Java学习——网络编程

网络编程

笔记内容：

• 网络编程概述
• 网络编程三要素
• UDP编程
• TCP编程

网络编程概述：

计算机网络

是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。

网络编程

就是用来实现网络互连的==不同计算机上==运行的程序间可以进行数据交换。

网络模型：

计算机网络之间以何种规则进行通信，就是网络模型研究问题。

网络模型一般是指

    OSI（Open System Interconnection开放系统互连）参考模型
    TCP/IP参考模型

网络参考模型图

网络编程三要素

1. IP地址:InetAddress
   网络中设备的标识，不易记忆，可用主机名
2. 端口号
   用于标识进程的逻辑地址，不同进程的标识
3. 传输协议
   通讯的规则
   常见协议：TCP，UDP

IP地址

要想让网络中的计算机能够互相通信，必须为每台计算机指定==一个标识号==，通过这个标识号来指定要接受数据的计算机和识别发送的计算机，在TCP/IP协议中，这个标识号就是IP地址。

计算机只能识别二进制的数据，所以我们的IP地址应该是一个二进制的数据，但是我们配置的IP地址不是二进制的，为了方便表示IP地址，所以我么们把IP地址上的每一个字节上的数据换算成十进制，然后用 “ ， ”分开表示，这个方法被成为“点分十进制”

IP的组成： 网络号段+主机号段

IP地址的分类：

IP地址的组成：网络号段+主机号段
A类：第一号段为网络号段+后三段的主机号段
一个网络号：256256256 = 16777216
B类：前二号段为网络号段+后二段的主机号段
一个网络号：256*256 = 65536
C类：前三号段为网络号段+后一段的主机号段
一个网络号：256
IP地址的分类：
A类 1.0.0.1---127.255.255.254 (1)10.X.X.X是私有地址(私有地址就是在互联网上不使用，而被用在局域网络中的地址) (2)127.X.X.X是保留地址，用做循环测试用的。
B类 128.0.0.1---191.255.255.254 172.16.0.0---172.31.255.255是私有地址。169.254.X.X是保留地址。
C类 192.0.0.1---223.255.255.254 192.168.X.X是私有地址
D类 224.0.0.1---239.255.255.254
E类 240.0.0.1---247.255.255.254

两个DOS命令：

    ipconfig 查看本机ip地址
    ping 后面跟ip地址。测试本机与指定的ip地址间的通信是否有问题

特殊的IP地址：

    127.0.0.1 回环地址(表示本机)
    x.x.x.255 广播地址
    x.x.x.0 网络地址

那么，我们如果获取和操作IP地址呢？
为了方便我们对IP地址的获取和操作，java提供了一个类InetAddress 供我们使用。

MAC地址：（身份证号）：

网卡的硬件标识

InetAddress类的使用

没有构造方法，那么如何使类提供的功能呢？
要掌握的功能：
static InetAddress getByName(String host):根据主机名或者IP地址的字符串表示得到IP地址对象
获取主机名：getHostName()
获取主机Ip地址：getHostAddress()

public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        // public static InetAddress getByName(String host)
        // InetAddress address = InetAddress.getByName("liuyi");
        // InetAddress address = InetAddress.getByName("192.168.12.92");
        InetAddress address = InetAddress.getByName("192.168.12.63");

        // 获取两个东西：主机名，IP地址
        // public String getHostName()
        String name = address.getHostName();
        // public String getHostAddress()
        String ip = address.getHostAddress();
        System.out.println(name + "---" + ip);
    }

端口号

物理端口 网卡口

逻辑端口 我们指的就是逻辑端口

A:每个网络程序都会至少有一个逻辑端口
B:用于标识进程的逻辑地址，不同进程的标识
C:有效端口：0~65535，其中0~1024系统使用或保留端口。

协议UDP和TCP

UDP

将数据源和目的==封装成数据包==中，不需要建立连接；每个数据报的大小在限制在64k；因无连接，是不可靠协议；不需要建立连接，速度快

TCP

建立连接，形成传输数据的通道，在连接中进行大数据量传输；通过三次握手完成连接，是可靠协议；必须建立连接，效率会稍低

总结:

UDP:

• 面向无连接。
• 不可靠。
• 速度快。
• 将数据封包传输，数据包最大64k。
  举例：
  聊天留言，在线视频，视频会议，发短信，邮局包裹。

TCP:

• 面向连接(建立连接通道)。
• 数据无限制
• 安全可靠

• 效率稍低。

• 通过三次握手确保连接的建立。
  举例：
  下载，打电话，
  

Socket

Socket编程，网络编程，套接字编程都是一样的。

Socket套接字：

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。
Socket包含了： IP地址+端口号

Socket原理机制：

• 通信的两端都有Socket。
• 网络通信其实就是Socket间的通信。
• 数据在两个Socket间通过IO传输。

Scoket通信原理图解：

UDP传输

• DatagramSocket：此类表示用来发送和接收数据报包的套接字。

• DatagramPacket:此类表示数据报包。

• 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。

• 发送端与接收端是两个独立的运行程序。

UDP协议发送和接收数据图解

UDP传输-发送端思路

1. 建立udp的socket服务
2. 将要发送的数据封装成数据包
3. 通过udp的socket服务,将数据包发送出
4. 关闭资源

public static void main(String[] args) throws IOException {
       //1.创建发送端Socket对象
    //发送端的Socket对象不需要指定端口
       DatagramSocket ds=new DatagramSocket();
       //2.创建数据，并把数据打包
       byte[] bytes="hello,java".getBytes();
       //长度
       int length=bytes.length;
       //IP地址对象
       InetAddress address=InetAddress.getByName("z-atu-72");
       //端口
       int port=10086;
       DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes,length,address,port);
       //3.调用Socket对象的发送方法发送数据包
       ds.send(dp);
       //4.释放资源
       ds.close();


