网络编程(TCP/UDP)

网络编程

一.网络编程

1.1 概述

Java是 Internet 上的语言，它从语言级上提供了对网络应用程序的支持，程序员能够很容易开发常见的网络应用程序。
Java提供的网络类库，可以实现无痛的网络连接，联网的底层细节被隐藏在Java 的本机安装系统里，由JVM进行控制。并且Java实现了一个跨平台的网络库，程序员面对的是一个统一的网络编程环境。

1.2 网络基础

计算机网络：
- 把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息、共享硬件、软件、数据信息等资源。
网络编程的目的：
- 直接或间接地通过网络协议与其它计算机实现数据交换，进行通讯。
网络编程中有两个主要的问题：
- 如何准确地定位网络上一台或多台主机；定位主机上的特定的应用
- 找到主机后如何可靠高效地进行数据传输

1.3 网络通信

通信双方地址
- IP找到对应电脑
- 端口号找到对应应用程序
一定的规则（即：网络通信协议。有两套参考模型）
- OSI参考模型：模型过于理想化，未能在因特网上进行广泛推广
- TCP/IP参考模型(或TCP/IP协议)：事实上的国际标准。

1.3.1 IP

地址 : netAddress
- 唯一的标识Internet 上的计算机（通信实体)
- 本地回环地址(hostAddress):127.0.0.1主机名(hostName): localhostIP地址分类方式1:IPV4和 IPV6
- IPV4:4个字节组成，4个0-255。大概42亿，30亿都在北美，亚洲4亿。2011年初已经用尽。以点分十进制表示，如192.168.0.1IPV6:128位（16个字节），写成8个无符号整数，每个整数用四
  - 个十六进制位表示，数之间用冒号（:）分开，如:3ffe:3201:1401:1280:c8ff:fe4d:db39:1984
  - IP地址分类方式2:公网地址(万维网使用)和私有地址(局域网使用)。192.168.
- 开头的就是私有址址，范围即为192.168.0.0–192.168.255.255，专门为组织机构内部使用
- 特点:不易记忆

1.3.2 端口

端口号标识正在计算机上运行的进程（程序)
- 不同的进程有不同的端口号
- 被规定为一个16位的整数0~65535。
- 端口分类:
  - 公认端口:0~1023。被预先定义的服务通信占用（如:HTTP占用端口80，FTP占用端口21，TeInet占用端口23>
  - 注册端口:1024~49151。分配给用户进程或应用程序。(如:Tomcat占用端口8080，MySQL占用端口3306，Oracle占用端口1521等）。
  - 动态/私有端口:49152~65535。
端口号与IP地址的组合得出一个网络套接字:Socket。

1.4 OSI七层

应用层,表示层,会话层,传输层,数据链路层,物理层,网络层

应用层 : 在网络中向用户提供服务窗口,主要用来支持用户的需求

电子邮件,文件传输等

主要协议 : http(80),DNS,FTP(21)

表示层 : 为通信提供一种公共的语言,方便交互,因为计算机系统结构不同,数据表示方式也就不同

其他功能可以做数据加密,数据压缩等

传输层 : 两台计算机经过网络进行数据通信

协议有 TCP/UDP

数据链路层 : 可以理解为数据通道

MAC地址表示唯一性

网络层 : 以IP报文的形式进行传递,并且在网络层IP地址表示唯一性

1.5 网络协议

1.5.1 Socket

1.5.1.1 概念

利用套接字(Socket)开发网络应用程序早已被广泛的采用，以至于成为事实上的标准。
网络上具有唯一标识的IP地址和端口号组合在一起才能构成唯一能识别的标识符
套接字。
通信的两端都要有Socket，是两台机器间通信的端点。网络通信其实就是Socket间的通信。
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。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。
Socket分类:
- 流套接字（stream socket):使用TCP提供可依赖的字节流服务
- 数据报套接字(datagram socket）:使用uDP提供"尽力而为”的数据报服务

1.5.1.2 常用方法

Socket类的常用构造器：

public Socket(InetAddress address,int port)创建一个流套接字并将其连接到指定IP 地址的指定端口号。
public Socket(String host,int port)创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。

