第二十一章 网络通信

目录

网络程序设计基础 

局域网与互联网

 网络协议

1.IP协议

2. TCP与UDP协议

端口与套接字

TCP程序

InetAddress 类

ServerSocket 类

TCP网络程序设计

UDP程序

DatagramPacket类

DatagramSocker 类

UDP网络程序设计

 

网络程序设计基础 
局域网与互联网
为了实现两台计算机的通信，必须用一个网络线路连接两台计算机。如下图所示

 网络协议
1.IP协议
IP是Internet Protocol的简称，是一种网络协议。Internet 网络采用的协议是TCP/IP协议，其全称是Transmission Control Protocol/Internet Protocol。Internet 依靠TCP/IP协议，在全球范围内实现了不同硬件结构、不同操作系统、不同网络系统间的互联。在Internet 网络上存在着数以亿计的主机，每台主机都用网络为其分配的 Internet 地址代表自己，这个地址就是I地址。到目前为止，I地址用4个字节，也就是32位的二进制数来表示，称为IPv4。为了便于使用，通常取用每个字节的十进制数，并且每个字节之间用圆点隔开来表示I地址，如192.168.1.1。现在人们正在试验使用16个字节来表示I地址，这就是IPv6，但IPv6还没有投入使用。

TCP/IP 模式是一种层次结构，共分为4层，分别为应用层、传输层、互联网层和网络层。各层实现特定的功能，提供特定的服务和访问接口，并具有相对的独立性，如图所示。

2. TCP与UDP协议
在TCPAIP 协议栈中，有两个高级协议是网络应用程序编写者应该了解的，即传输控制协议(Transmission Control Protocol，TCP)与用户数据报协议（User Datagram Protocol， UDP）。

TCP 协议是一种以固接连线为基础的协议，它提供两台计算机间可靠的数据传送。TCP可以保证数据从一端送至连接的另一端时，能够确实送达，而且抵达的数据的排列顺序和送出时的顺序相同。因此，TCP协议适合可靠性要求比较高的场合。就像拨打电话，必须先拨号给对方，等两端确定连接后，相互才能听到对方说话，也知道对方回应的是什么。

HTTP、FTP 和Telnet 等都需要使用可靠的通信频道。例如，HTTP从某个URL读取数据时，如果收到的数据顺序与发送时不相同，可能就会出现一个混乱的HTML文件或是一些无效的信息。

UDP是无连接通信协议，不保证数据的可靠传输，但能够向若干个目标发送数据，或接收来自若干个源的数据。UDP以独立发送数据包的方式进行。这种方式就像邮递员送信给收信人，可以寄出很多信给同一个人，且每一封信都是相对独立的，各封信送达的顺序并不重要，收信人接收信件的顺序也不能保证与寄出信件的顺序相同。

UDP 协议适合于一些对数据准确性要求不高，但对传输速度和时效性要求非常高的网站，如网络聊天室、在线影片等。这是由于TCP协议在认证上存在额外耗费，可能使传输速度减慢，而UDP协议即使有一小部分数据包遗失或传送顺序有所不同，也不会严重危害该项通信。

端口与套接字
一般而言，一台计算机只有单一的连到网络的物理连接（Physical Connection），所有的数据都通过此连接对内、对外送达特定的计算机，这就是端口。网络程序设计中的端口（port）并非真实的物理存在，而是一个假想的连接装置。端口被规定为一个在0~65535的整数。HTTP服务一般使用80端口,FTP 服务使用21端口。假如一台计算机提供了HTTP、FTP等多种服务，那么客户机会通过不同的端口来确定连接到服务器的哪项服务上，如图所示。

通常，0~1023的端口数用于一些知名的网络服务和应用，用户的普通网络应用程序应该使用1024以上的端口数，以避免端口号与另一个应用或系统服务所用端口冲突。

网络程序中的套接字（Socket）用于将应用程序与端口连接起来。套接字是一个假想的连接装置，就像插座一样可连接电器与电线，如图所示。

Java 将套接字抽象化为类，程序设计者只需创建Socket类对象，即可使用套接字。

TCP程序
TCP网络程序设计是指利用Socket 类编写通信程序。利用TCP协议进行通信的两个应用程序是有主次之分的，一个称为服务器程序，另一个称为客户机程序，两者的功能和编写方法大不一样。服务器端与客户端的交互过程如图所示。

