【JavaSE基础】09-网络编程

文章目录

网络模型
- TCP/IP 模型
- TCP/IP 协议
网络通讯三要素
- IP地址
- 端口
- 传输协议
Java中的网络支持
- InetAddress
- - 类描述
  - 方法描述
- URL
- - 类描述
  - 方法描述
- TCP 编程
- - Socket 通信
  - 服务器
  - 客户端
  - 多线程服务器
  - TCP服务器客户端通信原理图解
- UDP 编程
- - 简述
  - 相关操作类
  - - DatagramPocket 类：表示数据报包
    - DatagramSocket 类：实现端到端通信
  - 接收端(服务器)
  - 发送端(客户端)
  - UDP 发送接收图解
- 总结
- - 重点
  - 经验和技巧

网络模型

OSI 参考模型：ISO 国际标准化组织定义的模型，是一种通讯层次的划分。

TCP/IP 参考模型：目前最为主流的网络模型。

网络模型 7 层概述：

物理层：主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流（就是由1、0转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后在转化为1、0，也就是我们常说的数模转换与模数转换）。这一层的数据叫做比特。
数据链路层：主要将从物理层接收的数据进行MAC地址（网卡的地址）的封装与解封装。常把这一层的数据叫做帧。在这一层工作的设备是交换机，数据通过交换机来传输。
网络层：主要将从下层接收到的数据进行IP地址（例192.168.0.1)的封装与解封装。在这一层工作的设备是路由器，常把这一层的数据叫做数据包。
传输层：定义了一些传输数据的协议和端口号（WWW端口80等），如：TCP（传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据），UDP（用户数据报协议，与TCP特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的）。主要是将从下层接收的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段。
会话层：通过传输层（端口号：传输端口与接收端口）建立数据传输的通路。主要在你的系统之间发起会话或者接受会话请求（设备之间需要互相认识可以是IP也可以是MAC或者是主机名）
表示层：主要是进行对接收的数据进行解释、加密与解密、压缩与解压缩等（也就是把计算机能够识别的东西转换成人能够能识别的东西（如图片、声音等）。
应用层：主要是一些终端的应用，比如说FTP（各种文件下载），WEB（IE浏览），QQ之类的（可以把它理解成我们在电脑屏幕上可以看到的东西．就是终端应用）。

TCP/IP 模型

TCP/IP 协议

TcpIp 协议是目前世界上应用最为广泛的协议
- 是以 TCP 和 IP 为基础的不同侧次上多个协议的集合
- 也叫：TcpIp协议族或 TcpIp 协议栈
Tcp ：Transmission Control Protocol 传输控制协议
IP ：Internet Protocol 互联网协议

网络通讯三要素

IP地址
端口
传输协议

IP地址

定义：为了实现网络中不同计算机之间的通信，每台计算机都必须有一个唯一标识–IP地址。

格式：目前使用较多的 IPv4 格式的 IP地址：由四组范围在 0-255 的数字组成，中间使用 . 分割，eg：127.0.0.1

IPv6 是 IPv4 的扩展，提供了更大范围的标识。

主机名/域名：为了解决 IP 地址不便记忆的问题，使用主机名/域名为 IP地址提供了别名，eg：本机回环地址 127.0.0.1 的主机名为 localhost。注意：主机名/域名可重复表示不同的 IP地址，亦即是：主机名/域名和 IP地址是一对多的关系。

A. 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。
但是呢，我们配置的IP地址确不是二进制的，为什么呢?

IP：192.168.1.100
换算：11000000 10101000 00000001 01100100

假如真是：11000000 10101000 00000001 01100100的话。
我们如果每次再上课的时候要配置该IP地址，记忆起来就比较的麻烦。
所以，为了方便表示IP地址，我们就把IP地址的每一个字节上的数据换算成十进制，然后用.分开来表示： “点分十进制”

B. 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（校园网）
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（最常见）公司
一个网络号：256

C. IP地址的分类：

A类 1.0.0.1—127.255.255.254 （美地占用，国内三个：政府、电信、军工）
- (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，可能公司的局域网)
- (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 （校园网）
- 172.16.0.0—172.31.255.255是私有地址（公司不常用）。169.254.X.X是保留地址。
C类 192.0.0.1—223.255.255.254 （最常见）
- 192.168.X.X是私有地址 （局域网中使用，比如本机地址是：192.168。1.103）
D类 224.0.0.1—239.255.255.254
E类 240.0.0.1—247.255.255.254

