.NET网络编程——TCP通信
一、网络编程的基本概念 :
1. 网络
就是将不同区域的电脑连接到一起，组成局域网、城域网或广域网。把分部在不同地理区域的计算机于专门的外部设备用通信线路 互联成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。
2. 计算机网络
通过传输介质、通信设施和网络通信协议，将地理位置相同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备连起来，实现资源共享 和数据传输的系统。
3. 通信协议
计算机网路中实现通信必须有一些通信协议的规定，对传输代码、代码结构、传输控制步骤出错控制等制定标准。
4. 通信接口
为了使两个节点之间能进行对话，必须在他们之间建立通信工具（即接口），使彼此之间能进行信息交换。
5. 网络分层
1. 由于结点之间联系很复杂，在指定协议时，把复杂成份分解成一些简单的成份，再将他们复合起来。最常用的复合方式是层次 方式，即同层间可以通信、上一层可以调用下一层，而与再下一层不发生关系
2. TCP/IP是一个协议族，也是按照层次划分，共四层：应用层，传输层，互连网络层，接口层(物理+数据链路层)
3. OSI网络通信协议模型，是一个参考模型，而TCP/IP协议是事实上的标准。TCP/IP协议参考了OSI模型，但是并没有严格按照OSI规 定的七层标准去划分，而只划分了四层，这样会更简单点，当划分太多层时，你很难区分某个协议是属于哪个层次的
二、网络编程三要素
1. IP地址
要想让网络中的计算机能够互相通信，必须为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，而IP地址就是这个标识号，也就是设备的标识。
1.1 IP地址分为两大类
- IPv4：是给每个连接在网络上的主机分配一个32bit地址。按照TCP/IP规定，IP地址用二进制来表示，每个IP地址的 长32bit，也就是4个字节。
- IPv6：由于互联网的蓬勃发展，IP地址的需求量愈来愈大，但是网络地址资源有限，使得IP的分配越发紧张。为了扩 大地址空间，通过IPv6重新定义地址空间，采用128bit地址长度，每16个字节一组，分成8组十六进制数，这就解决 了网络地址资源数量不够的问题。
1.2 InetAddress类 (在Java中使用InetAddress类代表IP)
常用的方法 ：
| String getHostAddress () | 返回IP地址字符串（以文本表现形式） |
| String getHostName () | 返回此IP地址的主机名 |
| Byte[] getAddress () | 返回此InetAddress对象的原始IP地址 |
2. 端口
2.1 概念：
网络的通信，本质上是两个应用程序的通信，每台计算机都有很多的应用程序。IP地址是唯一的标识网络的设备，端口 号就是唯一标识设备中的应用程序，也就是应用程序的标识。
2.2 端口号：
用两个字节表示的整数，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，普通 的应用程序需要使用1024以上的端口号。如果端口号被另外一个服务或应用所占用，会导致当前程序启动失败。
2.3 IntetSocketAddress类
包含IP和端口信息，常用于Socket通信。此类实现套接字数字地址（IP地址+端口号），不依赖任何协议。
常用的方法 ：
| InetAddress getAddress() | 获得InetAddress |
| Int getPort () | 获取端口号 |
| String getHostName（） | 获取主机名 |
三、协议
通过计算机网络可以使多台计算机实现连接，位于同一网络中的计算机进行连接和通信时需要遵守一定的规则，这就好比在道 路中形势的汽车一定要遵守交通规则一样。在计算机网路中，这些连接和通信的规则被称为网络通信协议。它对数据的传输格式、传 输速率、传输步骤做了统一规定，通信双方必须同时遵守才能完成数据交换。
3.1 UDP协议
- 用户数据报协议（User Datagram Protocol）
- UDP是预无线通信协议，即在数据传输时，数据的发送端和接受端不建立逻辑连接。简单来说，当一台计算机向另外一台计算机 发送数据时，发送端不会确认接受端是否存在，就会发送出数据，同样接受端在收到数据时，夜不会向发送端反馈是否收到数 据
- 由于使用UDP协议消耗资源少，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
- 例如视频会议通常采用UDP协议，因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接受结果产生太大影响。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。
3.2 TCP协议
- 传输控制协议（Transmission Control Protocol）
- TCP协议是面向连接的通信协议，即传输数据之前，在发送端和接受端建立逻辑连接，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连接。在TCP连接中必须明确客户端于服务端，由于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”；
3.3 三次握手
TCP协议中，在发送数据的准备阶段，客户端与服务器之间的三次交互，以保证连接的可靠性
第一次握手 ： 客户端向服务器发送连接请求，等待服务器确认
第二次握手 ： 服务器向客户端回送一个响应，通知客户端收到了连接请求
第三次握手 ： 客户端再次向服务器发送确认信息，确认连接
完成三次握手连接建立后，客户端和服务器就可以开始进行数据传输了。由于这种面向连接的特性，TCP协议可以保证传输数据 的安全，所以应用非常广泛。例如上传文件，下载文件、浏览网页。
3.3.1 TCP通信原理 ：
TCP通信协议是一种可靠的网络协议，它在通信的两端各建立一个Socket对象，从而在通信的两端形成网络虚拟链路，一旦建 立了虚拟的网络链路，两端的程序就可以通过虚拟链路进行通信。
- 使用基于TCP协议的Socket网络编程实现，使用Socket对象来代表两端的通信端口
- TCP协议基于请求-响应模式，第一次主动发起的程序被客户端（Client）程序
- 第一次通讯中等待连接的程序被服务器（Serser）程序
- 利用IO流实现数据的传输
四、TCP实现步骤（聊天案例）
1. 步骤
1、在服务端指定一个端口号来创建ServerSocket，并使用accept方法进行侦听，这将阻塞服务器线程，等待用户请求。
2、在客户端指定服务的主机IP和端口号来创建socket，并连接服务端ServerSocket，此时服务端accept方法被唤醒，同时返回一个 和客户端通信的socket。
3、在客户端和服务端分别使用socket来获取网络通信输入/输出流，并按照一定的通信协议对socket进行读/写操作。
