Java基础——计算机网络、网络编程
目录
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- 1.网络模型
- 2.网络编程三要素
- 3.网络编程三要素之IP
- 4.InetAddress类
- 5.网络编程三要素之端口和协议
- 6.Socket
- 7.TCP协议发送数据
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1.网络模型
计算机网络之间以何种规则进行通信，就是网络模型问题。
网络模型一般是指
OSI（Open System Interconnection开放系统互连）七层参考模型
TCP/IP四层参考模型
主机至网络层(物理层 , 数据链路层) , 网际层 , 传输层 , 应用层(应用层 , 表示层 , 会话层)
网络模型7层概述：
1.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）。
这一层的数据叫做比特。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5.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）
6.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）。
7.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）。
图解
2.网络编程三要素
IP地址:InetAddress: 网络中设备的标识，不易记忆，可用主机名
端口号: 用于标识进程的逻辑地址，不同进程的标识
传输协议: 通讯的规则常见协议：TCP，UDP
网络编程的三要素：
IP：为了标识网络中一台计算机的唯一性。
IP协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。
端口：逻辑端口，它其实是每一个使用网卡的程序的编号
接下来的问题是，同一台主机上有许多程序都需要用到网络，比如，你一边浏览网页，一边与朋友在线聊天。
当一个数据包从互联网上发来的时候，你怎么知道，它是表示网页的内容，还是表示在线聊天的内容？
也就是说，我们还需要一个参数，表示这个数据包到底供哪个程序（进程）使用。
这个参数就叫做 “端口”（port），它其实是每一个使用网卡的程序的编号。
每个数据包都发到主机的特定端口，所以不同的程序就能取到自己所需要的数据。
3.网络编程三要素之IP
IP概述:所谓IP地址就是给每个连接在Internet上的主机分配的一个32bit地址。 点分十进制 4个字节 一个字节8位 。
IP地址的组成
IP地址 = 网络地址+主机地址
A类IP地址:第一段号码为网络地址，剩下的三段号码为本地计算机的号码
B类IP地址:前二段号码为网络地址，剩下的二段号码为本地计算机的号码
C类IP地址:前三段号码为网络地址，剩下的一段号码为本地计算机的号码
IP地址分类
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。
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
特殊地址
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
DOS命令 ipconfig:查看本机IP地址
xxx.xxx.xxx.255 广播地址
IP协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。
4.InetAddress类
获取主机名的 DOS 命令 ：hostname
InetAddress类的概述: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,此类表示互联网协议 (IP) 地址。
InetAddress类的常见功能
public static InetAddress getByName(String host)
public String getHostAddress() //获取IP
public String getHostName( ) //获取主机名
getLocalHost();
public class MyTest {
public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
// java.net
// 类 InetAddress 此类表示互联网协议(IP) 地址。
InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("小李同学");
String ip = inetAddress.getHostAddress();
String hostName = inetAddress.getHostName();
System.out.println(ip);
System.out.println(hostName);
InetAddress inetAddress2 = InetAddress.getByName("192.168.15.178");
String ip2 = inetAddress2.getHostAddress();
String hostName1 = inetAddress2.getHostName();
System.out.println(ip2);
System.out.println(hostName1);
}
}
5.网络编程三要素之端口和协议
端口
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（两个字节），其中0~1023系统使用或保留端口。
端口的解释：
同一台主机上有许多程序都需要用到网络，比如，你一边浏览网页，一边与朋友在线聊天。
当一个数据包从互联网上发来的时候，你怎么知道，它是表示网页的内容，还是表示在线聊天的内容？
也就是说，我们还需要一个参数，表示这个数据包到底供哪个程序（进程）使用。
这个参数就叫做 “端口”（port），它其实是每一个使用网卡的程序的编号。
每个数据包都发到主机的特定端口，所以不同的程序就能取到自己所需要的数据
协议
UDP 发短信
将数据源和目的地封装成数据包，不需要建立连接；
每个数据报包的大小在限制在64k；
因无连接，是不可靠协议；
不需要建立连接，速度快，效率高
TCP 打电话 视频
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；
需要连接所以是可靠协议；
必须建立连接，效率会稍低
6.Socket
Socket=IP+端口号
A:Socket套接字概述：
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。
B: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。
UDPClient
UDP协议发送数据(DatagramSocket)
- 步骤:
- a: 创建UDP通讯客户端对象(DatagramSocket)
- b: 创建数据报包 public DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address,int port)
- c: 发送 数据
- d: 释放资源
public class UDPClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//创建客户端的Socket
// DatagramSocket()
// 构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上任何可用的端口。
DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
//发送数据报包 类 DatagramPacket
// DatagramPacket( byte[] buf, int length, InetAddress address,int port)
// 构造数据报包，用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。
String msg="你好UDP服务端";
byte[] bytes = msg.getBytes();
//有效端口：0~65535（两个字节），其中0~1023系统使用或保留端口。
DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, InetAddress.getByName("192.168.15.100"), 8888);
ds.send(datagramPacket);
//释放资源
ds.close();
}
}
UDPServer
UDP协议接收数据
- 步骤: public DatagramSocket(int port) -port是指定端口号
- a: 创建UDP通讯协议服务器端对象(DatagramSocket) 注意要用有参数构造 指定端口号
- b: 创建数据报包,作用用来接收数据 public DatagramPacket(byte[] buf, int length)
- c: 接收数据 receive(dp) ;
- d: 解析数据报包,拿出数据 dp.getData() ; dp.getLength() ;
