一文彻底搞定Java网络编程基础

2021-08-16 17:00:45 浏览数 (1)

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  • 一、网络入门
    • 1.1、软件结构
      • 1.1.1、C/S结构
      • 1.1.2、B/S结构
    • 1.2、协议
    • 1.3、网络通信协议
    • 1.4、网络编程三要素
      • 1.4.1、协议
      • 1.4.2、IP地址
        • 1.4.2.1、IPV4
        • 1.4.2.2、IPV6
        • 1.4.2.3、常用命令
      • 1.4.3、端口号
    • 1.5、网络在Java中的应用
  • 二、UDP通信程序
    • 2.1、概述
    • 2.2、UDP协议的特点
    • 2.3、UDP相关的类
      • 2.3.1、DatagramPacket
      • 2.3.2、DatagramPacket类构造方法
      • 2.3.3、DategramSocket
      • 2.3.4、DatagramSocket类构造方法
    • 2.4、UDP通信案例
      • 2.4.1、UDP发送端
      • 2.4.2、UDP接收端代码实现
  • 三、TCP通信程序
    • 3.1、TCP协议概述
    • 3.2、TCP协议的特点
    • 3.3、TCP的三次握手
    • 3.4、TCP的四次挥手
    • 3.5、TCP协议相关的类
      • 3.5.1、Socket
      • 3.5.2、Socket类构造方法
      • 3.5.3、Socket类常用方法
      • 3.5.4、ServerSocket
    • 3.6、TCP通信案例
      • 3.6.1、客户端向服务器发送数据
      • 3.6.2、服务器向客户端回写数据

一、网络入门

1.1、软件结构

​ 我们常见的软件结构有两种：

  1. C/S结构
  2. B/S结构

​ 两种架构各有优势，但是无论哪种架构，都离不开网络的支持。网络编程，就是在一定的协议下，实现两台计算机的通信的程序。

1.1.1、C/S结构

​ 全称为Client/Server结构，是指客户端和服务器结构。常见程序有ＱＱ、迅雷、IDEA等软件。有点事可以做深度的定制化

1.1.2、B/S结构

​ 全称为Browser/Server结构，是指浏览器和服务器结构。常见浏览器有谷歌、火狐等。

1.2、协议

​ 计算机网络客户端与服务端通信必须实现约定和彼此遵守的通信规则。常用的协议有：

  1. HTTP（专用于做浏览器开发的协议）。
  2. FTP（专用于文件上传的协议）。
  3. TCP（更低层的协议，保证可靠通信的，保证数据不丢失）。
  4. UDP（底层的协议，但是是不安全的，可能会丢数据）。
  5. SSH（与服务器交互的协议）。
  6. SMTP（简单邮件传输协议）。

1.3、网络通信协议

​ 通信协议是对计算机必须遵守的规则，只有遵守这些规则，计算机之间才能进行通信。这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样，协议中对数据的传输格式、传输速率、传输步骤等做了统一规定，通信双方必须同时遵守，最终完成数据交换。

​ TCP/IP协议： 传输控制协议/因特网互联协议( Transmission Control Protocol/Internet Protocol)，是Internet最基本、最广泛的协议。它定义了计算机如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。它的内部包含一系列的用于处理数据通信的协议，并采用了4层的分层模型，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。

1.4、网络编程三要素

1.4.1、协议

​ 计算机网络通信必须遵守的规则

1.4.2、IP地址

​ 指互联网协议地址（Internet Protocol Address）**，俗称IP。IP地址用来给一个网络中的计算机设备做唯一的编号。假如我们把“个人电脑”比作“一台电话”的话，那么“IP地址”就相当于“电话号码”。

1.4.2.1、IPV4

​ IPV4是一个32位的二进制数，通常被分为4个字节，表示成a.b.c.d 的形式，例如192.168.65.100 。其中a、b、c、d都是0~255之间的十进制整数，那么最多可以表示42亿个。

