目录
一、网络通讯协议
1、概述
2、IP 地址和端口号
3、InetAddress 类
二、TCP 协议与 UDP 协议
1、TCP 协议
(1) 三次握手
(2) 四次挥手
2、UDP 协议
三、TCP 通信
1、ServerSocket 类(实现服务端)
2、Socket 类(实现客户端)
3、TCP 通信实例
四、UDP 通信
1、DatagramPacket 类
(1) 构造方法
(2) 常用方法
2、DatagramSocket 类
(1) 构造方法
(2) 常用方法
3、UDP 通信实例
五、TCP 和 UDP的区别
通过计算机网络可以实现多台计算机之间的连接通讯,这些连接和通讯的规则被称为网络通讯协议,它对数据的传输格式、传输速率、传输步骤等做了统一规定,通讯双方必须同时遵守才能完成数据交换。
网络通讯协议中使用最为广泛的是 TCP/IP 协议(包括 TCP 协议和 IP 协议),UDP 协议和其他一些协议的协议组。TCP/IP 协议的层次比较简单,在进行数据传输时,要求发送的数据与收到的数据完全一致,这时就要在原有的数据上添加很多信息,以保证数据在传输过程中格式完全一致,其分为四层,如图:
TCP/IP 协议中的四层分别是:链路层、网络层、传输层、应用层,每层分别负责不同的通讯功能,具体功能如下
要想使网络中的计算机能够进行通信,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接受数据的计算机或者发送数据的计算机。
在TCP/IP协议中,这个标识号就是IP地址,它可以唯一标识一台计算机,目前,IP地址广泛使用的版本是IPv4,它是由4个字节大小的二进制数来表示,如:00001010000000000000000000000001。由于二进制形式表示的IP地址非常不便记忆和处理,因此通常会将IP地址写成十进制的形式,每个字节用一个十进制数字(0-255)表示,数字间用符号“.”分开,如 “192.168.1.100”。
随着计算机网络规模的不断扩大,对IP地址的需求也越来越多,IPV4这种用4个字节表示的IP地址面临枯竭,因此IPv6 便应运而生了,IPv6使用16个字节表示IP地址,它所拥有的地址容量约是IPv4的8×1028倍,达到2128个(算上全零的),这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。
通过IP地址可以连接到指定计算机,但如果想访问目标计算机中的某个应用程序,还需要指定端口号。在计算机中,不同的应用程序是通过端口号区分的。端口号是用两个字节(16位的二进制数)表示的,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,用户的普通应用程序需要使用1024以上的端口号,从而避免端口号被另外一个应用或服务所占用。
两台计算机之间通过 IP 地址和端口号进行通讯关系如下图所示,位于网络中的一台源计算机可以通过 IP 地址去访问另一台目标计算机,再通过端口号访问目标计算机中的某个应用程序
在Java JDK中,提供了一个 InetAddress 类,该类用于封装一个 IP 地址,并提供了一系列与 IP 地址相关的方法,常用的方法有:
public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
//获取本地 InetAddress 对象
InetAddress host = InetAddress.getLocalHost();
System.out.println(host);
//获取指定主机 InetAddress 对象
InetAddress remote = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
System.out.println(remote);
//获取本机的 IP 地址的主机名和 IP 地址字符串
System.out.println(host.getHostName());
System.out.println(host.getHostAddress());
//获取百度的 IP 地址的主机名和 IP 地址字符串
System.out.println(remote.getHostName());
System.out.println(remote.getHostAddress());
}
TCP协议是面向连接的通信协议,即在传输数据前先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。在TCP连接中必须要明确客户端与服务器端,由客户端向服务端发出连接请求,每次连接的创建都需要经过“三次握手”,而断开连接需要经过“四次挥手”
由于TCP协议的面向连接特性,它可以保证传输数据的安全性,所以是一个被广泛采用的协议,例如在下载文件时,如果数据接收不完整,将会导致文件数据丢失而不能被打开,因此,下载文件时必须采用TCP协议
