网络编程

网络编程概述

网络常识
  1. 1. 什么是计算机网络 
  2.     分布在不同地域的计算机, 通过硬件等网络设备使用通信线路互相连接形成的一个网格系统. 
  3.     计算机网络, 可以很方便的进行 信息的传递, 资源的共享! 
  5. 2. 什么是计算机的IP地址 （区分每一台计算机网络的计算设备）
  6.     IP地址 是计算机在互联网中的唯一标识（指的是公网ip的唯一标识）.就像人在社会中的身份证号码. 
  7.     本机IP: 
  8.         127.0.0.1 
  9.         localhost（域名，127.0.0.1的别名）
  10.     IP地址分类
  11.         IPv4 长度为32位（4个字节）。地址由网络和主机部分组成，这取决于地址类。根据地址的前几位，可定义各种地址类：A、B、C、D 或 E。IPv4地址的总数为 4,294,967,296。
  12. IPv4 地址的文本格式为nnn.nnn.nnn.nnn，其中0<=nnn<=255，而每个 n 都是十进制数。可省略前导零。最大打印字符数为15个，不计掩码。
  13.         IPv6 长度为128位（16个字节）。基本体系结构的网络数字为64位，主机数字为64位。通常，IPv6地址（或其部分）的主机部分将派生自 MAC 地址或其他接口标识。根据子网前缀，IPv6的体系结构比IPv4的体系结构更复杂。(每16字节一组，分成8组16进制数，表示成ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789)
  15. 一般我们所设置的是我们局域网范围内的局域网的ip，局域网ip可称为内网ip
  16.     通常我们说ip，有内网ip与公网ip。
  17. 由于我国的公网ip不够用，特别是IPv4,可能是某个范围内公用一个ip，这样的ip在高峰期时会特别卡
  19. 很多人自己配了一个ip地址，如果没有插网线或连WIFI的话，通过此ip地址是无法找到自己的计算机的，需要通过127.0.0.1，这个ip无论是否插网线或连ip都能找到自己的计算机
  21. 3. 什么是网络中网站的域名 
  22.     域名可以简单的理解为,IP地址的别名.更方便记忆,当输入域名后(例如www.baidu.com),计算机会访问域名解析商 , 然后得到ip地址,再进行访问.
  24. 4. 什么是计算机的端口号 (计算机的每一个程序可以占用N个端口号)
  26.     端口号的范围 0-65535 之间.***** 
  28.     与ip地址很相似,IP地址是计算机在网络中的唯一标识.
  29.     端口号是计算机中程序的标识.用于在一台计算机中区分不同的应用程序 
  30.     端口号在使用时,应尽量避免0-1024之间的端口号,因为已经被一些知名的软件和windows操作系统所占用了.
  32. 5. 什么是计算机之间的通信协议 
  33.     是计算机与计算机之间交流的标准. 
  34.     是对数据的 传输速率, 传入接口, 步骤控制 出错控制 等等 制定的一套标准 !
  35.     通信双方必须同时遵守，最终完成数据交换。
  36.     常用的通信协议: 
  37.     1. http协议 : 超文本传输协议 . 80端口号 
  38.     2. https协议: 安全的超文本传输协议 443端口号 
  39.     3. ftp协议: 文件传输协议 21端口号 
  40.     4. TCP协议: 传输控制协议  （三次握手，四次挥手）
  41.     5. UDP协议: 数据报协议
  43. TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇。TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议，而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇， 只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性，所以被称为TCP/IP协议。
  45. TCP协议-OSI网络模型 
  46. 指的是 从一台计算机的软件中, 将数据发送到另一台计算机的软件中的过程. 七层网络模型: 应用层 / 表现层 / 会话层 / 传输层 / 网络层 / 数据链路层 / 物理层
  48. tcp协议客户端与服务器连接时,存在三次握手操作, 确保消息能准确无误的发送.断开连接是时,存在四次挥手操作
  50. 三次握手（three-way handshaking）
  51. 1.背景：TCP位于传输层，作用是提供可靠的字节流服务，为了准确无误地将数据送达目的地，TCP协议采纳三次握手策略。
  52. 2.原理：
  53. 1）发送端首先发送一个带有SYN（synchronize）标志地数据包给接收方。
  54. 2）接收方接收后，回传一个带有SYN/ACK标志的数据包传递确认信息，表示我收到了。
  55. 3）最后，发送方再回传一个带有ACK标志的数据包，代表我知道了，表示’握手‘结束。
  57. 四次挥手（Four-Way-Wavehand）
  58. 1.意义：当被动方收到主动方的FIN报文通知时，它仅仅表示主动方没有数据再发送给被动方了。但未必被动方所有的数据都完整的发送给了主动方，所以被动方不会马上关闭SOCKET,它可能还需要发送一些数据给主动方后，再发送FIN报文给主动方，告诉主动方同意关闭连接，所以这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。
  59. 2.原理：
  60.  1）第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。
  61.  2）第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态。
  62.  3）第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。
  63.  4）第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。
  65. UDP该协议称为用户数据报协议（UDP，User Datagram Protocol）。UDP 为应用程序提供了一种无需建立连接就可以发送封装的IP数据包的方法。
  66. （因为无连接——>所以传输速度快——>但是容易丢失数据）
  68. UDP是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议，它主要用于不要求分组顺序到达的传输中，分组传输顺序的检查与排序由应用层完成，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。UDP 协议基本上是IP协议与上层协议的接口。UDP协议适用端口分别运行在同一台设备上的多个应用程序。
  70. UDP提供了无连接通信，且不对传送数据包进行可靠性保证，适合于一次传输少量数据，UDP传输的可靠性由应用层负责。常用的UDP端口号有：53（DNS）、69（TFTP）、161（SNMP），使用UDP协议包括：TFTP、SNMP、NFS、DNS、BOOTP。
  72. UDP报文没有可靠性保证、顺序保证和流量控制字段等，可靠性较差。但是正因为UDP协议的控制选项较少，在数据传输过程中延迟小、数据传输效率高，适合对可靠性要求不高的应用程序，或者可以保障可靠性的应用程序，如DNS、TFTP、SNMP等。
  74. UDP报头由4个域组成，其中每个域各占用2个字节，具体包括源端口号、目标端口号、数据报长度、校验值。

