计算机网络，网络模型，TCP/UDP协议，InetAddress类，基于TCP的网络编程（JAVA基础十四）

一、什么是网络

1.1 概念

由点和线构成，表示诸多对象间的相互联系。

1.2 计算机网络

为实现资源共享和信息传递，通过通信线路连接起来的若干主机（Host）。

常见计算机网络：

• 互联网：（Internet）点与点相连。
• 万维网：（WWW – World Wide Web）端与端相连。
• 物联网：（ IoT - Internet of things） 物与物相连。
• 网络编程：让计算机与计算机之间建立连接、进行通信。 ip port

1.3 网络模型【重点】

1.3.1 OSI参考模型

OSI（Open System Interconnect），即开放式系统互联。

• 是ISO组织在1985年研究的网络互联模型。
• 该体系结构标准定义了网络互联的七层框架（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层）。

每层功能：

• 第七层：应用层负责文件访问和管理、可靠运输服务、远程操作服务。（HTTP、FTP、SMTP）。
• 第六层：表示层负责定义转换数据格式及加密，允许选择以二进制或ASCII格式传输。
• 第五层：会话层负责使应用建立和维持会话，使通信在失效时继续恢复通信。（断点续传）。
• 第四层：传输层负责是否选择差错恢复协议、数据流重用、错误顺序重排。（TCP、UDP）。
• 第三层：网络层负责定义了能够标识所有网络节点的逻辑地址。（IP地址）。
• 第二层：链路层在物理层上，通过规程或协议（差错控制）来控制传输数据的正确性。（MAC）。
• 第一层：物理层为设备之间的数据通信提供传输信号和物理介质。（双绞线、光导纤维）。

1.3.2 TCP/IP模型

• TCP/IP模型是因特网使用的参考模型，基于TCP/IP的参考模型将协议分成四个层次。
• 该模型中最重要的两个协议是TCP和IP协议。

每层功能：

• 第四层：应用层负责传送各种最终形态的数据，是直接与用户打交道的层，典型协议是HTTP、FTP等。
• 第三层：传输层负责传送文本数据，主要协议是TCP、UDP协议。
• 第二层：网络层负责分配地址和传送二进制数据，主要协议是IP协议。
• 第一层：接口层负责建立电路连接，是整个网络的物理基础，典型的协议包括以太网、ADSL等等。

二、常见协议

2.1 TCP【重点】

TCP协议：Transmission Control Protocol 传输控制协议：

• 是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。数据大小无限制。建立连接的过程需要三次握手，断开连接的过程需要四次挥手。

三次握手：

TCP 提供面向有连接的通信传输。面向有连接是指在数据通信开始之前先做好两端之间的准备工作。

所谓三次握手是指建立一个 TCP 连接时需要客户端和服务器端总共发送三个包以确认连接的建立。在 socket 编程中，这一过程由客户端执行 connect 来触发

四次挥手：

四次挥手即终止 TCP 连接，就是指断开一个 TCP 连接时，需要客户端和服务端总共发送 4 个包以确认连接的断开。在 socket 编程中，这一过程由客户端或服务端任一方执行 close 来触发。

2.2 UDP

UDP协议：User Datagram Protocol 用户数据报协议：

• 是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，每个包的大小64KB。

包的术语：

TCP协议可靠性：

TCP 滑动窗口

2.3 IP

IP协议：Internet Protocol Address 互联网协议地址/网际协议地址：

• 分配给互联网设备的数字标签（唯一标识）。

IP地址版本：

• IPV4：4字节32位整数，并分成4段8位的二进制数，每8位之间用圆点隔开，每8位整数可以转换为一个0~255的十进制整数。
  格式：D.D.D.D 例如：255.255.255.255
• IPV6：16字节128位整数，并分成8段十六进制数，每16位之间用圆点隔开，每16位整数可以转换为一个0~65535的十进制数。
  ​ 格式：X.X.X.X.X.X.X.X 例如：FFFF.FFFF.FFFF.FFFF.FFFF.FFFF.FFFF.FFFF

IP地址分类：

• A类：政府机构，1.0.0.1 ~ 126.255.255.254
• B类：中型企业，128.0.0.1 ~ 191.255.255.254
• C类：个人用户，192.0.0.1 ~ 223.255.255.254
• D类：用于组播，224.0.0.1 ~ 239.255.255.254
• E类：用于实验，240.0.0.1 ~ 255.255.255.254
• 回环地址：127.0.0.1，指本机，一般用于测试使用。