1.4.2.2、IPV6

​ 由于互联网的蓬勃发展，IP地址的需求量愈来愈大，但是网络地址资源有限，使得IP的分配越发紧张。有资料显示，全球IPv4地址在2011年2月分配完毕。

​ 为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间，采用128位地址长度，每16个字节一组，分成8组十六进制数，表示成ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789，号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个网址，这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。

1.4.2.3、常用命令
  • 查看本机的IP地址
代码语言：javascript复制
ipconfig
  • 检查网络是否连通
代码语言：javascript复制
ping 空格 IP地址
ping www.baidu.com
  • 特殊的ip（本机）
代码语言：javascript复制
127.0.0.1、localhost

1.4.3、端口号

​ 网络的通信，本质上是两个进程（应用程序）的通信。每台计算机都有很多的进程，那么在网络通信时，如何区分这些进程呢？

​ 如果说IP地址可以唯一标识网络中的设备，那么端口号就可以唯一标识设备中的进程（应用程序）了。

​ 端口号：**用两个字节表示的整数，它的取值范围是065535**。其中，01023之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用，普通的应用程序需要使用1024以上的端口号。如果端口号被另外一个服务或应用所占用，会导致当前程序启动失败。

1.5、网络在Java中的应用

代码语言：javascript复制
/** 
	InetAddress类概述:一个该类的对象就代表一个IP地址对象
	InetAddress类成员方法:
		1. static InetAddress getLocalHost();获得本地主机IP地址对象
		2. static InetAddress getByName(String host);根据指定的IP地址字符串或主机名获得对应的IP地址对象
		3. String getHostName();获得主机名
		4. String getHostAddress();获得IP地址字符串
  	**/
public class InetAddressDemo01 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获得本地主机IP地址对象
        InetAddress inet01 = InetAddress.getLocalHost();
        // 主机名/ip地址字符串
        System.out.println(inet01);
        // 根据IP地址字符串或主机名获得对应的IP地址对象
        InetAddress inet02 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
        System.out.println(inet02);
        // 获得主机名
        String hostName = inet01.getHostName();
        System.out.println(hostName);
        // 获得IP地址字符串
        String hostAddress = inet01.getHostAddress();
        System.out.println(hostName);
        System.out.println(hostAddress);
    }
}

二、UDP通信程序

2.1、概述

​ UDP是无连接通信协议，即在数据传输时，数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说，当一台计算机向另外一台计算机发送数据时，发送端不会确认接收端是否存在，就会发出数据，同样接收端在收到数据时，也不会向发送端反馈是否收到数据。

​ 由于使用UDP协议消耗资源小，通信效率高，所以通常都会用于音频、视频和普通数据的传输例如视频会议都使用UDP协议，因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。

​ 但是在使用UDP协议传送数据时，由于UDP的面向无连接性，不能保证数据的完整性，因此在传输重要数据时不建议使用UDP协议。

2.2、UDP协议的特点

  1. 面向无连接的协议。
  2. 发送端只管发送，不确认对方是否能收到。
  3. 基于数据包进行数据传输。
  4. 发送数据的大小限制64K以内。
  5. 因为面向无连接，速度快，但是不可靠（相对的）。