D. 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

E. 特殊的IP地址：

127.0.0.1 回环地址，可用于测试本机的网络是否有问题. ping 127.0.0.1
x.x.x.255 广播地址
x.x.x.0 网络地址

端口

定义：用于区分计算机上的不同应用程序
范围：0-65535，其中 0-1024 为系统保留端口。
Socket ：IP地址和端口号组成了Socket，Socket是网络上的程序之间双向通信链路的终结点/终端，是TCP和UDP的基础。

类比电话号码的主机号和分机号：

021-50215021 是二工大主机
021-50215021 转 7729 学生处
021-50215021 转 7723 财务处

默认端口号：
- HTTP：80
- FTP：21
- Telnet：23
小案例：公司不可使用 QQ 原理：防火墙禁掉 QQ的端口号，进而禁止 QQ 传输数据。

传输协议

定义：通讯的统一规则
常见协议：
- TCP 协议：（三次握手协议）
  - 需要建立连接，形成传输数据的通道
  - 连接中，可进行大量数据的传输，不受限制
  - 三次握手完成确认连接，可靠协议
  - 必须建立连接，效率会降低（相对UDP）
- UDP 协议：（不可靠协议）
  - 不需要建立连接。将数据源和目的地封装到数据报中。
    - 类比平信（接收方不知道有发送；发送方不知道接收方是否接收）
  - 每个数据报限制在 64 KB
  - 不需要建立连接，是不可靠协议
  - 不需要建立连接，效率较高（相对TCP）

Java中的网络支持

针对网络层次的不同，Java提供的网络功能有四大类：

InetAddress ：用于标识网络上的资源
URL ：统一资源定位符通过URL可以直接读取或写入网络上的数据
Socket ：使用TCP协议实现网络通信的Socket相关的类
Datagram ：使用UDP协议，将数据存在数据报中，通过网络进行通信

InetAddress

类描述

InetAddress 用于标识网络上的硬件资源，表示互联网协议（IP）地址

IP 地址是 IP 使用的 32 位或 128 位无符号数字，它是一种低级协议，UDP 和 TCP 协议都是在它的基础上构建的。InetAddress 的实例包含 IP 地址，还可能包含相应的主机名（取决于它是否用主机名构造或者是否已执行反向主机名解析）。

反向名称解析 意味着对于任何 IP 地址，都返回与 IP 地址关联的主机。

InetAddress 类提供将主机名解析为其 IP 地址（或反之）的方法。

方法描述

无构造方法，为了安全性。

使用一次下方法创建一个或一组 InetAddress 实例：推荐 getByName()，时而使用**getLocalHost()**

public static InetAddress getLocalHost() throws UnknownHostException 使用本地主机创建一个 InetAddress 对象，返回的主机名是 本地计算机名称
public static InetAddress getByAddress(byte[] addr) throws UnknownHostException 使用长度为 4 的字节数组表示的 IP 地址创建 InetAddress 对象
public static InetAddress getByAddress(String host, byte[] addr) throws UnknownHostException 指定主机名（自定义）和IP地址，创建一个 InetAddress 对象
public static InetAddress getByName(String host) throws UnknownHostException 使用指定主机名或 IP 地址或者本机回环地址或者本机计算机名创建一个 InetAddress ，默认 IP地址创建时，主机名使用 IP地址表示
public static InetAddress[] getAllByName(String host) throws UnknownHostException 使用指定的主机名，创建一组 InetAddress 对象。根据主机名和 IP 地址的多对一关系。

常用方法：

public String getHostName() Gets the host name for this IP address.
public byte[] getAddress() Returns the raw IP address of this InetAddress object.
public String getHostAddress() Returns the IP address string in textual presentation.（文本表示）
public String toString() 返回的是 getHostName+'/'+getHostAddress