网络编程程序的分类

1.B/S 程序 : 浏览器与服务器程序 （实时更新，透明，不大安全）

2.C/S 程序 : 客户端与服务器程序 （不强制更新，安全保证）

TCP程序

TCP 协议 的 C/S程序

需要使用到两个类, 来编写TCP协议的 CS程序 .

1.ServerSocket 搭建服务器

2.Socket 搭建客户端 （连接服务器）

两方使用socket(套接字 , 通信端点) 进行交流 （两台计算机之间的通信端点我们称为套接字）

客户端与服务器就是通过这个socket来发送与接收

如何搭建服务器？首先要明确一点，在进行网络编程时，是先有服务器，我们客户端再去连服务器，写程序时一定是两个Demo/两个方法，一个是客户端的、一个是服务器的；客户端的如果先运行去连接服务器，服务器没有，程序就会崩溃。

网络 编程程序的分类

1.B/S 程序 : 浏览器与服务器程序

2.C/S 程序 : 客户端与服务器程序

ServerSocket

用于创建服务器 . 创建完毕后, 会绑定一个端口号.

然后此服务器可以等待客户端连接 .

每连接一个客户端 , 服务器就会得到一个新的Socket对象, 用于跟客户端进行通信 .

常用构造方法：
  1. ServerSocket(int port/*传端口号*/); `****` //客户端可以通过new Socket
  2.         //此ServerSocket在哪运行我们就可以传ip地址+端口号，去连上此ServerSocket
  3. 创建一个基于TCP/IP协议的服务器 , 并绑定指定的端口号. 
  4. 注意: 参数port的范围是: 0-65535 (建议1025-65535)

常用方法：
  1. Socket accept(); `****` 
  2. 等待客户端连接. 
  3. 此方法会导致线程的阻塞! //整个线程在等待
  4. 直到一个新的客户端连接成功, return Socket对象后,线程在继续执行.
  6. void close();//当你调用关闭后，它会执行四次挥手的流程，可以稳稳的关闭服务器
  7. 释放占用的端口号,关闭服务器