- e: 释放资源
public class UDPServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
// DatagramSocket( int port)
// 创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。
//创建服务端的Socket并暴露端口号
DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8888);
// DatagramPacket( byte[] buf, int length)
// 构造 DatagramPacket，用来接收长度为 length 的数据包。
byte[] bytes = new byte[1024];
DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
System.out.println("服务器已经开启，等待接收数据......");
//receive(datagramPacket) 阻塞的方法，等待客户端发送数据
/*从此套接字接收数据报包。当此方法返回时，DatagramPacket 的缓冲区填充了接收的数据。
数据报包也包含发送方的 IP 地址和发送方机器上的端口号。
此方法在接收到数据报前一直阻塞。
数据报包对象的 length 字段包含所接收信息的长度。如果信息比包的长度长，该信息将被截短。
* */
ds.receive(datagramPacket); //接收数据报包
//取出数据报包中的数据
byte[] data = datagramPacket.getData();
int length = datagramPacket.getLength();
String s = new String(data, 0, length);
System.out.println(s);
//释放资源
ds.close();
}
}
案例演示:UDP协议发送端的数据来自于键盘录入
客户端
public class UDPClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
while (true) {
System.out.println("请输入要发送的消息");
String msg = reader.readLine();
byte[] bytes = msg.getBytes();
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, InetAddress.getByName("192.168.15.100"), 6666);
ds.send(dp);
//自定义结束标记
if ("886".equals(msg)) {
break;
}
}
ds.close();
}
}
服务端
public class UDPServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
DatagramSocket ds = new DatagramSocket(6666);
while (true){
byte[] bytes = new byte[1024];
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
System.out.println("服务器已经开启，等待接收数据.....");
ds.receive(dp);
//取出数据
byte[] data = dp.getData();
int length = dp.getLength(); //取出数据的实际长度
//获取客户端IP
String ip = dp.getAddress().getHostAddress();
String s = new String(data,0, length);
System.out.println(ip+"-给你发来消息："+s);
if("886".equals(s)){
break;
}
}
ds.close();
}
}
7.TCP协议发送数据
TCP协议发送数据(Scoket)
步骤:
- a: 创建TCP通讯协议客户端对象(Socket) // public Socket(String host, int port)
- b: 获取输出流对象
- c: 写数据
- d: 释放资源
public class TCPClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
/*
TCP协议的特点:
* 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；
需要连接所以是可靠协议；
必须建立连接，效率会稍低
*
* */
//Socket 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。
// 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(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 sk = new Socket("192.168.15.100", 9999);
//获取通道中输出流
OutputStream out = sk.getOutputStream();
out.write("你好TCP服务端...".getBytes());
//释放资源
sk.close();
}
}
TCP协议接收数据
TCP协议接收数据(ServerSocket)
步骤:
- a: 创建TCP通讯协议服务器端对象(ServerSocket)
- b: 监听客户端
- c: 获取输入流对象
- d: 读取数据
- e: 释放资源
public class TCPServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 类 ServerSocket 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。
// ServerSocket( int port)
// 创建绑定到特定端口的服务器套接字。
//创建服务端的套接字，并暴露端口号
ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
//侦听客户端的连接
System.out.println("服务器已经开启,等待连接......");
//accept(),侦听并接受到此套接字的连接。此方法在连接传入之前一直阻塞。
Socket sk = ss.accept();
//获取通道中的输入流
InputStream in = sk.getInputStream();
byte[] bytes = new byte[1024];
int len = in.read(bytes);
String s = new String(bytes, 0, len);
System.out.println(s);
ss.close();
}
}
案例演示：服务器给客户端一个反馈
TCPClient
public class TCPClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Socket sk = new Socket("192.168.15.100", 8888);
OutputStream out = sk.getOutputStream();
out.write("Hello Server".getBytes());
//读取服务端回复的消息
InputStream in = sk.getInputStream();
String ip = sk.getInetAddress().getHostAddress();
byte[] bytes = new byte[1024];
int len = in.read(bytes);
String s = new String(bytes, 0, len);
System.out.println("IP:" + ip + "-给你回复来消息：" + s);
out.close();
}
}
TCPServer
public class TCPServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
System.out.println("服务器开启，等待连接.....");
Socket sk= ss.accept();
InputStream in = sk.getInputStream();
//获取客户端ip
String ip = sk.getInetAddress().getHostAddress();
byte[] bytes = new byte[1024];
int len = in.read(bytes);
String s = new String(bytes, 0, len);
System.out.println("IP:"+ip+"-给你发来消息："+s);
//服务端，回复一条消息给客户端
OutputStream out = sk.getOutputStream();
out.write("你好客户端".getBytes());
ss.close();
}
}