第一次握手主机A通过一个标识为SYN标识位的数据段发送给主机B请求连接,通过该数据段告诉主机B希望建立连接,需要B应答,并告诉主机B传输的起始序列号;第二次握手是主机B用一个确认应答ACK和同步序列号SYNC标识位的数据段来响应主机A,一是发送ACK告诉主机A收到了数据段,二是通知主机A从哪个序列号做标记;第三次握手是主机A确认收到了主机B的数据段并可以开始传输数据
即:
第一次挥手是主机A发送FIN控制位发出断开连接的请求;第二次挥手主机B进行响应,确认收到断开连接请求;第三次挥手主机B提出反方向关闭要求;第四次挥手主机A确认收到主机B的关闭连接请求
即:
UDP是无连接通信协议,即在数据传输时,数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说,当一台计算机向另外一台计算机发送数据时,发送端不会确认接收端是否存在,就会发出数据,同样接收端在收到数据时,也不会向发送端反馈是否收到数据。
由于使用UDP协议消耗资源小,通信效率高,所以通常都会用于音频、视频和普通数据的传输例如视频会议都使用UDP协议,因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包,也不会对接收结果产生太大影响。
但是在使用UDP协议传送数据时,由于UDP的面向无连接性,不能保证数据的完整性,因此在传输重要数据时不建议使用UDP协议。
TCP 通信,实现两台计算机之间的通信,通信的两端都要创建 socket 对象,在通信时,严格区分客户端与服务端,遵从“三次握手”和“四次挥手”原则,先由客户端去连接服务器才能实现通信,服务端不可以主动连接客户端,并且服务端程序需要事先启动,等待客户端的连接。在Java JDK中提供了两个类用于实现 TCP 程序,ServerSocket 类和 Socket 类。
通信时,首先创建代表服务器端的ServerSocket对象,该对象相当于开启一个服务,并等待客户端的连接,然后创建代表客户端的Socket对象向服务器端发出连接请求,服务器端响应请求,两者建立连接开始通信。
在开发 TCP 程序时,首先需要创建服务端程序,Java JDK 的 java.net 包中提供了一个 ServerSocket 类,该类的实例化对象可以实现一个服务器端的程序,在 ServerSocket 类中提供了多种方法,常用的方法有:
ServerSocket 对象负责监听某台计算机的某个端口号,在创建 ServerSocket 对象后,需要继续调用该对象的 accept() 方法,接收来自客户端的请求。当执行了 accept() 方法之后,服务器端程序会发生阻塞,直到客户端发出连接请求,accept() 方法才会返回一个Scoket 对象用于和客户端实现通信,程序才能继续向下执行。
根据上面 ServerSocket 对象可以实现服务端程序,此时还需要一个客户端程序与之交互,为此,Java JDK 提供了一个 Socket 类,用于实现 TCP 客户端程序。Socket 类同样提供了多种方法:
在 Socket 类的常用方法中,getInputStream() 和 getOutputStrea m() 方法分别用于获取输入流和输出流,当客户端和服务端建立连接后,数据是以 IO 流的形式进行交互的,从而实现通信。如图:
服务器端实现:
/**
* TCP 服务端
*
* 1、创建ServerSocket服务器对象
* 2、开启服务器了,等待客户端的连接,当客户端连接后,可以获取到连接服务器的客户端Socket对象
* 3、给客户端反馈信息
* 3.1获取客户端的输出流
* 3.2在服务端端,通过客户端的输出流写数据给客户端
*/
public static void main(String[] args) throws IOException {
//1、创建ServerSocket服务器对象
ServerSocket ser = new ServerSocket(8888);
//2、开启服务器了,等待客户端的连接,当客户端连接后,可以获取到连接服务器的客户端Socket对象
Socket soc = ser.accept();
//3、给客户端反馈信息
/*
* a、获取客户端的输出流
* b、在服务端端,通过客户端的输出流写数据给客户端
*/
//a、获取客户端的输出流
OutputStream OS = soc.getOutputStream();
//b、在服务端端,通过客户端的输出流写数据给客户端
OS.write("恭喜你已连接上服务器!".getBytes());
//4、关闭流资源
soc.close();
OS.close();
}
客户端实现:
/**
* TCP 客户端
*
* 1、创建客户端Socket对象,(指定要连接的服务器地址与端口号)
* 2、获取服务器端的反馈回来的信息
* 3、关闭流资源
*/
public static void main(String[] args) throws IOException {
//获取本机 IP 地址字符串
String address = InetAddress.getLocalHost().getHostAddress();
