一、网络编程入门

1、网络编程概述

• 计算机网络
  是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统
• 网络编程
  在网络通信协议下，实现网络互连的不同计算机上运行的程序间可以进行数据交换

2、网络编程三要素

2.1、IP地址

IP地址（Internet Protocol Address）是指互联网协议地址，又译为网际协议地址。 IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异

IP地址：是网络中设备的唯一标识

• IP地址分为两大类

  • IPv4：是给每个连接在网络上的主机分配一个32bit地址。按照TCP/IP规定，IP地址用二进制来表示，每个IP地址长32bit，也就是4个字节。例如一个采用二进制形式的IP地址是“11000000 10101000 00000001 01000010”，这么长的地址，处理起来也太费劲了。为了方便使用，IP地址经常被写成十进制的形式，中间使用符号“.”分隔不同的字节。于是，上面的IP地址可以表示为“192.168.1.66”。IP地址的这种表示法叫做“点分十进制表示法”，这显然比1和0容易记忆得多

  • 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，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，这样就解决了网络地址资源数量不够的问题

• DOS常用命令：

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

• 特殊IP地址：

  • 127.0.0.1：是回送地址，可以代表本机地址，一般用来测试使用

2.2、端口号

端口号（port number） 所谓端口，就好像门牌号一样，客户端可以通过IP地址找到对应的服务器端，但是服务器端是有很对端口的，每个应用程序对应一个端口号，通过类似门牌号的端口号，客户端才能真正的访问到服务器。为了对端口号进行区分，将每个端口进行了编号，这就是端口号。

TCP与UDP段结构中端口地址都是16比特，可以有在0—-65535范围内的端口号。对于这65536个端口号有以下的使用规定 ：
（1）端口号小于256的定义为常用端口，服务器一般都是通过常用端口号来识别的。任何TCP/IP实现所提供的服务都用1—-1023之间的端口号，是由ICANN来管理的；端口号从1024—-49151是被注册的端口，也成为“用户端口”，被IANA指定为特殊服务使用；
（2）客户端只需保证该端口号在本机上是唯一的就可以了。客户端端口号因存在时间很短暂又称临时端口号；
（3）大多数TCP/IP实现给临时端口号分配1024—-5000之间的端口号。大于5000的端口号是为其他服务器预留的

2.3、通信协议

网络通信协议就是一种网络通信的语言，为连接不同操作系统和不同硬件体系结构的互联网络提供通信支持，是一种网络通用的语言

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，数据的发送端和接受端不建立逻辑链接。
• 简单来说，当一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，同样接收端在接收数据时，也不会向发送端反馈是否收到数据。
• 由于使用UDP协议消耗的资源小，通信效率高，所以通常会用于音频，视频和普通数据的传输

TCP协议

• 传输控制协议（Transmission Control Portocol）
• TCP协议是面向链接的通信协议，即传输数据之前，在发送端和接收端之间建立逻辑链接，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链接中必须要明确客户端和服务端，由客户端向服务端发出链接请求，每次链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，客户端于服务端之间的三次交互，以保证链接的可靠
    • 第一次握手：客户端向服务端发出链接请求，等待服务器确认
    • 第二次握手：服务端向客户端回送一个相应，通知客户收到了链接请求
    • 第三次握手：客户端再次向服务器端发送确认信息，确认链接

3、InetAddress 【应用】

InetAddress类用来封装我们前面讨论的数字式的IP地址和该地址的域名。 　　你通过一个IP主机名与这个类发生作用，IP主机名比它的IP地址用起来更简便更容易理解。 　　InetAddress类内部隐藏了地址数字。

InetAddress类没有明显的构造函数。为生成一个InetAddress对象，必须运用一个可用的工厂方法。
工厂方法（factory method）仅是一个类中静态方法返回一个该类实例的约定。

3.1、InetAddress对象的获取

InetAddress的构造函数不是公开的（public），所以需要通过它提供的静态方法来获取，有以下的方法：

| | | static InetAddress getByAddress(String host,byte[] addr) | | | static InetAddress getByName(String host) | 常用方法 getByName，通过主机名获得InetAddress对象，可以是IP地址
getLocalHost，获得本机的InetAddress对象 | | static InetAddress getLocalHost() | |

3.3 InetAddress的方法

二、UDP通信程序

1、UDP发送数据

Java中的UDP通信

1. UDP协议是一种不可靠的网络协议，它在通信的两端各建立一个Socket对象，但是两个Socket只是发送，接受数据的对象，因此对于基于UDP协议的通信双方而言，没有所谓的客户端和服务器的概念
2. Java提供了DatagrameSocket类作为基于UDP协议的Socket

• 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意可用端口 | | DatagramPacket(byte[] buf,int len,lentAddress 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 | | DatagramSocket(int port) | 创建数据报套接字，并将其绑定到本机地址指定端口上 |