4、通信完成后，在客户端和服务端中分别关闭socket。
2. 服务器端
- 创建ServerSocket（int port）对象
- 在Socket上使用accept方法监听客户端的连接请求（阻塞等待连接功能）
- 接受并处理请求信息 • 将处理结果返回给客户端
- 关闭流和Socket对象
3. 客户端
- 创建Socket（Strng host ， int port）对象
- 向服务器发送连接请求 • 向服务端发送服务请求 • 接受服务结果（服务响应）
- 关闭流和Socket对象
4. ServerSocket类
常用构造器 ： ServerSocket（int port） 创建绑定到指定端口的服务器套接字
常用方法 ：Socket accept（） 侦听要连接到此套接字并接受它
Java为客户端提供了Socket类，为服务器端提供了ServerSocket类
构造方法：
Socket（InetAddress address ， int port）address（IP地址）， port（端口号）
创建流套接字并将其连接到指定IP地址的指定端口号；
常用方法 ：
| OutoutStream getOutputStream（） | 返回套接字的输出流 |
| InputStream getInputStream （） | 返回套接字的输入流 |
| Void shutdownOutput（） | 禁用套接字的输出流 |
5. 利用实现客户端于服务器无线聊天功能
1. 服务器
package com.net;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
/**
* 服务器
* @author 云村小威
*
* @2023年7月19日 下午10:02:11
*/
public class Server {
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.out.println("⁎⁎⁎⁎⁎⁎服务端⁎⁎⁎⁎⁎⁎");
/* 创建服务器连接对象 */
ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);
System.out.println("服务器已开启，等待连接...");
/* 调用accept方法，客服端没有启动连接不能执行下一步（阻塞功能） */
Socket server = ss.accept();
System.out.println("客户端连接成功");
/* 获取输入流，读取客户端发送的数据 */
InputStream inputStream = server.getInputStream();
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
/* 获取输出流，向客户端回写数据 */
Scanner zw = new Scanner(System.in);
OutputStream outputStream = server.getOutputStream();
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(outputStream));
while (true) {
String readLine = br.readLine();
System.out.println("客户端 ：" + readLine);
if ("拜拜".equals(readLine)) {
System.out.println("再见");
break;
}
System.out.println("请输入发送到客户端的内容：");
String test = zw.next();
/* 向客户端写入内容 */
bw.write(test);
bw.newLine();
bw.flush();
if ("拜拜".equals(test)) {
System.out.println("再见");
break;
}
}
/* 关闭资源 */
bw.close();
outputStream.close();
br.close();
inputStream.close();
server.close();
ss.close();
}
}
2. 客户端
package com.net;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
/**
* 客户端
* @author 云村小威
*
* @2023年7月19日 下午10:02:00
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.out.println("⁕⁕⁕⁕⁕客户端⁕⁕⁕⁕⁕");
/* 创建Socket对象，请求连接 */
Socket client = new Socket(InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 6666);
System.out.println("服务器连接成功...");
/* 获取输出流对象，向服务器写入数据 */
OutputStream outputStream = client.getOutputStream();
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(outputStream));
/* 获取输入流对象，读取服务器数据 */
InputStream inputStream = client.getInputStream();
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
/* 向服务器发送信息 */
Scanner zw = new Scanner(System.in);
while (true) {
System.out.println("请输入发送到服务器的内容：");
String test = zw.next();
/* 向服务器写入内容 */
bw.write(test);
bw.newLine();
bw.flush();
if ("拜拜".equals(test)) {
System.out.println("再见");
break;
}
/* 每次读取一个字节数组 */
String content = br.readLine();
System.out.println("服务器 ： " + content);
if ("拜拜".equals(content)) {
System.out.println("再见");
break;
}
}
/* 关闭资源 */
br.close();
inputStream.close();
bw.close();
outputStream.close();
client.close();
}
}
3. 控制台版 效果
感谢您的观看，我会在本专栏持续更新，后续更新多线程等知识。接下来就可以利用多线程实现窗体实时无线聊天功能，请敬请期待吧！