System.out.println(address);
//1、创建客户端Socket对象,(指定要连接的服务器地址与端口号)
Socket socket = new Socket(address,8888);
//2、获取服务器端的反馈回来的信息
InputStream IS = socket.getInputStream();
//获取获取流中的数据
byte[] by = new byte[1024];
int length = IS.read(by);
//将流中的数据转换为字符串
String str = new String(by,0,length);
//显示数据
System.out.println(str);
//3、关闭流资源
IS.close();
socket.close();
}
UDP 通信和 TCP 通信一样,都能实现两台计算机之间的通信,通信的两端都要创建 socket 对象,主要区别在于 UDP 中只有发送端和接收端,不分客户端和服务端,计算机之间可以任意的发送数据。在通信时发送端和接收端不用建立连接,为此,Java JDK 中提供了 DatagramPacket 类和 DatagramSocket 类来实现 UDP 通信。
DatagramPacket 类负责数据封装,就相当于一个集装箱,用于封装 UDP 通信中发送和接收的数据,在创建发送端和接收端 DatagramPacket 对象时,使用的构造方法有所不同:接收端不需要明确知道数据的来源,只需要接收到数据即可;而发送数据必须指定接收端的 IP 地址和端口号。
DatagramSocket 类负责数据的收发,其实例化对象可以发送和接收 DatagramPacket 数据包,在创建发送端和接收端的 DatagramSocket 对象时,使用的构造方法也有所不同
UDP 通信的实现需要创建一个发送端程序和一个接收端程序,在通信时只有先接收端程序先运行,才能避免因发送端发送的数据无法接收,而造成数据丢失,因此要先完成接收端程序的编写
发送端:
/**
* 发送端
* 1, 创建DatagramPacket对象,并封装数据
* 2,创建DatagramSocket对象
* 3,发送数据
* 4,释放流资源
*/
public static void main(String[] args) throws IOException {
//1,创建DatagramPacket对象,并封装数据
byte[] buf = "接收端你好,我是发送端!".getBytes();
//1.1创建InetAddress对象,封装自己的IP地址
InetAddress Inet = InetAddress.getByName("192.168.161.1");
DatagramPacket DP = new DatagramPacket(buf,buf.length, Inet,8888);
//2, 创建DatagramSocket对象
DatagramSocket DS = new DatagramSocket();
//3,发送数据
DS.send(DP);
//4,释放流资源
DS.close();
}
接收端:
/**
* UDP接收端
*
* 1,创建DatagramSocket对象
* 2,创建DatagramPacket对象
* 3,接收数据存储到DatagramPacket对象中
* 4,获取DatagramPacket对象的内容
* 5,释放流资源
*/
public static void main(String[] args) throws IOException {
//1,创建DatagramSocket对象
DatagramSocket DS = new DatagramSocket(8888);
//2,创建DatagramPacket对象
byte[] buffer = new byte[1024];
DatagramPacket DP = new DatagramPacket(buffer,1024);
//3,调用 DatagramSocket 对象方法 receive(DatagramPacket DP) 接收数据
DS.receive(DP);
//4,获取DatagramPacket对象的内容进行拆包
InetAddress ipAddress = DP.getAddress();
System.out.println(ipAddress);
//获取发送的 IP 地址
String IP = ipAddress.getHostAddress();
//接收到的字节内容及个数
byte[] data = DP.getData();
int length = DP.getLength();
String dataStr = new String(data,0,length);
System.out.println("IP地址:"+IP+ "数据是"+ dataStr);
//5,释放流资源
DS.close();
}