Java——网络编程（UDP与TCP通信及实现聊天案例）

目录

1、什么是网络通信协议？

2、TCP/IP协议

3、协议分类

3.1、UDP协议

3.2、TCP协议

4、网络编程三大要素

4.1、协议

4.2、IP地址

4.3、端口号

5、InetAddress类

5.1、InetAddress常用方法

6、UDP通信程序

6.1、DatagramSocket类

6.2、DatagramSocket常用方法

6.3、代码实现

6.4、实现聊天案例

7、TCP通信程序

 7.1、Socket类构造方法

7.2、Socket类常用方法

7.3、代码实现

7.4、通信程序回执

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1、什么是网络通信协议？

通过计算机网络可以使多台计算机实现连接，位于同一个网络中的计算机在进行连接和通信时需要遵守一定的规则，这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样。在计算机网络中，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、传输步骤等做了统一规定，通信双方必须同时遵守才能完成数据交换。

2、TCP/IP协议

上图中，TCP/IP协议中的四层分别是应用层、传输层、网络层和链路层，每层分别负责不同的通信功能。

链路层：是用于定义物理传输通道，通常是对某些网络连接设备的驱动协议，例如针对光纤、网线提供的驱动。

网络层：是整个TCP/IP协议的核心，它主要用于将传输的数据进行分组，将分组数据发送到目标计算机或者网络。

传输层：主要使网络程序进行通信，在进行网络通信时，可以采用TCP协议，也可以采用UDP协议。

应用层：主要负责应用程序的协议，例如HTTP协议、FTP协议等。

3、协议分类

3.1、UDP协议

用户数据报协议(User Datagram Protocol)。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。UDP的交换过程如下图所示。

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”。

什么是三次握手

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。

第一次握手，客户端向服务器端发出连接请求，等待服务器确认。

第二次握手，服务器端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端发送确认信息，确认连接。整个交互过程如下图所示。

4、网络编程三大要素

4.1、协议

即TCP/IP协议，由上面概述。

4.2、IP地址

IP地址：指互联网协议地址（Internet Protocol Address），俗称IP。IP地址用来给一个网络中的计算机设备做唯一的编号。假如我们把“个人电脑”比作“一台电话”的话，那么“IP地址”就相当于“电话号码”。

【IPv4】：是一个32位的二进制数，通常被分为4个字节，表示成a.b.c.d 的形式，例如192.168.65.100 。其中a、b、c、d都是0~255之间的十进制整数，那么最多可以表示42亿个。【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，拟通过IPv6重新定义地址空间，采用128位地址长度，每16个字节一组，分成8组十六进制数，表示成ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789，号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个网址，这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。

常用命令

• 查看本机IP地址

  ipconfig

  ipconfig all

• 检查网络是否连通

  ping 空格 IP地址

• 特殊的IP地址

  本机IP地址：127.0.0.1、localhost 。

4.3、端口号

网络的通信，本质上是两个进程（应用程序）的通信。每台计算机都有很多的进程，那么在网络通信时，如何区分这些进程呢？

如果说IP地址可以唯一标识网络中的设备，那么端口号就可以唯一标识设备中的进程（应用程序）了。

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。

常见的服务占用端口

80：HTTP服务

8080：tomcat

3306：mysql

1521：oracle

443：HTTPS服务，安全加密的HTTP

21：FTP服务，文件传输

22：SSH服务，安全加密的远程登录

23：Telnet服务，远程登录

5、InetAddress类

5.1、InetAddress常用方法

方法名	说明
public static InetAddress getLocalHost()	返回本地主机。
public static InetAddress getByName(String host)	根据ip和主机名获取InetAddress
public String getHostAddress()	获取ip地址
public String getHostName()	获取主机名

public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        //获取本地主机InetAddress对象
        InetAddress inetAddress=InetAddress.getLocalHost();
        //获取本地IP地址
        System.out.println(inetAddress.getHostAddress());
        //获取本地主机名
        System.out.println(inetAddress.getHostName());

        System.out.println("------------------------");
        //根据主机名获取InetAddress
        InetAddress inetAddress1=InetAddress.getByName("LEISHEN911");
        System.out.println(inetAddress1);
    }
}

6、UDP通信程序

6.1、DatagramSocket类

构造方法

方法名	说明
DatagramSocket()	创建数据报套接字并将其绑定到本机地址上的任何可用端口
DatagramPacket(byte[] buf,int len,InetAddress add,int port)	创建数据包,发送长度为len的数据包到指定主机的指定端口

6.2、DatagramSocket常用方法

方法名	说明
void send(DatagramPacket p)	发送数据报包
void close()	关闭数据报套接字
void receive(DatagramPacket p)	接受数据报包

6.3、代码实现

发送端

public class sendDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //DatagramSocket() 构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上的任何可用端口
        DatagramSocket d=new DatagramSocket();

