网络编程
一、网络通信要素
1.1 IP地址
1.1.1 概述
IP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。
1.1.2 分类
IP地址分类方式1:
- 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。 - IPv6: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
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。
1.2 端口号
IP地址可以唯一标识网络中的设备,端口号就可以唯一标识设备中的进程(应用程序)。
**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。
1.3 网络通信协议
1.3.1 概述
**网络通信协议:**通过计算机网络可以使多台计算机实现连接,位于同一个网络中的计算机在进行连接和通信时需要遵守一定的规则,(对速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定标准)。
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。
参考模型如下图:
上图中,TCP/IP协议中的四层分别是应用层、传输层、网络层和链路层,每层分别负责不同的通信功能。
链路层:链路层是用于定义物理传输通道,通常是对某些网络连接设备的驱动协议,例如针对光纤、网线提供的驱动。
网络层:网络层是整个TCP/IP协议的核心,它主要用于将传输的数据进行分组,将分组数据发送到目标计算机或者网络。
运输层:主要使网络程序进行通信,在进行网络通信时,可以采用TCP协议,也可以采用UDP协议。
应用层:主要负责应用程序的协议,例如HTTP协议、FTP协议等。
1.3.2 协议分类
利用协议
+IP地址
+端口号
三元组合,就可以标识网络中的进程了,那么进程间的通信就可以利用这个标识与其它进程进行交互。
二、TCP编程
2.1 概述
TCP通信能实现两台计算机之间的数据交互,通信的两端,要严格区分为客户端(Client)与服务端(Server)。
两端通信时步骤:
- 服务端程序,需要事先启动,等待客户端的连接。
- 客户端主动连接服务器端,连接成功才能通信。服务端不可以主动连接客户端。
在Java中,提供了两个类用于实现TCP通信程序:
- 客户端:
java.net.Socket
类表示。创建Socket
对象,向服务端发出连接请求,服务端响应请求,两者建立连接开始通信。 - 服务端:
java.net.ServerSocket
类表示。创建ServerSocket
对象,相当于开启一个服务,并等待客户端的连接。
2.2 socket类
Socket
类:该类实现客户端套接字,套接字指的是两台设备之间通讯的端点。
2.2.1 构造方法
public Socket(String host, int port)
:创建套接字对象并将其连接到指定主机上的指定端口号。如果指定的host是null ,则相当于指定地址为回送地址。
2.2.2 成员方法
public InputStream getInputStream()
: 返回此套接字的输入流。
- 如果此Scoket具有相关联的通道,则生成的InputStream 的所有操作也关联该通道。
- 关闭生成的InputStream也将关闭相关的Socket。
public OutputStream getOutputStream()
: 返回此套接字的输出流。
- 如果此Scoket具有相关联的通道,则生成的OutputStream 的所有操作也关联该通道。
- 关闭生成的OutputStream也将关闭相关的Socket。
public void close()
:关闭此套接字。
- 一旦一个socket被关闭,它不可再使用。
- 关闭此socket也将关闭相关的InputStream和OutputStream 。
public void shutdownOutput()
: 禁用此套接字的输出流。
2.3 ServerSocket类
ServerSocket
类:这个类实现了服务器套接字,该对象等待通过网络的请求。
2.3.1 构造方法
public ServerSocket(int port)
:使用该构造方法在创建ServerSocket对象时,就可以将其绑定到一个指定的端口号上,参数port就是端口号。
2.3.2 成员方法
public Socket accept()
:侦听并接受连接,返回一个新的Socket对象,用于和客户端实现通信。该方法会一直阻塞直到建立连接。
2.4 编程步骤
客户端Socket的工作过程包含以下四个基本的步骤:
- 创建 Socket:根据指定服务端的 IP 地址或端口号构造 Socket 类对象。若服务器端
响应,则建立客户端到服务器的通信线路。若连接失败,会出现异常。 - 打开连接到 Socket 的输入/出流: 使用 getInputStream()方法获得输入流,使用
getOutputStream()方法获得输出流,进行数据传输 - 按照一定的协议对 Socket 进行读/写操作:通过输入流读取服务器放入线路的信息
(但不能读取自己放入线路的信息),通过输出流将信息写入线程。 - 关闭 Socket:断开客户端到服务器的连接,释放线路
服务器程序的工作过程包含以下四个基本的步骤:
- 调用 ServerSocket(int port) :创建一个服务器端套接字,并绑定到指定端口
上。用于监听客户端的请求。 - 调用 accept():监听连接请求,如果客户端请求连接,则接受连接,返回通信
套接字对象。 - 调用 该Socket类对象的
getOutputStream()
和 getInputStream ()
获取输出
流和输入流,开始网络数据的发送和接收。 - 关闭ServerSocket和Socket对象:客户端访问结束,关闭通信套接字。
2.5 简单TCP通信代码演示
客户端:
public class TCPClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
InetAddress inet = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
Socket socket = new Socket(inet, 9999);
OutputStream os = socket.getOutputStream();
os.write("你好我是客户端".getBytes());
os.close();
socket.close();
System.out.println("传输完毕!");
}
}
服务端:
public class TCPServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("服务器已开启...");
ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
Socket accept = ss.accept();
InputStream is = accept.getInputStream();
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
byte[] bytes = new byte[20];
int len = 0;
while ((len = is.read(bytes)) != -1) {
baos.write(bytes, 0, len);
}
System.out.println(baos.toString());
baos.close();
is.close();
accept.close();
ss.close();
}
}
三、UDP编程
3.1 概述
类 DatagramSocket
和 DatagramPacket
实现了基于 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。
3.2 DatagramSocket类
3.2.1 构造方法
public DatagramSocket(int port)
:创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。
3.2.2 成员方法
public void send(DatagramPacket p)
:从此套接字发送数据报包。DatagramPacket
包含的信息指示:将要发送的数据、其长度、远程主机的IP地址和远程主机的端口号。public void receive(DatagramPacket p)
:从此套接字接收数据报包。public InetAddress getLocalAddress()
:获取套接字绑定的本地地址。public int getLocalPort()
:返回此套接字绑定的本地主机上的端口号。
3.3 DatagramPacket类
3.2.1 构造方法
public DatagramPacket(byte[] buf,int length)
:构造 DatagramPacket
,用来接收长度为 length 的数据包。public DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress address,int port)
:构造数据报包,用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。
3.2.2 成员方法
public InetAddress getAddress()
:返回某台机器的 IP 地址,此数据报将要发往该机器或者是从该机器接收到的。public byte[] getData()
:返回数据缓冲区。接收到的或将要发送的数据从缓冲区中的偏移量 offset 处开始,持续 length 长度。public int getLength()
:返回将要发送或接收到的数据的长度。
3.3 编程步骤
流 程:
DatagramSocket
与DatagramPacket
- 建立发送端,接收端
- 建立数据包
- 调用Socket的发送、接收方法
- 关闭Socket
3.4 简单UDP通信代码演示
客户端:
public class UDPClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
String str="我是UDP方式发送的信息";
byte[] bytes = str.getBytes();
InetAddress inet = InetAddress.getByName("localhost");
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,inet,8888);
socket.send(packet);
socket.close();
}
}
服务端:
public class UDPServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);
byte[] bytes = new byte[1024];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes,bytes.length);
socket.receive(packet);
System.out.println(new String(packet.getData(),0,packet.getLength()));
socket.close();
}
}
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