需要客户端与服务器端进行交互才能有特定的显示结果

  1. public class BrowserDemo {
  2.     /**
  3.      * TCP协议的网络编程
  4.      * @param args
  5.      */
  6.     public static void main(String[] args) throws IOException {
  7.         //搭建服务器
  8.         ServerSocket server = new ServerSocket(55565);
  9.         System.out.println("服务器启动完毕");
  10.         //等待客户端的连接
  11.         Socket socket = server.accept();
  12.         System.out.println("一个客户端连接了");
  13.         System.out.println("服务器程序执行结束");
  14.     }
  15. }
  1. public class ClientDemo {
  2.     //客户端
  3.     public static void main(String[] args) throws IOException {
  4.         Socket socket = new Socket("127.0.0.1",55565);
  5.     }
  6. }
  1. 实现结果：
  2. 服务器启动完毕（先执行服务器程序时的结果）
  3. 一个客户端连接了//执行服务器程序后执行客户端服务器所显示的结果
  4. 服务器程序执行结束//上述实现结果均在服务器程序所显示实现

Socket

是两台计算机之间通信的端点 , 是网络驱动提供给应用程序编程的一种接口 一套标准, 一种机制

构造方法：
  1. Socket(String ip,int port) **** 
  2. 创建一个套接字, 并连接指定ip和端口号的 服务器. 
  3. 参数1. 服务器的ip地址 
  4. 参数2. 服务器软件的端口号

常用方法：

建立连接后，如何进行交互？

  1. - OutputStream getOutputStream();//发送消息（相对于程序本身而言）
  2. 返回的是 , 指向通信的另一端点的输出流 
  3. //客户端想给服务器发消息通过此方法得到输出流，向服务器输出    
  5. 服务器与客户端之间可以通过OutputStream与InputStream进行交流交互
  7. - InputStream getInputStream();//接收消息（相对于程序本身而言）
  8. 返回的是 , 指向通信的另一端点的输入流 
  9. //服务器想要接收，可以使用此方法
  11. - void close();
  12. 关闭套接字 
  14. 注意:
  15. 在网络编程时, 获取输入输出流的操作 ,对于客户端与服务器来说是相对的 
  16. 客户端的输入流, 输入的是服务器的输出流 输出的内容. 
  17. 客户端的暑促刘, 输出到了服务器的输入流中. 
  18. 所以 在使用时, 需要注意以下一点规则: 
  19. 客户端与服务器获取流的顺序必须是相反的: 
  20. 例如:
  21. 客户端先得到了输入流 , 那服务器必须先获取输出流

服务器与客户端两方一定是一个在发一个在接，回复对方再去接收，一定是交替的，而不是两个都给对方发，都在等对方接收以后再去接。（当然我们可以使用多线程，一个线程负责发一个线程负责接）

  1. public class ServerDemo {
  2.     /**
  3.      * TCP协议的网络编程
  4.      * @param args
  5.      */
  6.     public static void main(String[] args) throws IOException {
  7.         //搭建服务器
  8.         ServerSocket server = new ServerSocket(55565);
  9.         System.out.println("服务器启动完毕");
  10.         //等待客户端的连接
  11.         Socket socket = server.accept();
  12.         System.out.println("一个客户端连接了");
  14.         OutputStream os = socket.getOutputStream();
  15.         //输出流转成打印流
  16.         PrintStream ps = new PrintStream(os);
  17.         ps.println("欢迎你连接服务器");
  19.         InputStream is = socket.getInputStream();
  20.         BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
  21.         String text = br.readLine();
  22.         System.out.println("服务器接收到了客户端的回复："+text);
  24.         System.out.println("服务器程序执行结束");
  25.     }
  26. }
  1. public class ClientDemo {
  2.     //客户端
  3.     public static void main(String[] args) throws IOException {
  4.         Socket socket = new Socket("127.0.0.1",55565);
  5.         InputStream is = socket.getInputStream();
  6.         //一次读一行
  7.         BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
  8.         String text = br.readLine();
  9.         System.out.println("客户端接到消息："+text);
  10.         OutputStream os = socket.getOutputStream();
  11.         PrintStream ps = new PrintStream(os);
  12.         ps.println("服务器你好");
  13.     }
  14. }