查看IP命令：ipconfig / ifconfig
测试IP命令：ping D.D.D.D

2.4 端口号

端口号：在通信实体上进行网络通讯的程序的唯一标识。
端口分类：

• 公认端口：0~1023
• 注册端口：1024~49151
• 动态或私有端口：49152~65535

常用端口：

• MySql：3306
• Oracle：1521
• Tomcat：8080
• SMTP：25
• Web服务器：80
• FTP服务器：21

三、InetAddress类

概念：表示互联网协议（IP）地址对象，封装了与该IP地址相关的所有信息，并提供获取信息的常用方法。

常见方法：

方法名	描述
public static InetAddress getLocalHost()	获得本地主机地址对象
public static InetAddress getByName(String host)	根据主机名称获得地址对象
public static InetAddress[] getAllByName(String host)	获得所有相关地址对象
public String getHostAddress()	获取IP地址字符串
public String getHostName()	获得IP地址主机名

案例演示：

import java.net.InetAddress;

/**
 * 演示InetAddress类的使用
 * (1)创建本机IP地址对象
 * (2)创建局域网IP地址对象
 * (3)创建外网IP地址对象
 */
public class Demo1 {
    
    
	public static void main(String[] args) throws Exception{
    
    
	        //1创建本机IP地址对象
        //1.1getLocalhost()方法  -- 获得本地主机地址对象 Local 本地 host 主机
        InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
        //2.getHostAddress-ip地址   getHostName():主机名
        System.out.println(localHost.getHostAddress() + " "+localHost.getHostName());

        //1.2getByName("ip地址");
        InetAddress byNameAddress = InetAddress.getByName("10.70.20.80");
        System.out.println(byNameAddress.getHostAddress() + " "+byNameAddress.getHostName());

        //1.3getByName("127.0.0.1");
        InetAddress byName = InetAddress.getByName("10.70.20.20");
        System.out.println(byName.getHostAddress()+ " "+ byName.getHostName());
        int i = Runtime.getRuntime().exec("ping  " + byName.getHostName()).waitFor();
        System.out.println(i==0);

        InetAddress[] allByName = InetAddress.getAllByName("127.0.0.1");
        for (InetAddress inetAddress : allByName) {
    
    
            System.out.println(inetAddress.getHostName());
        }

        System.out.println("=================");
        //1.4getByName("localhost");
        InetAddress localhost = InetAddress.getByName("www.lcw.com");
        System.out.println(localHost.getHostAddress()+" "+localHost.getHostName());

        //2创建局域网IP地址对象
        InetAddress byName1 = InetAddress.getByName("192.168.31.128");
        System.out.println(byName1.getHostAddress()+" "+byName1.getHostName());

        //3创建外网IP地址对象 www.baidu.com isReachable
        InetAddress byName2 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
        System.out.println(byName2.getHostAddress()+" "+byName2.getHostName());

        InetAddress[] allByName1 = InetAddress.getAllByName("www.baidu.com");
        for (InetAddress inetAddress : allByName1) {
    
    
            System.out.println(inetAddress.getHostAddress()+" "+inetAddress.getHostName());
        }
	}
}

四、基于TCP的网络编程【重点】

Socket编程：

• Socket（套接字）是网络中的一个通信节点。
• 分为客户端Socket与服务器ServerSocket。
• 通信要求：IP地址 + 端口号。

开发步骤：

• 建立通信连接（会话）：服务器
  • 创建ServerSocket，指定端口号。
  • 调用accept等待客户端接入。
• 客户端请求服务器：
  • 创建Socket，指定服务器IP + 端口号。
  • 使用输出流，发送请求数据给服务器。
• 使用输入流，接收响应数据到客户端（等待）
  • 服务器响应客户端。
  • 使用输入流，接收请求数据到服务器（等待）。
  • 使用输出流，发送响应数据给客户端。

