每个数据报的大小限制在64K内,不适合传输大量数据
(3)因无需连接,故是不可靠的
(4)发送数据结束时无需释放资源(因为不是面向连接的),速度快
(5)类似发短信

二、InetAddress 类

    public static void main(String[] args) throws Exception {
 
        //1.获取本机InetAddress对象
        InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println(localHost); // yiry/192.168.1.5
 
        //2.根据指定主机名获取ip地址对象
        InetAddress host1 = InetAddress.getByName("yiry");
        System.out.println(host1); //  yiry/192.168.1.5
 
        //3.根据指定域名获取ip地址对象
        InetAddress host2 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
        System.out.println(host2); //  www.baidu.com/183.232.231.172
 
        //4.获取 InetAddress对象的主机名
        String hostName = host2.getHostName();
        System.out.println(hostName);//  www.baidu.com
 
        //5.获取 InetAddress对象的地址
        String hostAddress = host2.getHostAddress();
        System.out.println(hostAddress);//  183.232.231.172
        
    }

三、Socket

1. Socket 基本介绍

在这里插入图片描述

(1)套接字(Socket)开发网络应用程序被广泛采用,以至于成为事实上的标准
(2)通信的两端都要有 Socket,是两台机器间通信的端点
(3)网络通信其实就是 Socket 的通信。
(4)Socket 允许程序把网络连接当成一个流,数据在两个 Socket 间通过 IO 传输。
(5)一般主动发起通信的应用程序属客户端,等待通信请求的为服务端

四、TCP 网络通信编程

1. 应用案例1-字节流

  1. 编写一个服务器端,和一个客户端
  2. 服务器端在9999端口监听
  3. 客户端连接到服务器端,发送“hello,server”,然后退出
  4. 服务器端接收到客户端发送的信息,输出,并退出
    在这里插入图片描述

服务端

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 在本机的 9999 端口监听,等待连接
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        // 没有客户端连接 9999 端口时,程序会阻塞,等待连接
        Socket socket = serverSocket.accept();
        System.out.println("服务端:" + socket.getClass());
        InputStream is = socket.getInputStream();
        byte[] buf = new byte[1024];
        int readLen = 0;
        while ((readLen = is.read(buf)) != -1) {
            System.out.println(new String(buf, 0, readLen));
        }
        is.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }

客户端

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 9999);
        System.out.println("客户端:" + socket.getClass());
        
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        os.write("hello,server".getBytes());
        
        os.close();
        socket.close();
    }

2. 应用案例2-字节流(互发)

  1. 编写一个服务端,和一个客户端
  2. 服务器端在9999端口监听
  3. 客户端连接到服务器端,发送“hello,server” 并接收服务器端回发的 “hello,client”,再退出
  4. 服务器端接收到客户端发送的信息,输出,并发送“hello,client” 再退出

设置写入结束标记: socket.shutdownOutput();

服务端

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 在本机的 9999 端口监听,等待连接
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        // 没有客户端连接 9999 端口时,程序会阻塞,等待连接
        Socket socket = serverSocket.accept();
        System.out.println("服务端:" + socket.getClass());
        InputStream is = socket.getInputStream();
        byte[] buf = new byte[1024];
        int readLen = 0;
        while ((readLen = is.read(buf)) != -1) {
            System.out.println(new String(buf, 0, readLen));
        }
 
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        os.write("hello,client".getBytes());
        socket.shutdownOutput();
 
        os.close();
        is.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }

客户端

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 9999);
        System.out.println("客户端:" + socket.getClass());
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        os.write("hello,server".getBytes());
        socket.shutdownOutput();
 
        InputStream is = socket.getInputStream();
        byte[] buf = new byte[1024];
        int readLen = 0;
        while ((readLen = is.read(buf))!= -1){
            System.out.println(new String(buf,0,readLen));
        }
 
        is.close();
        os.close();
        socket.close();
    }

3. 应用案例3-字符流

在这里插入图片描述

设置写入结束标记: Writer.newLine();
readLine() 配合使用

服务端

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 在本机的 9999 端口监听,等待连接
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        // 没有客户端连接 9999 端口时,程序会阻塞,等待连接
        Socket socket = serverSocket.accept();
        System.out.println("服务端:" + socket.getClass());
        InputStream is = socket.getInputStream();
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
        String s = br.readLine();
        System.out.println(s);
 