可能需要配合的方法：Arrays 的 toString 方法，String类的 getBytes方法

URL

类描述

URL （Uniform Resource Locator）统一资源定位符，表示Internet上某一资源的地址

URL 由两部分组成：协议名称和资源名称，中间使用冒号隔开

在 java.net 中提供了 URL类来表示 URL

类 URL 代表一个统一资源定位符，它是指向互联网“资源”的指针。资源可以是简单的文件或目录，也可以是对更为复杂的对象的引用，例如对数据库或搜索引擎的查询。

绝对URL主要组成部分：必选的协议、主机名、端口号(不主动提供时，使用默认端口号)、资源路径(文件名称)，可选内容

URL 后面可能还跟有一个“片段”，也称为“引用”，或者 “锚点”。该片段由井字符 “#” 指示，后面跟有更多的字符。例如： http://java.sun.com/index.html#chapter1
从技术角度来讲，URL 并不需要包含此片段。但是，使用此片段的目的在于表明，在获取到指定的资源后，应用程序需要使用文档中附加有 chapter1 标记的部分内容。标记的含义取决于资源，例如对于HTML页面来说，可能是一个页面内的链接，指定页面的特定内容。

例如：http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/lang/Integer.html#MIN_VALUE
锚点指示内容是 Integer 的最大值字段属性在Integer.html页面中的位置

相对 URL 不需要指定 URL 的所有组成部分。如果缺少协议、主机名称或端口号，这些值将从完整指定的 URL 中继承。但是，必须指定文件部分。可选的片段部分不继承。

URL 类自身并不根据 RFC2396 中定义的转义机制编码或解码任何 URL 部分。它不会识别同一 URL 的对等编码和解码形式。

例如，对于这两个 URL：http://foo.com/hello world/ 和 http://foo.com/hello%20world 将被视为互不相等。

注意，URI 类在某些特定情况下对其组成字段执行转义。建议使用 URI 管理 URL 的编码和解码，并使用 toURI() 和 URI.toURL() 实现这两个类之间的转换。

方法描述

从该类的构造方法中就可以很容易知道，URL 的组成部分：推荐使用 URL(String spec)

URL(String spec) 根据 String 表示形式创建 URL 对象。
eg ： new URL(“http://static.rupeng.com/static/imgs/logo-1.png”)
URL(String protocol, String host, int port, String file) 根据指定 protocol、host、port 号和 file 创建 URL 对象。
eg ： new URL(“http”,“static.rupeng.com”,“80”,“static/imgs/logo-1.png”);
URL(String protocol, String host, String file) 根据指定的 protocol 名称、host 名称和 file 名称创建 URL。 使用默认端口
URL(URL context, String spec) 通过在指定的上下文中对给定的 spec 进行解析创建 URL。 使用相对 URL：协议、主机名、端口可继承 context 。可选片段不可继承。

常用方法：

获取协议：public String getProtocol()
获取主机名：public String getHost()
获取端口：public int getPort() 返回 -1 表示未提供，使用默认端口
获取文件路径：public String getPath()
获取文件名：public String getFile()
获取锚点/片段：public String getRef()
获取查询字符串：public String getQuery()
获取用户信息：public String getUserInfo()
返回 null ，表示该部分不存在

TCP 编程

TCP 协议是面向连接的，可靠的，有序的，以字节流方式发送数据

基于 TCP 实现网络通信的类：

客户端的 Socket类
服务器端的 ServerScocket类

Socket 通信

回顾：IP地址和端口号组成了Socket。

Socket 通信步骤：

创建 ServerSocket 和 Socket 对象
打开、连接到Socket的输入输出流
按照协议对Socket进行读写操作
关闭输入输出流和Socket对象

服务器

创建 ServerSocket 对象，绑定监听借口（避免 0-1023）
通过 accept() 方法监听客户端的请求
连接建立之后，通过输入流读取客户端发送的请求信息
通过输出流向客户端发送响应信息
关闭相关资源

ServerSocket 类

类描述：
此类实现服务器套接字。服务器套接字等待请求通过网络传入。它基于该请求执行某些操作，然后可能向请求者返回结果。

服务器套接字的实际工作由 SocketImpl 类的实例执行。应用程序可以更改创建套接字实现的套接字工厂来配置它自身，从而创建适合本地防火墙的套接字。
常用方法：
- 构造器：常用推荐 ServerSocket(int port)
  - ServerSocket() 创建非绑定服务器套接字。
  - ServerSocket(int port) 创建绑定到特定端口的服务器套接字。
  - ServerSocket(int port, int backlog) 利用指定的 backlog 创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号。
  - ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) 使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 IP 地址创建服务器。
- 监听功能
  - public Socket accept() throws IOException 监听客户端的连接，返回的客户端套接字对象（是有一个阻塞方法）
- 绑定功能
  - public void bind(SocketAddress endpoint) throws IOException 将 ServerSocket 绑定到特定地址（IP地址和端口号）
- 获取功能
  - public int getLocalPort() 获取端口号，-1表示未指定，使用默认端口。
  - public InetAddress getInetAddress() 获取 IP 地址的对象
  - public SocketAddress getLocalSocketAddress 获取套接字地址对象，包括 getLocalPort 和 getInetAddress 的内容
- 关闭功能
  - public void close() throws IOException 关闭套接字

