java网络基础知识



JAVA的网络基础知识

一、架构

1.1 软件结构

• C/S结构 ：全称为Client/Server结构，是指客户端和服务器结构。常见程序有ＱＱ、迅雷等软件。
• B/S结构 ：全称为Browser/Server结构，是指浏览器和服务器结构。常见浏览器有谷歌、火狐等。

1.2 通信协议

• TCP/IP协议： 传输控制协议/因特网互联协议( Transmission Control Protocol/Internet Protocol)，是Internet最基本、最广泛的协议。它定义了计算机如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。它的内部包含一系列的用于处理数据通信的协议，并采用了4层的分层模型，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。

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。

1. 链路层：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。
2. 网络层：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。
3. 运输层：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。
4. 应用层：主要负责应用程序的协议，例如HTTP协议、FTP协议等。

1.3 协议分类

• UDP：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。

特点:数据被限制在64kb以内，超出这个范围就不能发送了。

数据报(Datagram):网络传输的基本单位

• TCP：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”。

  • 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。

1.4 网络编程三要素

协议

• 协议：计算机网络通信必须遵守的规则。

IP地址

• IP地址：指互联网协议地址（Internet Protocol Address）。

IP地址分类

• IPv4：是一个32位的二进制数，通常被分为4个字节，表示成 的形式，例如 。其中a、b、c、d都是0~255之间的十进制整数，最多可以表示42亿个。
• IPv6：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。

常用命令

• 查看本机IP地址，在控制台输入：

• 检查网络是否连通，在控制台输入：

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特殊的IP地址

• 本机IP地址：、 。

端口号

端口号唯一标识设备中的进程（应用程序）。

• 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。

利用++ 三元组合，就可以标识网络中的进程了，那么进程间的通信就可以利用这个标识与其它进程进行交互。

二、TCP通信程序

分为客户端（Client）与服务端（Server）。

两端通信时步骤：

1. 服务端程序，需要事先启动，等待客户端的连接。
2. 客户端主动连接服务器端，连接成功才能通信。服务端不可以主动连接客户端。

在Java中，提供了两个类用于实现TCP通信程序：

1. 客户端： 类表示。创建对象，向服务端发出连接请求，服务端响应请求，两者建立连接开始通信。
2. 服务端： 类表示。创建对象，相当于开启一个服务，并等待客户端的连接。

2.1 Socket类

类：该类实现客户端套接字，套接字指的是两台设备之间通讯的端点。

构造方法

• :创建套接字对象并将其连接到指定主机上的指定端口号。如果指定的host是null ，则相当于指定地址为回送地址。

构造举例，代码如下：

成员方法

• ： 返回此套接字的输入流。
  • 如果此Scoket具有相关联的通道，则生成的InputStream 的所有操作也关联该通道。
  • 关闭生成的InputStream也将关闭相关的Socket。
• ： 返回此套接字的输出流。
  • 如果此Scoket具有相关联的通道，则生成的OutputStream 的所有操作也关联该通道。
  • 关闭生成的OutputStream也将关闭相关的Socket。
• ：关闭此套接字。
  • 一旦一个socket被关闭，它不可再使用。
  • 关闭此socket也将关闭相关的InputStream和OutputStream 。
• ： 禁用此套接字的输出流。
  • 任何先前写出的数据将被发送，随后终止输出流。

2.2 ServerSocket类

类：这个类实现了服务器套接字，该对象等待通过网络的请求。

构造方法

• ：使用该构造方法在创建ServerSocket对象时，就可以将其绑定到一个指定的端口号上，参数port就是端口号。

成员方法

• ：侦听并接受连接，返回一个新的Socket对象，用于和客户端实现通信。该方法会一直阻塞直到建立连接。

2.4 简单的TCP网络程序

TCP通信分析图解

1. 【服务端】启动,创建ServerSocket对象，等待连接。
2. 【客户端】启动,创建Socket对象，请求连接。
3. 【服务端】接收连接,调用accept方法，并返回一个Socket对象。
4. 【客户端】Socket对象，获取OutputStream，向服务端写出数据。
5. 【服务端】Scoket对象，获取InputStream，读取客户端发送的数据。。
6. 【服务端】Socket对象，获取OutputStream，向客户端回写数据。
7. 【客户端】Scoket对象，获取InputStream，解析回写数据。
8. 【客户端】释放资源，断开连接。

客户端向服务器发送数据

服务端实现：

客户端实现：

服务器向客户端回写数据

服务端实现：

客户端实现：

注意事项！

字节流的read函数不会读取-1

因此write函数不会输出-1

此时服务器的read函数会一直处于阻塞状态

在上传完文件后，需要给文件传递一个结束标记

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