案例演示1：TCP编程实现客户端发送数据给服务器端

public class TcpServer {
    
    
	public static void main(String[] args) throws Exception{
    
    
		//1 创建ServerSocket 并指定端口号
		ServerSocket listener=new ServerSocket(8899);
		//2 调用accept(),接收客户端请求,阻塞方法(如果没有客户端请求，则阻塞)
		System.out.println("服务器已启动...");
		Socket socket=listener.accept();
		//3 获取输入流，读取客户端发送的数据
		InputStream is=socket.getInputStream();
		BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(is,"utf-8"));
		String data=br.readLine();
		System.out.println("客户发送:"+data);
		//4 获取输出流，发送数据给客户端[可选]
		//5 关闭释放资源
		br.close();
		socket.close();
		listener.close();
	}
}

public class TcpClient {
    
    
	public static void main(String[] args) throws Exception{
    
    
		//1 创建客户端套接字，并指定服务器的地址和端口号
		Socket socket=new Socket("192.168.0.103", 8899);
		//2 获取输出流，发送数据给服务器
		OutputStream os=socket.getOutputStream();
		BufferedWriter bw=new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(os,"utf-8"));
		bw.write("好久不见");
		//3 获取输入流，读取服务器回复的数据[可选]
		//4 关闭释放资源
		bw.close();
		socket.close();
	}
}

案例演示2：TCP编程实现客户端上传文件给服务器端

public class TcpFileServer {
    
    
	public static void main(String[] args) throws Exception {
    
    
		//1创建ServerSocket
		ServerSocket listener=new ServerSocket(9999);
		//2侦听,接收客户端请求
		System.out.println("服务器已启动.........");
		Socket socket=listener.accept();
		//3获取输入流
		InputStream is=socket.getInputStream();
		//4边读取，边保存
		FileOutputStream fos=new FileOutputStream("d:\\002.jpg");
		byte[] buf=new byte[1024*4];
		int count=0;
		while((count=is.read(buf))!=-1) {
    
    
			fos.write(buf,0,count);
		}
		//5关闭
		fos.close();
		is.close();
		socket.close();
		listener.close();
		System.out.println("接收完毕");
	}
}

public class TcpFileClient {
    
    
	public static void main(String[] args) throws Exception {
    
    
		//1创建Socket
		Socket socket=new Socket("192.168.0.103", 9999);
		//2获取输出流
		OutputStream os=socket.getOutputStream();
		//3边读取文件，边发送
		FileInputStream fis=new FileInputStream("d:\\001.jpg");
		byte[] buf=new byte[1024*4];
		int count=0;
		while((count=fis.read(buf))!=-1) {
    
    
			os.write(buf,0,count);
		}
		//4关闭
		fis.close();
		os.close();
		socket.close();
		System.out.println("发送完毕");
	}
}

案例演示3：TCP实现多个客户端发送数据给服务器端

SocketThread类：

public class SocketThread extends Thread{
    
    

	private Socket socket;
	
	public SocketThread(Socket socket) {
    
    
		this.socket=socket;
	}
	@Override
	public void run() {
    
    
		if(socket!=null) {
    
    
			BufferedReader br=null;
			try {
    
    
				InputStream is = socket.getInputStream();
				br=new BufferedReader(new InputStreamReader(is,"utf-8"));
				while(true) {
    
    
					String data=br.readLine();
					if(data==null) {
    
    //客户端已经关闭
						break;
					}
					System.out.println(socket.getInetAddress()+"说:"+data);
					if(data.equals("886")||data.equals("byebye")) {
    
    
						break;
					}
				}	
				
			} catch (IOException e) {
    
    
				// TODO Auto-generated catch block
				//e.printStackTrace();
			}finally {
    
    
				try {
    
    
					br.close();
					socket.close();
					System.out.println(socket.getInetAddress()+"退出了...");
				} catch (IOException e) {
    
    
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				}
				
			}

		}
	}
}

TCPServer类：

public class TcpServer {
    
    
	public static void main(String[] args) throws Exception {
    
    
		//1创建ServerSocket
		ServerSocket listener=new ServerSocket(10086);
		//2调用accept(),接收客户端请求
		System.out.println("服务器已启动..........");
		while(true) {
    
    
			Socket socket=listener.accept();
			System.out.println(socket.getInetAddress()+"进来了.........");
			//创建线程对象，负责接收数据
			new SocketThread(socket).start();
		}
	}
}

TCPClient类：

public class TcpClient {
    
    
	public static void main(String[] args) throws Exception {
    
    
		//1创建Socket
		Socket socket=new Socket("192.168.0.103", 10086);
		//2获取输出流
		OutputStream os=socket.getOutputStream();
		BufferedWriter bw=new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(os,"utf-8"));
		//3控制输入
		Scanner input=new Scanner(System.in);
		while(true) {
    
    
			String data=input.nextLine();
			bw.write(data);
			bw.newLine();//发送换行符
			bw.flush();
			if(data.equals("886")||data.equals("byebye")) {
    
    
				break;
			}
		}
		//4关闭
		bw.close();
		socket.close();
	}
}