   }

代码优化：

public class SendDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建发送端的Socket对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

        // 创建数据并打包
        byte[] bys = "helloworld".getBytes();
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length,
        InetAddress.getByName("192.168.12.92"), 12345);
        // 发送数据
        ds.send(dp);
        // 释放资源
        ds.close();
    }
}

UDP传输-接收端思路：

1. 创建UDP接收端的Socket对象
2. 创建数据包用于接收数据
3. 调用Socket对象的接收方法接收数据
4. 解析数据包
5. 释放资源

import java.io.IOException;
import java.net.*;

public class SendDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建发送端Socket对象
        DatagramSocket ds=new DatagramSocket();
        //2.创建数据，并把数据打包
        byte[] bytes="hello,java".getBytes();
        //长度
        int length=bytes.length;
        //IP地址对象
        InetAddress address=InetAddress.getByName("z-atu-72");
        //端口
        int port=10086;
        DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes,length,address,port);
        //3.调用Socket对象的发送方法发送数据包
        ds.send(dp);

        //4.释放资源
        ds.close();
    }
}

代码的优化：

public class ReceiveDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建接收端的Socket对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(12345);

        // 创建一个包裹
        byte[] bys = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length);

        // 接收数据
        ds.receive(dp);

        // 解析数据
        String ip = dp.getAddress().getHostAddress();
        String s = new String(dp.getData(), 0, dp.getLength());
        System.out.println("from " + ip + " data is : " + s);

        // 释放资源
        ds.close();
    }
}

注意：

多次启动接受端会报java.net.BindException：Address already in use:Cannot bind 异常，表示端口别占用

UDP案例

从键盘录入数据进行发送，如果输入的是886那么客户端就结束输入数据。

TCP传输

Socket和ServerSocket
建立客户端和服务器端
建立连接后，通过Socket中的IO流进行数据的传输
关闭socket
同样，客户端与服务器端是两个独立的应用程序。

TCP传输-客户端思路：

Socket 客户端Socket套接字

1:建立客户端的Socket服务,并明确要连接的服务器。 （这一步如果创建成功，就说明连接已经创建成功）
2:如果连接建立成功,就表明,已经建立了数据传输的通道.就可以在该通道通过IO进行数据的读取和写入.该通道称为Socket流,Socket流中既有读取流,也有写入流.
3:通过Socket对象的方法,可以获取这两个流
4:通过流的对象可以对数据进行传输
5:如果传输数据完毕,关闭资源

/*
 * TCP协议发送数据：
 * A:创建发送端的Socket对象
 *      这一步如果成功，就说明连接已经建立成功了。
 * B:获取输出流，写数据
 * C:释放资源
 * 
 * 连接被拒绝。TCP协议一定要先开启服务器。
 * java.net.ConnectException: Connection refused: connect
 */
public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建发送端的Socket对象
        // Socket(InetAddress address, int port)
        // Socket(String host, int port)
        // Socket s = new Socket(InetAddress.getByName("192.168.12.92"), 8888);
        Socket s = new Socket("192.168.12.92", 8888);

        // 获取输出流，写数据
        // public OutputStream getOutputStream()
        OutputStream os = s.getOutputStream();
        os.write("hello,tcp,我来了".getBytes());

        // 释放资源
        s.close();
    }
}

TCP传输-服务器端思路

ServerSocket 服务端Socket套接字

1:建立服务器端的socket服务，需要一个端口，
2:服务端没有直接流的操作,而是通过accept方法获取客户端对象，在通过获取到的客户端对象的流和客户端进行通信
3:通过客户端的获取流对象的方法,读取数据或者写入数据
4:如果服务完成,需要关闭客户端,然后关闭服务器，但是,一般会关闭客户端,不会关闭服务器,因为服务端是一直提供服务的

TCP传输案例

服务器给客户端反馈

客户端键盘录入，服务器输出到控制台

客户端键盘录入，服务器输出文本文件

客户端文本文件，服务器输出到控制台

客户端文本文件，服务器输出文本文件

上传图片案例

服务器的代码用线程进行封装，这样可以模拟一个同时接收多人上传文件的服务器。(用循环也可以但是效率低，是单线程的程序)

TCP协议发送和接收数据图解

TCP传输容易出现的问题

客户端连接上服务端，两端都在等待，没有任何数据传输。
通过例程分析：
因为read方法或者readLine方法是阻塞式。
解决办法：
自定义结束标记
使用shutdownInput，shutdownOutput方法。