第二十一章网络编程

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

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
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

编写一个服务器端，和一个客户端
服务器端在9999端口监听
客户端连接到服务器端，发送“hello，server”，然后退出
服务器端接收到客户端发送的信息，输出，并退出

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）

编写一个服务端，和一个客户端
服务器端在9999端口监听
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
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

编写一个服务端，和一个客户端
服务器端在 8888 端口监听
客户端连接到服务端，发送一张图片 e:\\gie.png
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
客户端接收到服务端发送的“收到图片”，再退出
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

netstat -anb more 权限更高

五、UDP 网络通信编程（了解）（P677）

1. 基本介绍

DatagramSocket 和 DatagramPacket [数据包/数据报] 实观了基于 UDP 协议网络程序。
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。
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。
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

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

在这里插入图片描述
UDP说明

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
接收数据和发送数据是通过 DatagramSocket 对象完成
将数据封装到 DatagramPacket 对象/装包
当接收到 DatagramPacket 对象，需要进行拆包，取出数据
DatagramSocket 可以指定在哪个端口接收数据

3. 应用案例

编写一个接收端A，和一个发送端B
接收端 A 在9999端口等待接收数据（receive）
发送端 B 向接收端 A 发送数据 “hello，明天吃火锅～”
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
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");
    }
}