Java 网络编程的结构与组成

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网络编程的结构与组成

1. 软件结构

• 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、迅雷等软件；
  
• 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；
  
• 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；

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2. 网络通信协议

• 网络通信协议：通信协议是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；
  

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3. 协议分类

• 通信的协议还是比较复杂的，java.net 包中包含的类和接口，它们提供低层次的通信细节。我们可以直接使用这些类和接口，来专注于网络程序开发，而不用考虑通信的细节，java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持：

• TCP：传输控制协议 (Transmission Control Protocol）。TCP 协议是面向连接的通信协议，即传输数据之前，在发送端和接收端建立逻辑连接，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；

  • 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：
    • 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；
    • 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；
    • 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；
  • 整个交互过程如下图所示：
    
    ​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；

• UDP：用户数据报协议（User Datagram Protocol）。UDP 协议是一个面向无连接的协议。传输数据时，不需要建立连接，不管对方端服务是否启动，直接将数据、数据源和目的地都封装在数据包中，直接发送。每个数据包的大小限制在 64k 以内。它是不可靠协议，因为无连接，所以传输速度快，但是容易丢失数据。日常应用中,例如视频会议、QQ 聊天等；

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4. 网络编程三要素

a. 协议

• 协议：计算机网络通信必须遵守的规则，已经介绍过了，不再赘述；

b. IP地址

• 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”；
• IP 地址分类：
  • 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：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；
• 常用命令：
  • 查看本机 IP 地址，在控制台输入：ipconfig；
  • 检查网络是否连通，在控制台输入：ping 空格 IP地址 ping 220.181.57.216 ping www.baidu.com；
• 特殊的 IP 地址：
  • 本机 IP 地址：127.0.0.1、localhost；

c. 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 0 ~ 65535。其中，0 ~ 1023 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；
• 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；
• 在 Java 中，可以使用 java.net.InetAddress 类来表示一个IP地址：

import java.net.InetAddress;

/**
 * InetAddress类概述
 * 一个该类的对象就代表一个IP地址对象。
 * <p>
 * InetAddress类成员方法
 * static InetAddress getLocalHost()
 * 获得本地主机IP地址对象
 * static InetAddress getByName(String host)
 * 根据IP地址字符串或主机名获得对应的IP地址对象
 * <p>
 * String getHostName();获得主机名
 * String getHostAddress();获得IP地址字符串
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获得本地主机IP地址对象
        InetAddress inet01 = InetAddress.getLocalHost();
        // pkxingdeMacBook-Pro.local/10.211.55.2
        // 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("192.168.73.97");
        InetAddress inet02 = InetAddress.getByName("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);
    }
}