【网络通信三要素】TCP与UDP快速入门

网络通信三要素

1.什么是网络编程？

可以让设备中的程序，与网络上其他设备中的程序进行数据交互，从而实现网络通信的手段，java.net.*包下提供了网络编程的解决方案

2.基本的通信架构

基本的通信架构有2种形式：CS架构（Client客户端/Server服务端）、BS架构（Browser浏览器/Server服务端），无论是CS架构，还是BS架构的软件都必须依赖网络编程

3.网络通信三要素

• IP：设备在网络中的地址，是唯一的标识

  IP（Internet Protocol），全称"互联网协议地址"，也称"IP地址"，是分配给上网设备的数字标签常见的IP分类为IPv4和IPv6

  IPv4是4个字节，32个bit位，点分十进制表示法；IPv6

  lIPv6：由128bit位（16个字节）组成，号称可以为地球每一粒沙子编号，IPv6分为8组，每组的每四位编码成一个十六进制位表示， 冒分十六进制表示法

  特殊的IP地址：127.0.0.1、localhost：代表本机IP，只会寻找当前所在的主机

  IP常用命令

  • ipconfig：查看本机IP地址
  • lping IP地址：检查网络是否连通

  InetAddress：该类对象代表ip地址

  InetAddress的常用方法如下：

  • public static InetAddress getLocalHost：获取本机IP，会以一个 InetAddress的对象返回
  • public static InetAddress getByName(String host)：根据ip地址或者域名，返回一个 InetAddress对象
  • public String getHostName()：获取ip地址对象对应的主机名
  • public String getHostAddress()：获取ip地址对象中的ip地址信息
  • public boolean isReachable(int timeout)：在指定毫秒内，判断主机与该ip对应的主机是否能连通

• 端口：应用程序在设备中的唯一标识，用两个字节表示，范围是0到65535

  分类

  • 周知端口：0-1023，被预先定义的知名应用占用（如：HTTP占用80，FTP占用21）
  • 注册端口：1024-49151，分配给用户进程或某些应用程序
  • 动态端口：49152-65535，之所以被称为动态端口，49152-65535，一般不固定分配给某进程，而是动态分配

  注意：开发程序一般使用注册端口，且一个设备中不能出现两个程序的端口号一样，否则出错

• 协议：连接和数据在网络中的传输规则

  传输层有两个通信协议：UDP（User Datagram Protocol）用户数据包协议；TCP（Transmission Control Protocol）传输控制协议

  UDP协议

  （1）特点：面向无连接，不可靠通信，通信效率高

  （2）不事先建立连接，数据包包含自己的ip、程序端口、目的地ip、程序端口和数据（64k）等

  （3）发送方不管对方是否在线，数据在路上丢不丢失，接收方收到数据也无需接收返回确认

  （4）应用场景：语音通话、视频直播

  Java提供了java.net.DatagramSocket类，来实现UDP通信

  DatagramSocket：用于创建客户端、服务端

  • public DatagramSocket()：创建客户端的Socket，系统会随机分配一个端口号
  • public DatagramSocket(int port)：创建服务端的Socket对象，并指定端口号
  • public void send(DatagramPacket dp)：发送数据包
  • public void receive(DatagramPacket p)：使用数据包接收数据

  DatagramPacket：创建数据包

  • public DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress address,int port)：创建发出去的数据包对象
  • public DatagramPacket(byte[] buf,int length)：创建用来接收数据的数据包
  • public int getLength()：获取数据包，实际接收到的字节个数

  客户端：

  import java.net.*;
  
  public class UDPClient {
      public static void main(String[] args) throws Exception {
         
          //创建客户端Socket对象，随机分配端口号
          DatagramSocket client = new DatagramSocket(); //也可以指定
          //public DatagramPacket(字节数组, 数组长度, 服务器IP对象, 服务器端口号); 创建发送的数据包对象
          byte[] bytes = "礼物".getBytes();
          DatagramPacket dp = new DatagramPacket(
                  bytes,
                  bytes.length,
                  //InetAddress.getLocalHost(),
                  InetAddress.getByName("127.0.0.1"),
                  10000
  
          );
          //public void send(DatagramPacket dp); 发送数据包
          client.send(dp);
          //释放资源
          client.close();
      }
  }
  

  服务端：

  import java.io.IOException;
  import java.net.*;
  
  public class UDPServer {
      public static void main(String[] args) throws Exception {
          System.out.println("UDP服务端启动，等待接收数据：");
  
          //创建服务器Socket对象，并指定端口号
          DatagramSocket server = new DatagramSocket(10000);
  
          //创建用来接收的数据包对象
          byte[] bytes = new byte[1024];
          DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
  
          //使用数据包接收数据
          server.receive(dp); //receive是阻塞的，等着接数据
  
          //展示数据
          int len = dp.getLength(); //len：代表本次接收的有效数据个数
          System.out.println(new String(bytes, 0, len));
  
          //DatagramPacket对象获取客户端其他信息
          System.out.println(dp.getAddress().getHostAddress());
          System.out.println(dp.getPort());
          //释放资源
          server.close();
      }
  }
  

TCP协议

（1）特点：面向连接的，可靠通信，通信效率相对不高

（2）TCP的最终目的，就是保证在不可靠的信道上，实现可靠的传输，传输数据不限制大小

（3）TCP协议通过三次握手建立连接，通过四次挥手断开连接

（4）应用场景：网页、文件下载、支付

Java提供了一个java.net.Socket类来实现TCP通信

• public Socket(String host,int port)：根据指定二点服务器ip，端口号请求与服务端建立连接，连接通过就获得了客户端socket
• public ServerSocket(int port)：创建服务端ServerSocket对象并绑定端口号
• public OutputStream getOutputStream()：获得字节输出流对象
• public InputStream getInputstream()：获得字节输入流对象
• public Socket accept()：阻塞等待客户端的连接请求，一旦连接成功返回服务端Socket对象

客户端：

import java.io.DataOutputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.Socket;
public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
       
        //根据指定的IP和端口创建客户端Socket对象
        Socket client = new Socket("127.0.0.1", 10010);
        //获取字节输出流对象（发送）
        OutputStream os = client.getOutputStream();
        //封装数据输出流
        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);
        //写数据
        dos.writeUTF("发送礼物");
        //释放资源（释放new出来的资源）
        client.close();
        dos.close();
    }
}

服务端：

import java.io.DataInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("TCP服务端启动，等待接收数据：");
        //创建服务端ServerSocket对象并绑定端口号
        ServerSocket server = new ServerSocket(10010);
        //阻塞等待客户端的连接请求，一旦连接成功返回服务端Socket对象
        Socket serverSocket = server.accept();
        //获取字节输入流对象（接收）
        InputStream is = serverSocket.getInputStream();
        //封装数据输入流
        DataInputStream dis = new DataInputStream(is);
        //读取数据
        System.out.println(dis.readUTF());
        //释放资源
        server.close();
        dis.close();
    }
}

注意：如果没有启动服务器，单独启动客户端，会报错 java.net.ConnectException

原因：由于TCP是面向连接的，建立连接（三次握手）的时候失败