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
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
ServerSocket 类
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
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(""); // 将文本框清空
}
});
}
private void connect() { // 连接服务器方法
area.append("尝试连接\n"); // 文本域中提示信息
try {
socket = new Socket("127.0.0.1", 8998); // 连接本地计算机的8998端口
writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
area.append("完成连接\n");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
MyClient clien = new MyClient();
clien.setSize(200, 200); // 窗体大小
clien.setVisible(true); // 显示窗体
clien.connect(); // 连接服务器
}
}
//21.2
UDP程序
基于 UDP通信的基本模式如下:
将数据打包(称为数据包),然后将数据包发往目的地。
接收别人发来的数据包,然后查看数据包。
发送数据包的步骤如下:
(1)使用DatagramSocketO创建一个数据包套接字。
(2)使用DatagramPacket(byte[] buf,int offset, int length,InetAddress address,int port)创建要发送的数据包。
(3)使用DatagramSocket 类的sendO方法发送数据包。
接收数据包的步骤如下:
(1)使用DatagramSocket(int port)创建数据包套接字,绑定到指定的端口。
(2)使用 DatagramPacket(byte buf, int length)创建字节数组来接收数据包。
(3)使用DatagramPacket 类的receive0方法接收UDP包。
DatagramPacket类
java.net 包的DatagramPacket 类用来表示数据包。DatagramPacket 类的构造方法如下:
DatagramPacket(byte[] buf, int length)
DatagramPacket(bytel] buf, int length, InetAddress address, int port)
第一种构造方法在创建DatagramPacket 对象时,指定了数据包的内存空间和大小。
第二种构造方法不仅指定了数据包的内存空间和大小,还指定了数据包的目标地址和端口。
DatagramSocker 类
java.net 包中的()
DatagramSocket(int port)
DatagramSocket(int port, InetAddress addr)
第一种构造方法创建DatagramSocket对象,构造数据报套接字,并将其绑定到本地主机任何可用的端口上。
第二种构造方法创建DatagramSocket对象,创建数据报套接字,并将其绑定到本地主机的指定端口上。
第三种构造方法创建DatagramSocket对象,创建数据报套接字,并将其绑定到指定的端口和指定的本地地址上。第三种构造函数适用于有多块网卡和多个I地址的情况。
UDP网络程序设计
例题21.3
(1)广播主机程序不断地向外播放信息,代码如下:
import java.io.IOException;
import java.net.*;
public class Notification extends Thread {
String weather = "节目预报:八点有大型晚会,请收听";// 发送的消息
int port = 9898; // 端口
InetAddress iaddress = null;
MulticastSocket socket = null; // 多点广播套接字
Notification() {
try {
iaddress = InetAddress.getByName("224.255.10.0"); // 实例化InetAddress,指定地址
socket = new MulticastSocket(port); // 实例化多点广播套接字
socket.setTimeToLive(1); // 指定发送范围是本地网络
socket.joinGroup(iaddress); // 加入广播组
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace(); // 输出异常信息
}
}
public void run() {
while (true) {
DatagramPacket packet = null; // 数据包
byte data[] = weather.getBytes(); // 字符串消息的字节数组
packet = new DatagramPacket(data, data.length, iaddress, port); // 将数据打包
System.out.println(weather); // 控制台打印消息
try {
socket.send(packet); // 发送数据
sleep(3000); // 线程休眠
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
Notification w = new Notification();
w.start(); // 启动线程
}
}
//21.3
(2)接收广播程序。单机“开始接收”按钮,系统开始接收主机播出的信息;单机“停止接收”按钮,系统停止接收广播主机播出的信息。代码如下:
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import javax.swing.*;
public class Receive extends JFrame implements Runnable, ActionListener {
int port; // 端口
InetAddress group = null; // 广播组地址
MulticastSocket socket = null; // 多点广播套接字对象
JButton inceBtn = new JButton("开始接收");
JButton stopBtn = new JButton("停止接收");
JTextArea inceAr = new JTextArea(10, 10); // 显示接收广播的文本域
JTextArea inced = new JTextArea(10, 10);
Thread thread;
boolean stop = false; // 停止接受信息状态
public Receive() {
setTitle("广播数据报");
setDefaultCloseOperation(WindowConstants.EXIT_ON_CLOSE);
thread = new Thread(this);
inceBtn.addActionListener(this); // 绑定按钮ince的单击事件
stopBtn.addActionListener(this); // 绑定按钮stop的单击事件
inceAr.setForeground(Color.blue); // 指定文本域中文字的颜色
JPanel north = new JPanel(); // 创建Jpanel对象
north.add(inceBtn); // 将按钮添加到面板north上
north.add(stopBtn);
add(north, BorderLayout.NORTH); // 将north放置在窗体的上部
JPanel center = new JPanel(); // 创建面板对象center
center.setLayout(new GridLayout(1, 2)); // 设置面板布局
center.add(inceAr); // 将文本域添加到面板上
center.add(inced);
add(center, BorderLayout.CENTER); // 设置面板布局
validate(); // 刷新
port = 9898; // 设置端口号
try {
group = InetAddress.getByName("224.255.10.0"); // 指定接收地址
socket = new MulticastSocket(port); // 绑定多点广播套接字
socket.joinGroup(group); // 加入广播组
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace(); // 输出异常信息
}
setBounds(100, 50, 360, 380); // 设置布局
setVisible(true); // 将窗体设置为显示状态
}
public void run() { // run()方法
while (!stop) {
byte data[] = new byte[1024]; // 创建缓存字节数组
DatagramPacket packet = null;
packet = new DatagramPacket(data, data.length, group, port); // 待接收的数据包
try {
socket.receive(packet); // 接收数据包
String message = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength()); // 获取数据包中的内容
inceAr.setText("正在接收的内容:\n" + message); // 将接收内容显示在文本域中
inced.append(message + "\n"); // 每条信息为一行
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace(); // 输出异常信息
}
}
}
public void actionPerformed(ActionEvent e) { // 单击事件
if (e.getSource() == inceBtn) { // 单击按钮ince触发的事件
inceBtn.setBackground(Color.red); // 设置按钮颜色
stopBtn.setBackground(Color.yellow);
if (!(thread.isAlive())) { // 如线程不处于“新建状态”
thread = new Thread(this); // 实例化Thread对象
}
thread.start(); // 启动线程
stop = false; // 开始接受信息
}
if (e.getSource() == stopBtn) { // 单击按钮stop触发的事件
inceBtn.setBackground(Color.yellow); // 设置按钮颜色
stopBtn.setBackground(Color.red);
stop = true; // 停止接受信息
}
}
public static void main(String[] args) {
Receive rec = new Receive();
rec.setSize(460, 200);
}
}