 

服务器程序创建一个 ServerSocket（服务器端套接字）对象，调用accept0方法等待客户机来连接
客户端程序创建一个Socket对象，请求与服务器建立连接
服务器接收客户机的连接请求，同时创建一个新的Socket 对象与客户建立连接。随后服务器继续等待新的请求

InetAddress 类
java.net包中的InetAddress类是与IP地址相关的类，利用该类可以获取IP地址、主机地址等信息。

 例题21.1

import java.net.*;                                        //导出Java.net包
 
public class Address {                                    //创建类
 
    public static void main(String[] args) {
        InetAddress ip;                                    //创建InetAddress对象
        try {                                            //捕捉可能出现的异常
            ip = InetAddress.getLocalHost();            //实例化对象
            String locaIname = ip.getHostName();        //获取本机名
            String localip = ip.getHostAddress();        //获取本机IP地址
            System.out.println("本机名："+locaIname);        //将本机名输出
            System.out.println("本机名IP地址："+localip);    //将本机IP地址输出
        }catch(UnknownHostException e){
            e.printStackTrace();                        //输出异常信息
        }
        
    }
 
}//例题21.1
运行结果如下：

ServerSocket 类
ServerSocker 类的构造方法通常会抛出1OException异常，具体有以下几种形式：
ServerSocket()：创建非绑定服务器套接字。
ServerSocket(int port)：创建绑定到特定端口的服务器套接字。
ServerSocket(int port, int backlog）：利用指定的backlog创建服务器套接字，并将其绑定到指定的本地端口号上。
ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddress)：使用指定的端口、侦听backlog和要绑定到的本地IP地址创建服务器。这种情况适用于计算机上有多块网卡和多个I地址的情况，用户可以明确规定ServerSocket在哪块网卡或哪个IP地址上等待客户的连接请求。
ServerSocket 类的常用方法如表21.2所示。

TCP网络程序设计
例题21.2

 
 
import java.io.*;
import java.net.*;
 
public class MyServer {
    private ServerSocket server; // 服务器套接字
    private Socket socket; // 客户端套接字
 
    void start() {// 启动服务器
        try {
            server = new ServerSocket(8998); // 服务器启用8998端口
            System.out.println("服务器套接字已经创建成功");
            while (true) {
                System.out.println("等待客户端的连接");
                socket = server.accept(); // 服务器监听客户端连接
                // 根据套接字字节流创建字符输入流
                BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
                while (true) {// 循环接受信息
                    String message = reader.readLine();// 读取一行文本
                    if ("exit".equals(message)) {// 如果客户端发来的内容为“exit”
                        System.out.println("客户端退出");
                        break;// 停止接受信息
                    }
                    System.out.println("客户端:" + message);
                }
                reader.close(); // 关闭流
                socket.close(); // 关闭套接字
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        MyServer tcp = new MyServer();
        tcp.start(); // 启动服务器
    }
}
//21.2
 运行结果如下：

编写客户端程序，将用户在文本框中输入的信息发送至服务端，并将文本框中输入的信息显示再客户端的文本域中。

 
 
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import java.io.*;
import java.net.Socket;
import javax.swing.*;
 
public class MyClient extends JFrame {
    private PrintWriter writer;// 根据套接字字节流创建的字符输出流
    Socket socket; // 客户端套接字
    private JTextArea area = new JTextArea();// 展示信息的文本域
    private JTextField text = new JTextField(); // 发送信息的文本框
 
    public MyClient() {
        setTitle("向服务器送数据");
        setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        Container c = getContentPane(); // 主容器
        JScrollPane scrollPane = new JScrollPane(area);// 滚动面板
        getContentPane().add(scrollPane, BorderLayout.CENTER);
        c.add(text, "South"); // 将文本框放在窗体的下部
        text.addActionListener(new ActionListener() {// 文本框触发回车事件
            public void actionPerformed(ActionEvent e) {
                writer.println(text.getText().trim()); // 将文本框中的信息写入流
                area.append(text.getText() + '\n'); // 将文本框中的信息显示在文本域中
                text.setText(""); // 将