• 实例方法 | 方法名 | 说明 | | —- | —- | | void send(DatagramPacket p) | 发送数据包 | | void close() | 关闭数据报套接字 | | void receive(DatagramPacket p) | 从此套接字接受数据包 |

• 发送数据的步骤
  • 创建发送端的Socket对象—（DatagramSocket）
  • 创建数据包，并把数据打包
  • 调用DatagramSocket对象的方法发送数据
  • 关闭发送端

• 代码演示 ```java import java.io.IOException; import java.net.*;

public class DatagramSocket_sent { public static void main(String[] args) throws IOException {

    //创建发送端的DatagramSocket对象
    DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
    //构建一个数据包
    byte[] bytes = "这是一个由UDP协议发出的字符串".getBytes();
    DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, InetAddress.getByName("localhost"),9999);
    //由DatagramSocket对象发送数据包dp
    ds.send(dp);
    //关闭套接字
    ds.close();

} }

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## 2、UDP接受数据
- 接收数据的步骤
   - 创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)
   - 创建一个数据包，用于接收数据
   - 调用DatagramSocket对象的方法接收数据
   - 解析数据包，并把数据在控制台显示
   - 关闭接收端
- 数据包构造方法
| 方法名 | 说明 |
| --- | --- |
| DatagramPacket(byte[] buf, int len) | 创建一个DatagramPacket用于接收长度为len的数据包 |
- 相关方法
| 方法名 | 说明 |
| --- | --- |
| byte[]  getData() | 返回数据缓冲区 |
| int  getLength() | 返回要发送的数据的长度或接收的数据的长度 |
- 示例代码
```java
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
public class DatagramSocket_receive {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //new DatagramSocket套接字并指定端口来接收数据
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(9999);
        //new DatagramPacket 数据包来接受存放数据
        byte[] bytes = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
        //接收数据
        ds.receive(dp);
        //获取数据包中字节数组中接收到的数据
        byte[] data = dp.getData();
        //将存放字符的字节数组转换成字符串
        String s = new String(data, 0, dp.getLength());
        //输出接收的字符串
        System.out.println("接收的数据为："+s);
        //关闭接收端
        ds.close();
    }
}

三、TCP通信程序

1、TCP发送数据—>客户端

• Java中的TCP通信

  • Java对基于TCP协议的网络通信提供了良好的封装，使用Socket对象来戴白哦两端的通信端口，并通过Socket产生的IO流来进行网络通信。
  • Java为客户端提供了Socket类，为服务端提供了ServerSocket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主机指定端口 | | Socket(String host,int port) | 创建流套接字并将其连接到指定IP指定端口 |

• 相关方法 | 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 | | void close() | 关闭socket释放资源 |

• 客户端实现步骤

  1. 创建Socket对象
  2. 通过Socket对象获得出入输出流
  3. 输入流：服务器—->本机
  4. 输出流：本机—->服务器
  5. 操作完成关闭输入输出流和socket对象释放资源

• 代码示例（给服务器端发送信息，并在控制台输出服务器端返回的数据）

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //new 客户端 Socket对象  并指定连接到的主机和端口
        Socket socket = new Socket("localhost",9999);
        //获得Socket的输出流对象    发送数据        本机-->服务端
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        os.write("通过TCP协议发送的数据".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        //获得Socket的输入流对象    接收数据        服务端-->本机
        InputStream is = socket.getInputStream();
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = is.read(bytes);
        String data = new String(bytes, 0, len);
        System.out.println("服务器返回数据："+data);
        //释放资源
        is.close();
        os.close();
        socket.close();
    }
}

2、TCP接收数据—>服务端

• TCP协议的连接只能由客户端主动发起，服务端需要监听指定端口，等待连接。

• ServerSocket对象的accept()方法可以监听指定端口，并在客户端请求是返回Socket对象

• 通过ServerSocket返回的Socket对象获取输入输出流和客户端之间交换数据

• 构造方法（ServerSocket）

• 相关方法（ServerSocket）

• 服务器端实现步骤

  1. 创建服务器套接字ServerSocket对象，并指定端口
  2. 调用ServerSocket对象的accept方法监听要连接到此的客户端，并返回连接的Socket对象
  3. 通过建立连接后获得的Socket对象获得连接的输入输出流和客户端实现数据交换
  4. 完成操作后关闭输入输出流、Socket、ServerSocket释放资源

• 示例代码（服务器端接收客户端发送的信息，并把接收到的信息返回给客户端）

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建服务器端ServerSocket对象，并指定端口
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        //监听此端口并接受返回Socket对象
        Socket socket = serverSocket.accept();
        //获取链接的输入流  读数据        客户端-->服务端
        InputStream is = socket.getInputStream();
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = is.read(bytes);
        String data = new String(bytes, 0, len);
        System.out.println("服务器------>  客户端："+data);
        //获取流的输出流          服务端-->客户端
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        //返回客户端发送过来的数据
        String sentData = "数据已收到---->" + data;
        os.write(sentData.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        //释放资源
        is.close();
        os.close();
        socket.close();
    }
}