2.3、UDP相关的类

2.3.1、DatagramPacket

​ 他是一个数据包对象，作用是用来封装要发送或要接收的数据，类似于集装箱。

2.3.2、DatagramPacket类构造方法

​ DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)：创建发送端数据包对象

  1. 要发送的内容，字节数组。
  2. 要发送内容的长度，单位是字节。
  3. 接收端的IP地址对象。
  4. 接收端的端口号。

DatagramPacket(byte[] buf, int length)：创建接收端的数据包对象

  1. buf：用来存储接收到内容。
  2. length：能够接收内容的长度。

2.3.3、DategramSocket

​ 他表示的是发送对象，作用是用来发送或接收数据包，类似于码头。

2.3.4、DatagramSocket类构造方法

​ DatagramSocket()：创建发送端的Socket对象，系统会随机分配一个端口号。

​ DatagramSocket(int port) ：创建接收端的Socket对象并指定端口号

2.4、UDP通信案例

2.4.1、UDP发送端

代码语言：javascript复制
// UDP发送端代码实现
public class UDPSender {
    public static void main(String[] args)throws Exception{
        // 定义一个字符串：要发送的内容
        String message = "约吗";
        // 字符串转字节数组
        byte[] buf = message.getBytes();
        // 创建数据包对象
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length,
                InetAddress.getLocalHost(),6666);
        // 创建发送端的发送对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8080);
        // 发送数据包
        ds.send(dp);
        // 关闭发送对象释放端口号
        ds.close();
    }
}

2.4.2、UDP接收端代码实现

代码语言：javascript复制
/**
    UDP协议接收端代码实现
 */
public class UDPReceive {
    public static void main(String[] args)throws Exception{
        // 创建接收对象DatagramSocket
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8080);
        // 创建字节数组用来存储接收接收到的内容
        byte[] buf = new byte[1024];
        // 创建数据包对象
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length);
        // 接收数据包
        ds.receive(dp);

        // 获得实际接收到的字节个数
        int len = dp.getLength();
        System.out.println("len = "   len);
        // 将字节数组的内容转换为字符串输出
        System.out.println(new String(buf,0,len));

        // 获得发送端的ip地址
        String sendIp = dp.getAddress().getHostAddress();
        // 获得发送端的端口号
        int port  = dp.getPort();
        System.out.println(sendIp);
        System.out.println(port);

        // 关闭Socket对象
        ds.close();
    }
}

三、TCP通信程序

3.1、TCP协议概述

​ TCP协议是面向连接的通信协议，即在传输数据前先在客户端和服务器端建立逻辑连接，然后再传输数据。它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。

​ 他常用于文件上传和下载、邮件发送和接收、远程登录。

3.2、TCP协议的特点

  1. 面向连接的协议。
  2. 只能由客户端主动发送数据给服务器端，服务器端接收到数据之后，可以给客户端响应数据。
  3. 通过三次握手建立连接，连接成功形成数据传输通道。
  4. 通过四次挥手断开连接。
  5. 基于IO流进行数据传输。
  6. 传输数据大小没有限制。
  7. 因为面向连接的协议，速度慢，但是是可靠的协议。

3.3、TCP的三次握手

​ 三次握手：TCP协议中，在发送数据的准备阶段，客户端与服务器之间的三次交互，以保证连接的可靠。

  1. 第一次握手，客户端向服务器端发出连接请求，等待服务器确认。服务器你还活着吗？
  2. 第二次握手，服务器端向客户端回送一个响应，通知客户端收到了连接请求。我活着啊！！
  3. 第三次握手，客户端再次向服务器端发送确认信息，确认连接。我知道了！！

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-JhXVxOya-1614134836407)(D:学习笔记Java SEJava网络编程Java网络基础.assets4_TCP协议三次握手.png)]

​ 完成三次握手，连接建立后，客户端和服务器就可以开始进行数据传输了。由于这种面向连接的特性，TCP协议可以保证传输数据的安全，所以应用十分广泛，例如下载文件、浏览网页等。

3.4、TCP的四次挥手

  1. 第一次挥手：客户端请求断开连接。
  2. 第二次挥手：服务器发送已经知道要断开，之后把数据发送完。
  3. 第三次挥手：服务器发送完数据通知客户端正式断开。
  4. 第四次挥手：客户端告知服务器确定要断开并等待 2MSL 之后断开