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(os));
        bw.write("hello,client");
        bw.newLine();
        bw.flush();
 
        bw.close();
        br.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }

客户端

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 9999);
        System.out.println("客户端:" + socket.getClass());
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(os));
        bw.write("hello,server");
        // 插入一个换行符,表示结束标记
        bw.newLine();
        // 字符流需要刷新
        bw.flush();
 
        InputStream is = socket.getInputStream();
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
        String s = br.readLine();
        System.out.println(s);
 
        br.close();
        bw.close();
        socket.close();
    }

4. 应用案例4

在这里插入图片描述

  1. 编写一个服务端,和一个客户端
  2. 服务器端在 8888 端口监听
  3. 客户端连接到服务端,发送一张图片 e:\\gie.png
  4. 服务器端接收到客户端发送的图片,保存到 src 下,发送“收到图片”再退出
  5. 客户端接收到服务端发送的“收到图片”,再退出
  6. 该程序要求使用 StreamUtils.java
public class StreamUtils {
 
    /*
        将输入流转换成byte[],即把文件的内容读入到byte[]
     */
    public static byte[] streamToByteArray(InputStream is) throws IOException {
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        byte[] b = new byte[1024];
        int len;
        while ((len = is.read(b)) != -1) {
            bos.write(b, 0, len);
        }
        byte[] array = bos.toByteArray();
        bos.close();
        return array;
    }
 
    /*
        将InputStream 转换成 String
    */
    public static String streamToString(InputStream is) throws IOException {
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
        StringBuilder builder = new StringBuilder();
        String line;
        while ((line = reader.readLine()) != null) {
            builder.append(line + "\r\n");
        }
        return builder.toString();
    }
 
}

服务端

public class Server_04 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
 
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        // 等待连接
        Socket socket = serverSocket.accept();
 
        InputStream is = socket.getInputStream();
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(is);
 
        // 文件对应的字节数组
        byte[] bytes = StreamUtils.streamToByteArray(bis);
        String filepath = "src\\ces1.jpg";
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(filepath));
        bos.write(bytes);
        bos.close();
 
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(os));
        bw.write("服务端收到图片");
        bw.flush();
        socket.shutdownOutput();
 
        bw.close();
        bis.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
 
    }
}

客户端

public class Client_04 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
 
        String filepath = "d:\\ces.jpg";
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(filepath));
        // 文件对应的字节数组
        byte[] bytes = StreamUtils.streamToByteArray(bis);
 
        Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 8888);
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(os);
        bos.write(bytes);
        // 结束标记
        socket.shutdownOutput();
 
        InputStream is = socket.getInputStream();
        String s = StreamUtils.streamToString(is);
        System.out.println(s);
 
        is.close();
        bis.close();
        bos.close();
        socket.close();
 
    }
}

5. netstat 指令(P675)

(1)netstat -an 可以查看当前主机网络情况,包括 端口监听 情况和 网络连接 情况

(2)netstat -an more可以分页显示,按下空格翻页

(3)要求在 dos控制台 下执行

在这里插入图片描述
① Listening 表示某个端口在监听
② 如果有一个外部程序(客户端)连接到该端口,就会显示一条连接信息
在这里插入图片描述

netstat -anb more 权限更高

五、UDP 网络通信编程(了解)(P677)

1. 基本介绍

  1. DatagramSocketDatagramPacket [数据包/数据报] 实观了基于 UDP 协议网络程序。
  2. UDP 数据报通过数据报套接字 DatagramSocket 发送和接收,系统不保证 UDP 数据报一定能够安全送到目的地,也不能确定什么时候可以抵达。
  3. DatagramPacket 对象封装了 UDP 数据报,在数据报中包含了发送端的 IP 地址和端口号以及接收端的 IP 地址和端口号。
  4. UDP 协议中每个数据报都给出了完整的地址信息,因此无须建立发送方和接收方的连接