Socket类的常用方法：

public InputStream getInputStream()返回此套接字的输入流。可以用于接收网络消息
public OutputStream getOutputStream()返回此套接字的输出流。可以用于发送网络消息
public InetAddress getInetAddress()此套接字连接到的远程 IP 地址；如果套接字是未连接的，则返回 null。
public InetAddress getLocalAddress()获取套接字绑定的本地地址。即本端的IP地址
public int getPort()此套接字连接到的远程端口号；如果尚未连接套接字，则返回 0。
public int getLocalPort()返回此套接字绑定到的本地端口。如果尚未绑定套接字，则返回 -1。即本端的端口号。
public void close()关闭此套接字。套接字被关闭后，便不可在以后的网络连接中使用（即无法重新连接或重新绑定）。需要创建新的套接字对象。关闭此套接字也将会关闭该套接字的 InputStream 和 OutputStream。
public void shutdownInput()如果在套接字上调用 shutdownInput() 后从套接字输入流读取内容，则流将返回EOF（文件结束符）。即不能在从此套接字的输入流中接收任何数据。
public void shutdownOutput()禁用此套接字的输出流。对于 TCP 套接字，任何以前写入的数据都将被发送，并且后跟 TCP 的正常连接终止序列。如果在套接字上调用 shutdownOutput() 后写入套接字输出流，则该流将抛出 IOException。即不能通过此套接字的输出流发送任何数据。

1.5.2 TCP/IP

1.5.2.1 概述

传输层协议中有两个非常重要的协议:
- 传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)
- 用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)。
TCP/IP以其两个主要协议:传输控制协议(TCP)和网络互联协议§而得名，实际上是一组协议，包括多个具有不同功能且互为关联的协议。
lP(Internet Protocol)协议是网络层的主要协议，支持网间互连的数据通信。
TCP/IP协议模型从更实用的角度出发，形成了高效的四层体系结构，即物理链路层、IP层、传输层和应用层。

1.5.2.2 服务端

public static void main(String[] args) throws Exception {
		// 开启端口
		ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);
		System.out.println("服务端已启动,等待客户端链接...");
		// 执行该方法的时候,线程会停下来等待,等待客户端链接
		// skt获取到的是链接的客户端对象
		Socket skt = ss.accept();
		// getInetAddress获取地址
		System.out.println(skt.getInetAddress() + " : 客户端已连接");
		// 向服务端发送消息
		// 获取客户端输出流/字节流
		OutputStream os = skt.getOutputStream();
		// 转换字符流
		OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(os);
		// 写出
		osw.write("你好客户端,我收到了");
		osw.close();
		os.close();
		skt.close();
		ss.close();
		System.out.println("链接已关闭");
	}

1.5.2.3 客户端

public static void main(String[]args) throws Exception{
	//创建链接对象,绑定IP和端口
	Socket skt = new Socket("127.0.0.1",10001);
	//获取输入流,得到服务端发回的数据
	lnputStream is = skt.getlnputStream();
	//转换为字符流
	lnputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
	//缓冲流
	BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
	System.outprintln(br.readLine());
	br.close();
	isr.close();
	is.close();
	skt.close();
}

1.5.2.4 常见异常

端口被占用 : Address already in use: JVM_Bind

解决办法 : 可以换一个端口,或者杀死对应的应用程序

链接失败 : Connection refused: connect

失败原因 : 服务端没启动, IP不对

1.5.3 UDP/IP

1.5.3.1 概述

UDP 是 User Datagram Protocol 的简称，中文名是用户数据报协议，是 OSI（Open System Interconnection，开放式系统互联）参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，IETF RFC 768 是 UDP 的正式规范。UDP 在 IP 报文的协议号是17。

不面向连接
不保证可靠
不保证有序
效率比较快

1.5.3.2 服务端

public static void main(String[]args) throws Exception {
		//打开UDP,监听端口,接收数据
		DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10001);
		//创建包接收器,把接受的数据保存在数组中
		byte[] bytes = new byte[1024];
		DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
		//阻塞式接收
		while (true){
			//接收数据
			ds.receive(dp);
			//数据–>数据流->字节数组流->字节数组字节数组->字节数组流->数据流->数据/字节数组流
			ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(bytes);
			//数据流
			DataInputStream dis = new DataInputStream(bais);
			//数据
			System.out.println(dis.readUTF());
			}
		}

1.5.3.3 客户端

public static void main(String[] args) throws Exception {
	//数据
	String str ="你好asd123";
	//处理数据
	//字节数组输出流
	ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
	//数据流
	DataOutputStream dos = new DataOutputStream(baos);dos.writeUTF(str);
	//转换为字节数组
	byte[] bytes = baos.toByteArray();
	//数据包和目的地
	//目标IP和接收端口
	InetSocketAddress isa = new InetSocketAddress("127.0.0.1",10001);
	DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, isa);
	//发送,通过指定端口发送数据包
	DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10002);
	//发送
	ds.send(dp);ds.close();
}

InetSocketAddress isa = new InetSocketAddress("127.0.0.1",10001);
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, isa);
//发送,通过指定端口发送数据包
DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10002);
//发送
ds.send(dp);ds.close();

}