        //使数据用字节数组存放
        byte[] bytes="你好啊".getBytes();

        //创建DatagramPacket对象的方法发送数据
        DatagramPacket p=new DatagramPacket(bytes,bytes.length, InetAddress.getLocalHost(),10086);
        //发送数据包
        d.send(p);
        //关闭发送端
        d.close();
    }
}

接收端 

public class ReceviceDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建Socket接收端对象，并指明端口号为10086，与发送端保持一致
        DatagramSocket d=new DatagramSocket(10086);
        while(true){
            //使用字节数组接收数据
            byte[] bytes=new byte[1024];
            //
            DatagramPacket p=new DatagramPacket(bytes,bytes.length);
            //接收数据包
            d.receive(p);
            System.out.println("发送方信息："+p.getAddress().getHostAddress());
            //解析数据
            System.out.println("数据是："+new String(p.getData(),0,p.getLength()));
        }
    }
}

6.4、实现聊天案例

发送端

public class UDPSendDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建UDP发送端对象
        DatagramSocket d=new DatagramSocket();
        while(true){
            //键盘输入数据
            System.out.println("请输入内容");
            Scanner sc=new Scanner(System.in);
            String s = sc.nextLine();
            //数据转换为字节数组
            byte[] bytes = s.getBytes();
            //打包数据
            DatagramPacket p=new DatagramPacket(bytes,bytes.length, InetAddress.getLocalHost(),10086);
            //发送数据
            d.send(p);
        }


    }
}

接收端

public class UDPReceviceDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket d=new DatagramSocket(10086);
        while (true){
            byte[] bytes=new byte[1024];
            //创建数据包对象，接收数据包
            DatagramPacket p=new DatagramPacket(bytes,bytes.length);
            //接收数据
            d.receive(p);
            //输出内容
            System.out.println("用户："+ InetAddress.getLocalHost().getHostAddress()+"\t时间："+getNowTime());
            System.out.println(new String(p.getData(),0,p.getLength()));
        }

    }
    public static String getNowTime(){
        DateFormat d=new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        String time = d.format(System.currentTimeMillis());
        return  time;
    }
}

7、TCP通信程序

 7.1、Socket类构造方法

方法名	说明
Socket(InetAddress address,int port)	创建流套接字并将其连接到指定IP指定端口号
Socket(String host, int port)	创建流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号

7.2、Socket类常用方法

方法名	说明
InputStream getInputStream()	返回此套接字的输入流
OutputStream getOutputStream()	返回此套接字的输出流

7.3、代码实现

客户端 

public class TCPDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //获取当前主机ip
        String hostAddress = InetAddress.getLocalHost().getHostAddress();
        while(true){
            //创建发送端对象（客户端） 指定主机上的端口号
            Socket s = new Socket(hostAddress,10086);
            System.out.println("请输入内容");
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            String s1 = sc.nextLine();
            //获取输出流对象写数据
            OutputStream out = s.getOutputStream();
            out.write(s1.getBytes());
            //关闭资源
            s.close();
        }

    }
}

服务器端 

public class TCPReceviceDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss=new ServerSocket(10086);
        //接收数据
        Socket accept = ss.accept();
        //创建字节数组接收
        byte[] bytes=new byte[1024];
        //获取字节输入流读数据
        InputStream input = accept.getInputStream();
        int len = input.read(bytes);
        System.out.println("发送方信息："+ InetAddress.getLocalHost().getHostAddress());
        //输出数据
        System.out.println(new String(bytes,0,len));
        accept.close();

    }
}

7.4、通信程序回执

客户端 

public class TCPDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //获取当前主机ip
        String hostAddress = InetAddress.getLocalHost().getHostAddress();
        while(true){
            //创建发送端对象（客户端） 指定主机上的端口号
            Socket s = new Socket(hostAddress,10086);
            System.out.println("请输入内容");
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            String s1 = sc.nextLine();
            //获取输出流对象写数据
            OutputStream out = s.getOutputStream();
            out.write(s1.getBytes());

            //获取到服务器端发的回溯信息
            InputStream intput = s.getInputStream();
            byte[] bytes=new byte[1024];
            int len = intput.read(bytes);
            System.out.println("收到回执信息："+new String(bytes,0, len));
            //关闭资源
            s.close();
        }

    }
}

服务器端 

public class TCPReceviceDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss=new ServerSocket(10086);
        //接收数据
        Socket accept = ss.accept();
        //创建字节数组接收
        byte[] bytes=new byte[1024];
        //获取字节输入流读数据
        InputStream input = accept.getInputStream();
        int len = input.read(bytes);
        System.out.println("发送方信息："+ InetAddress.getLocalHost().getHostAddress());

        //回溯信息
        OutputStream out = accept.getOutputStream();
        out.write("我已收到信息".getBytes());
        //输出数据
        System.out.println(new String(bytes,0,len));
        accept.close();

    }
}