在服务器中加入多线程

在服务器中加入多线程，提高服务器处理多线程的能力。

如果想要让服务器同时服务多个客户端，怎么办？

循环等待客户端连接；当一个客户端连接以后立刻开始下一次循环，此时单独开一个线程并在线程里写入一个run方法，在子线程里获取输出输入流，那么此时我们用此子线程与客户端进行交流。通过这种方式，我们的主线程就可以一直等客户端连接，每一个客户端连接上以后我们用一个个子线程与其进行交流，此时服务器就能承受很多的客户端。

两者须交替执行才不会卡死，如果服务器先获取输入流，那么客户端需要先获取输出流，反之亦然。

  1. public class ServerDemo {
  2.     /**
  3.      * TCP协议的网络编程
  4.      * @param args
  5.      */
  6.     public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
  7.         //搭建服务器
  8.         ServerSocket server = new ServerSocket(55565);
  9.         System.out.println("服务器启动完毕");
  10.         //等待客户端的连接
  11.         //死循环
  12.         while(true){
  13.             Socket socket = server.accept();
  14.            /**
  15.             //如果我们接到客户端消息之后想跟客户端发消息进行一波交流
  16.             //假如说这个交流占了十分钟，那么此时循环就卡在这十分钟，就没有办法去接下一个客户端
  17.             //上述情况，客户端也没有连上服务器
  18.             Thread.sleep(600000);
  19.             */
  20.             new Thread(){
  21.                 @Override
  22.                 public void run() {
  23.                     try {
  24.                       //此输入流输出流是在子线程里获取的
  25.                       InputStream is = socket.getInputStream();
  26.                       OutputStream os = socket.getOutputStream();
  27.                     } catch (IOException e) {
  28.                         e.printStackTrace();
  29.                     }
  30.                 }
  31.             }.start();
  32.             System.out.println("一个客户端连接了");
  33.         }
  34.     }
  35. }
  1. public class ClientDemo {
  2.     //客户端
  3.     public static void main(String[] args) throws IOException {
  4.         Socket socket = new Socket("127.0.0.1",55565);
  6.         OutputStream os = socket.getOutputStream();
  7.         InputStream is = socket.getInputStream();
  8.     }
  9. }

相关类和API

常用方法：

（真正常用的就是getInputStream与getOutputStream两个方法）

不要忘记使用close（）方法关闭套接字

获取连接的端口号

  1. public int getPort()//此套接字连接到的远程端口号，如果尚未连接套接字，则为0。 
  2. //返回此套接字连接的远程端口号。 
  3. //如果套接字在closed之前已连接，则此方法将在套接字关闭后继续返回连接的端口号。 
  5. public int getLocalPort()//此套接字绑定到的本地端口号，如果尚未绑定套接字，则返回-1。
  6. //返回此套接字绑定的本地端口号。 
  7. //如果套接字在closed之前被绑定 ，则此方法将在套接字关闭后继续返回本地端口号。

获取连接的ip

  1. public InetAddress getInetAddress()
  3. 返回套接字连接的地址。 
  4. 如果套接字在closed之前已连接，则此方法将在套接字关闭后继续返回连接的地址。 
  6. 结果 
  7. 此套接字连接的远程IP地址，如果未连接套接字， null 。

判断目前是否已经是关闭

  1. public boolean isClosed()//已关闭为true

判断目前是否是连接状态

  1. public boolean isConnected()//已成功连接为true
  2.     注意：关闭套接字不会清除其连接状态，这意味着如果在关闭之前成功连接，则此方法将为已关闭的套接字返回true

UDP(了解)

用户数据报协议, 与tcp协议不同, UDP的连接是不可信的. 数据发送的成功与失败 与 数据报是无关的.

InetAddress 描述IP地址的类
  1. InetAddress 这个类的对象, 用于描述IP . 
  3. 得到InetAddress对象的方式: 
  4. InetAddress ip = InetAddress.getByName("192.168.102.228");
  5. 在UDP协议中. 通过数据包DatagramPacket的getAddress方法, 可以得到数据包来自哪个ip 
  6. 在TCP协议中, 通过套接字Socket的getInetAddress方法, 可以得到套接字连接的ip地址. 
  8. - 常用方法: 
  10. 1.String getHostAddress() 
  11. ip地址字符串 
  13. 2.String getHostName() 
  14. 计算机名称, 当名称无法获取时, 获取的为ip地址.