2. 基本流程

  1. 核心的两个类/对象 DatagramSocketDatagramPacket
  2. 建立发送端,接收端(没有服务端和客户端概念)
  3. 发送数据前,建立数据包/报 DatagramPacket 对象
  4. 调用 DatagramSocket 的发送、接收方法
  5. 关闭 DatagramSocket

在这里插入图片描述
UDP说明

  1. 没有明确的服务端和客户端,演变成数据的发送端和接收端
  2. 接收数据和发送数据是通过 DatagramSocket 对象完成
  3. 将数据封装到 DatagramPacket 对象/装包
  4. 当接收到 DatagramPacket 对象,需要进行拆包,取出数据
  5. DatagramSocket 可以指定在哪个端口接收数据

3. 应用案例

  1. 编写一个接收端A,和一个发送端B
  2. 接收端 A 在9999端口等待接收数据(receive
  3. 发送端 B 向接收端 A 发送数据 “hello,明天吃火锅~”
  4. 接收端 A 接收到发送端 B 发送的数据,回复 “好的,明天见” 再退出
  5. 发送端接收 回复的数据,再退出

UDP 接收端

public class UDPReceiverA {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        //1. 创建一个 DatagramSocket 对象,准备在 9999 接收数据
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9999);
        //2. 构建一个 DatagramPacket 对象,准备接收数据
        // 在前面讲解 UDP 协议时,老师说过一个数据包最大 64k
        byte[] buf = new byte[1024];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);

        //3. 调用 接收方法, 将通过网络传输的 DatagramPacket 对象
        // 填充到 packet 对象
        //老师提示: 当有数据包发送到 本机的 9999 端口时,就会接收到数据
        // 如果没有数据包发送到 本机的 9999 端口, 就会阻塞等待.
        System.out.println("接收端 A 等待接收数据..");
        socket.receive(packet);

        //4. 可以把 packet 进行拆包,取出数据,并显示.
        int length = packet.getLength();//实际接收到的数据字节长度
        byte[] data = packet.getData();//接收到数据

        String s = new String(data, 0, length);
        System.out.println(s);

        //===回复信息给 B 端
        //将需要发送的数据,封装到 DatagramPacket 对象
        data = "好的, 明天见".getBytes();
        //说明: 封装的 DatagramPacket 对象 data 内容字节数组 , data.length , 主机(IP) , 端口
        packet =
                new DatagramPacket(data, data.length, InetAddress.getByName("192.168.12.1"), 9998);
        socket.send(packet);//发送

        //5. 关闭资源
        socket.close();
        System.out.println("A 端退出...");
    }
}

UDP 发送端 B

public class UDPSenderB {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建 DatagramSocket 对象,准备在 9998 端口 接收数据
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9998);
        //2. 将需要发送的数据,封装到 DatagramPacket 对象
        byte[] data = "hello 明天吃火锅~".getBytes(); //
        //说明: 封装的 DatagramPacket 对象 data 内容字节数组 , data.length , 主机(IP) , 端口
        DatagramPacket packet =
                new DatagramPacket(data, data.length, InetAddress.getByName("192.168.12.1"), 9999);
        socket.send(packet);

        //3.=== 接收从 A 端回复的信息
        //(1) 构建一个 DatagramPacket 对象,准备接收数据
        // 在前面讲解 UDP 协议时,老师说过一个数据包最大 64k
        byte[] buf = new byte[1024];
        packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
        //(2) 调用 接收方法, 将通过网络传输的 DatagramPacket 对象
        // 填充到 packet 对象
        //老师提示: 当有数据包发送到 本机的 9998 端口时,就会接收到数据
        // 如果没有数据包发送到 本机的 9998 端口, 就会阻塞等待. socket.receive(packet);
        //(3) 可以把 packet 进行拆包,取出数据,并显示.
        int length = packet.getLength();//实际接收到的数据字节长度
        data = packet.getData();//接收到数据
        String s = new String(data, 0, length);
        System.out.println(s);

        //关闭资源
        socket.close();
        System.out.println("B 端退出");
    }
}

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