网络的概念
网络:一组相互连接的计算机,多台计算机组成,使用物理线路进行连接
网络连接的功能
网络编程的三要素
1) IP 地址:唯一标识网络上的每一台计算机,两台计算机之间通信的必备有素
IP 地址IP 地址用于标识网络上的唯一一台计算机,共 32 位,
4 个 8位二进制数组成IP
地址分为:IPv4 和 IPv6
IPv4:“点分十进制表示法”
IPv6:“十六进制表示法”
IP 地址=网络 ID+主机 ID
网络 ID:标识计算机或网络设备所有的网段
主机 ID:标识特定的主机或网络设备
2) 端口号:计算机中应用的标号(代表一个应用程序),0-1024 系统使用或保留端口 ,端号口占 2 个字节,所以有效端口 0-65535
3) 通信协议:通信的规则 TCP,UDP
Socket 称为“套接字”,是计算机之间通信的一种约定或一种方式,通过 Socket 这种约定,一台计算机可以接收其他计算机的数据,也可以向其他计算机发送数据。
每一个客户端都使用一个 Socket 对象表示,服务器端使用 ServerSocket 等待客户端的连接。
TCP 和 UDP 协议的区别
TCP(transfer control protocol)一种面向连接(连接导向)的、可靠的、基于字节流的运输层(Transport layer)通信协议 。
特点1) 面向连接;2) 点到点的通信;3) 高可靠性:三次握手;4) 占用系统资源多、效率低;
UDP(User DatagramProtocol )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
特点:1) 非面向连接,传输不可靠,可能丢失;2) 发送不管对方是否准备好,接收方收到也不确认;
3) 数据报的大小限制在 64k 内;4) 非常简单的协议,开销小
TCP 通信原理
服务器创建 ServerSocket,在指定端口监听并处理请求,客户端创建 Socket,向服务器发送请求
UDP 协议数据传递细节
1) 不需要利用 IO 流实现数据的传输
2) 每个数据发送单元被统一封装成数据包的方式,发送方将数据包发送到网络中,数据包在网络中去寻找他的目的地。
3) DatagramSocket:用于发送或接收数据包
4) DatagramPacket:数据包
Java网络编程
Java为了可移植性,不允许直接调用操作系统,而是由java.net包来提供网络功能。Java虚拟机负责提供与操作系统的实际连接。下面我们来介绍几个java.net包中的常用的类。
InetAddress
作用:封装计算机的IP地址和DNS(没有端口信息)。
注:DNS是Domain Name System,域名系统。
特点:这个类没有构造方法。如果要得到对象,只能通过静态方法:getLocalHost()、getByName()、 getAllByName()、 getAddress()、getHostName()。
InetSocketAddress
作用:包含IP和端口信息,常用于Socket通信。此类实现 IP 套接字地址(IP 地址 + 端口号),不依赖任何协议。
URL类
IP地址唯一标识了Internet上的计算机,而URL则标识了这些计算机上的资源。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。
为了方便程序员编程,JDK中提供了URL类,该类的全名是java.net.URL,有了这样一个类,就可以使用它的各种方法来对URL对象进行分割、合并等处理。
基于TCP协议的Socket编程和通信
在网络通讯中,第一次主动发起通讯的程序被称作客户端(Client)程序,简称客户端,而在第一次通讯中等待连接的程序被称作服务器端(Server)程序,简称服务器。一旦通讯建立,则客户端和服务器端完全一样,没有本质的区别。
“请求-响应”模式:
1. Socket类:发送TCP消息。
2. ServerSocket类:创建服务器。
套接字是一种进程间的数据交换机制。这些进程既可以在同一机器上,也可以在通过网络连接的不同机器上。换句话说,套接字起到通信端点的作用。单个套接字是一个端点,而一对套接字则构成一个双向通信信道,使非关联进程可以在本地或通过网络进行数据交换。一旦建立套接字连接,数据即可在相同或不同的系统中双向或单向发送,直到其中一个端点关闭连接。套接字与主机地址和端口地址相关联。主机地址就是客户端或服务器程序所在的主机的IP地址。端口地址是指客户端或服务器程序使用的主机的通信端口。
在客户端和服务器中,分别创建独立的Socket,并通过Socket的属性,将两个Socket进行连接,这样,客户端和服务器通过套接字所建立的连接使用输入输出流进行通信。
TCP/IP套接字是最可靠的双向流协议,使用TCP/IP可以发送任意数量的数据。
实际上,套接字只是计算机上已编号的端口。如果发送方和接收方计算机确定好端口,他们就可以通信了。
如图12-6所示为客户端与服务器端的通信关系图:
TCP/IP通信连接的简单过程:
位于A计算机上的TCP/IP软件向B计算机发送包含端口号的消息,B计算机的TCP/IP软件接收该消息,并进行检查,查看是否有它知道的程序正在该端口上接收消息。如果有,他就将该消息交给这个程序。
要使程序有效地运行,就必须有一个客户端和一个服务器。
通过Socket的编程顺序:
1. 创建服务器ServerSocket,在创建时,定义ServerSocket的监听端口(在这个端口接收客户端发来的消息)。
2. ServerSocket调用accept()方法,使之处于阻塞状态。
3. 创建客户端Socket,并设置服务器的IP及端口。
4. 客户端发出连接请求,建立连接。
5. 分别取得服务器和客户端Socket的InputStream和OutputStream。
6. 利用Socket和ServerSocket进行数据传输。
7. 关闭流及Socket。
服务器代码演示:
客户端代码演示
运行效果
UDP通讯的实现
▪ DatagramSocket:用于发送或接收数据报包
当服务器要向客户端发送数据时,需要在服务器端产生一个DatagramSocket对象,在客户端产生一个DatagramSocket对象。服务器端的DatagramSocket将DatagramPacket发送到网络上,然后被客户端的DatagramSocket接收。
DatagramSocket有两种常用的构造函数。一种是无需任何参数的,常用于客户端;另一种需要指定端口,常用于服务器端。如下所示:
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(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。
常用方法:
Ø send(DatagramPacket p) :从此套接字发送数据报包。
Ø receive(DatagramPacket p) :从此套接字接收数据报包。
Ø close() :关闭此数据报套接字。
▪ DatagramPacket:数据容器(封包)的作用
此类表示数据报包。 数据报包用来实现封包的功能。
常用方法:
Ø DatagramPacket(byte[] buf, int length) :构造数据报包,用来接收长度为 length 的数据包。
Ø 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。
Ø getAddress() :获取发送或接收方计算机的IP地址,此数据报将要发往该机器或者是从该机器接收到的。
Ø getData() :获取发送或接收的数据。
Ø setData(byte[] buf) :设置发送的数据。
UDP通信编程基本步骤:
1. 创建客户端的DatagramSocket,创建时,定义客户端的监听端口。
2. 创建服务器端的DatagramSocket,创建时,定义服务器端的监听端口。
3. 在服务器端定义DatagramPacket对象,封装待发送的数据包。
4. 客户端将数据报包发送出去。
5. 服务器端接收数据报包。