3.5、TCP协议相关的类

3.5.1、Socket

​ 一个该类的对象就代表一个客户端程序。

3.5.2、Socket类构造方法

​ Socket(String host, int port)：根据ip地址字符串和端口号创建客户端Socket对象。

​ 只要执行该方法，就会立即连接指定的服务器程序，如果连接不成功，则会抛出异常。如果连接成功，则表示三次握手通过。

3.5.3、Socket类常用方法

​ OutputStream getOutputStream()：获得字节输出流对象。

​ InputStream getInputStream()：获得字节输入流对象。

3.5.4、ServerSocket

​ 一个该类的对象就代表一个服务器端程序。

3.6、TCP通信案例

3.6.1、客户端向服务器发送数据

代码语言：javascript复制
/*
TCP客户端代码实现步骤
        * 创建客户端Socket对象并指定服务器地址和端口号
        * 调用Socket对象的getOutputStream方法获得字节输出流对象
        * 调用字节输出流对象的write方法往服务器端输出数据
        * 调用Socket对象的getInputStream方法获得字节输入流对象
        * 调用字节输入流对象的read方法读取服务器端返回的数据
        * 关闭Socket对象断开连接。
 */
// TCP客户端代码实现
public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 要发送的内容
        String content = "你好TCP服务器端，约吗";
        // 创建Socket对象
        Socket socket = new Socket("192.168.73.99",9999);
        // System.out.println(socket);
        // 获得字节输出流对象
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        // 输出数据到服务器端
        out.write(content.getBytes());

        // 获得字节输入流对象
        InputStream in = socket.getInputStream();
        // 创建字节数组：用来存储读取到服务器端数据
        byte[] buf = new byte[1024];
        // 读取服务器端返回的数据
        int len = in.read(buf);
        System.out.println("len = "   len);
        System.out.println("服务器端返回的内容 = "   new String(buf,0,len));

        // 关闭socket对象
        socket.close();
    }
}

3.6.2、服务器向客户端回写数据

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/**
    TCP服务器端代码实现

    ServerSocket类构造方法
        * ServerSocket(int port) 根据指定的端口号开启服务器。

    ServerSocket类常用方法
        *  Socket accept() 等待客户端连接并获得与客户端关联的Socket对象

    TCP服务器端代码实现步骤
        * 创建ServerSocket对象并指定端口号(相当于开启了一个服务器)
        * 调用ServerSocket对象的accept方法等待客端户连接并获得对应Socket对象
        * 调用Socket对象的getInputStream方法获得字节输入流对象
        * 调用字节输入流对象的read方法读取客户端发送的数据
        * 调用Socket对象的getOutputStream方法获得字节输出流对象
        * 调用字节输出流对象的write方法往客户端输出数据
        * 关闭Socket和ServerSocket对象
 */
public class TCPServer {
    public static void main(String[] args)throws Exception{
        // 创建服务器ocket对象
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        // 等待客户端连接并获得与客户端关联的Socket对象
        Socket socket = serverSocket.accept();
        // 获得字节输入流对象
        InputStream in = socket.getInputStream();
        // 创建字节数组：用来存储读取到客户端发送的数据
        byte[] buf = new byte[1024];
        // 读取客户端发送过来的数据
        int len = in.read(buf);
        System.out.println("len = "   len);
        System.out.println("客户端发送的数据 = "   new String(buf,0,len));

        // 获得字节输出流对象
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        // 往客户端输出数据
        out.write("约你妹".getBytes());
       
        
        // 关闭socket
        socket.close();
        // 关闭服务器（在实际开发中，服务器一般不会关闭）
        serverSocket.close();
    }
}

stem.out.println("len = " len); System.out.println("客户端发送的数据 = " new String(buf,0,len));

代码语言：javascript复制
    // 获得字节输出流对象
    OutputStream out = socket.getOutputStream();
    // 往客户端输出数据
    out.write("约你妹".getBytes());
   
    
    // 关闭socket
    socket.close();
    // 关闭服务器（在实际开发中，服务器一般不会关闭）
    serverSocket.close();
}

}

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udp ipv6 socket编程 tcp/ip java

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