客户端

创建 Scoket 对象，指明需要连接的服务器的IP地址和端口号
连接建立后，通过输出流向服务器发送请求信息
通过输入流获取服务器的响应信息
关闭相关资源

Scoket 类：

类描述：
此类实现客户端套接字（也可以就叫“套接字”）。套接字是两台机器间通信的端点/终结点。

套接字的实际工作由 SocketImpl 类的实例执行。应用程序通过更改创建套接字实现的套接字工厂可以配置它自身，以创建适合本地防火墙的套接字。
常用方法：
- 构造器：
  - Socket() 通过系统默认类型的 SocketImpl 创建未连接套接字
  - Socket(InetAddress address, int port) 创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。
  - Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort) 创建一个套接字并将其连接到指定远程地址上的指定远程端口。
  - Socket(String host, int port) 创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。
  - Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort) 创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口。
  - localPort 客户端端口，port 远程服务器端口
- 连接功能：
  - public void connect(SocketAddress endpoint) throws IOException将此套接字连接到服务器
- 绑定功能
  - public void bind(SocketAddress bindpoint) throws IOException 将此套接字链接到本地地址
- 读写功能
  - public InputStream getInputStream() throws IOException 返回此套接字的输入流。
  - public OutputStream getOutputStream() throws IOException 返回此套接字的输出流。
- 获取功能
  - 本地获取
  - public int getLocalPort() 获取端口号，-1表示未指定，使用默认端口。
  - public InetAddress getLocalAddress() 获取 IP 地址的对象
  - public SocketAddress getLocalSocketAddress 获取套接字地址对象，包括 getLocalPort 和 getLocalAddress 的内容
  - 远程获取
  - public int getPort() 获取远程服务器端口号，-1表示未指定，使用默认端口。
  - public InetAddress getInetAddress() 获取远程 IP 地址的对象
  - public SocketAddress getRomoteSocketAddress 获取远程套接字地址对象，包括 getPort 和 getInetAddress 的内容
- 关闭功能
  - public void shutdownInput() 此套接字的输入流置于“流的末尾”。之后再访问时，返回 EOF ，可用于结束阻塞，从而停止客户端。
  - public void shutdownOutput() 禁用此套接字的输出流。再输出时，抛出 IOException 异常。

多线程服务器

应用多线程实现服务器和多客户端之间的通信

基本步骤：

服务器创建 ServerSocket ，循环调用 accept() 监听（while(true)）客户端的连接
客户端启动时，创建一个socket 请求和服务器连接
服务器接受客户端的连接请求，创建 socket 与该客户端建立专线连接
建立连接的两个 socket 在一个单独的线程上对话
服务器端继续等待新的连接

TCP服务器客户端通信原理图解

UDP 编程

简述

进行数据传输时，首先需要将要传输的数据定义成数据报（Datagram），在数据报中指明数据所要到达的 Socket （IP地主和端口号），然后将数据报发送过去。

接收端(服务器)

创建 DatagramSocket，指定端口号
创建 DatagramPacket，接受客户端发送的数据信息
读取数据
创建缓冲字节数组，构造数据报对象，相应客户端数据信息，需要的IP地址和端口号，通过接受到的数据报获取
写会数据

发送端(客户端)

定义发送内容
创建数据报，包含要发送的内容和远程服务器的IP地址和端口号
创建DatagramSocket
发送数据
创建新的数据报对线
接受服务器相应信息

UDP 发送接收图解

总结

重点

Socket 通信原理
基于TCP的Socket通信

经验和技巧

多线程优先级
未设置优先级可能会导致运行时速度非常慢，可适量提高优先级。 eg ： thread。setPriority=4（默认优先级是 5）

是否关闭输入输出流
对于同一个 Socket，如果关闭了流，将导致和流相关的 Socket 也会关闭，所以一般不关闭流，直接关闭 Socket 对象即可。
使用 TCP 通信传输对象
Socket 编程创递文件