Socket网络编程(一)——网络通信入门基本概念

网络通信基本概念

什么是网络？

• 在计算机领域中，网络是信息传输、接收、共享的虚拟平台
• 在通过它把各个点、面、体的信息联系到一起，从而实现这些资源的共享
• 网络是人类发展史来最重要的发明，提高了科技和人类社会的发展

网络通信的基本架构

通信的基本架构主要有两种形式：一种是CS架构（Client 客户端/Server服务端）、一种是BS架构（Brower 浏览器/Server服务端）。

1. CS架构的特点：CS架构需要用户在自己的电脑或者手机上安装客户端软件，然后由客户端软件通过网络连接服务器程序，由服务器把数据发给客户端，客户端就可以在页面上看到各种数据了。
2. BS架构的特点：BS架构不需要开发客户端软件，用户只需要通过浏览器输入网址就可以直接从服务器获取数据，并由服务器将数据返回给浏览器，用户在页面上就可以看到各种数据了。Java的程序员，以后从事的工作方向主要还是BS架构的。

什么是网络编程?

• 网络编程从大的方面说就是对信息的发送到接收
• 通过操作相应Api调度计算机硬件资源，并利用传输管道（网络）行数据交换的过程

7层网络模型-OSI模型

基础层∶物理层(Physical)、数据链路层(Datalink)、网络层(Network)
传输层(Transport) : TCP-UDP协议层、Socket
高级层∶会话层(Session)、表示层(Presentation)、应用层(Application)
模型对应关系图

什么是Socket？

• 简单来说是IP地址与端口的结合协议（RFC 793 )
• 一种地址与端口的结合描述协议
• TCP/IP协议的相关API的总称；是网络Api的集合实现
• 涵盖了: Stream Socket/Datagram Socket

Socket的作用和组成

• 在网络传输中用于唯一标示两个端点之间的链接
• 端点∶包括(IP+Port )
• 4个要素:客户端地址、客户端端口、服务器地址、服务器端口

Socket传输原理

Socket与TCP、UDP的关系

Socket就是对TCP、UDP之间的封装

Socket 之 TCP

• TCP是面向连接的通信协议
• 通过三次握手建立连接，通讯完成时要拆除连接
• 由于TCP是面向连接的所以只能用于端到端的通讯
  图解
  

Socket 之 UDP

• UDP是面向无连接的通讯协议
• UDP数据包括目的端口号和源端口号信息
• 由于通讯不需要连接，所以可以实现广播发送，并不局限于端到端
  图解
  

CS模型(Client-Server Application)

• TCP/IP协议中，两个进程间通信的主要模式为：CS模型
• 主要目的:协同网络中的计算机资源、服务模式、进程间数据共享
• 常见的:FTP、SMTP、HTTP

报文段

• 报文段是指TCP/IP协议网络传输过程中，起着路由导航作用
• 用以查询各个网络路由网段、IP地址、交换协议等lIP数据包
• 报文段充当整个TCP/IP协议数据包的导航路由功能
• 报文在传输过程中会不断地封装成分组、包、帧来传输
• 封装方式就是添加一些控制信息组成的首部，即报文头

牛刀小试（TCP消息发送与接收）

Socket客户端实现

代码如下

package cn.kt.SocketDemoL2;import java.io.*;
import java.net.Inet4Address;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.Socket;public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {Socket socket = new Socket();// 超时时间socket.setSoTimeout(3000);// 连接本地，端口2000；超时时间3000mssocket.connect(new InetSocketAddress(Inet4Address.getLocalHost(), 2000), 3000);System.out.println("已发起服务器连接，并进入后续流程～");System.out.println("客户端信息：" + socket.getLocalAddress() + " P:" + socket.getLocalPort());System.out.println("服务器信息：" + socket.getInetAddress() + " P:" + socket.getPort());try {// 发送接收数据todo(socket);} catch (Exception e) {System.out.println("异常关闭");}// 释放资源socket.close();System.out.println("客户端已退出～");}private static void todo(Socket client) throws IOException {// 构建键盘输入流InputStream in = System.in;BufferedReader input = new BufferedReader(new InputStreamReader(in));// 得到Socket输出流，并转换为打印流OutputStream outputStream = client.getOutputStream();PrintStream socketPrintStream = new PrintStream(outputStream);// 得到Socket输入流，并转换为BufferedReaderInputStream inputStream = client.getInputStream();BufferedReader socketBufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));boolean flag = true;do {// 键盘读取一行String str = input.readLine();// 发送到服务器socketPrintStream.println(str);// 从服务器读取一行String echo = socketBufferedReader.readLine();if ("bye".equalsIgnoreCase(echo)) {flag = false;}else {System.out.println(echo);}}while (flag);// 资源释放socketPrintStream.close();socketBufferedReader.close();}
}

Socket服务端实现

代码如下：

package cn.kt.SocketDemoL2;import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {// 新建Socket服务端，监听2000端口ServerSocket server = new ServerSocket(2000);System.out.println("服务器准备就绪～");System.out.println("服务器信息：" + server.getInetAddress() + " P:" + server.getLocalPort());// 等待客户端连接for (; ; ) {// 得到客户端Socket client = server.accept();// 客户端构建异步线程ClientHandler clientHandler = new ClientHandler(client);System.out.println("================================" + clientHandler);// 启动线程clientHandler.start();}}/*** 客户端消息处理*/private static class ClientHandler extends Thread {private Socket socket;private boolean flag = true;ClientHandler(Socket socket) {this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {super.run();System.out.println("新客户端连接：" + socket.getInetAddress() +" P:" + socket.getPort());try {// 得到打印流，用于数据输出；服务器回送数据使用PrintStream socketOutput = new PrintStream(socket.getOutputStream());// 得到输入流，用于接收数据BufferedReader socketInput = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));do {// 客户端拿到一条数据String str = socketInput.readLine();if ("bye".equalsIgnoreCase(str)) {flag = false;// 回送socketOutput.println("bye");} else {// 打印到屏幕。并回送数据长度System.out.println(str);socketOutput.println("回送：" + str.length());}} while (flag);socketInput.close();socketOutput.close();} catch (Exception e) {System.out.println("连接异常断开");} finally {// 连接关闭try {socket.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}System.out.println("客户端已退出：" + socket.getInetAddress() +" P:" + socket.getPort());}}
}

运行结果

1. 启动服务端
2. 启动客户端
3. 客户端发送消息
   
   

传输协议

• 协议顾名思义，一种规定，约束
• 约定大于配置，在网络传输中依然适用;网络的传输流程是健壮的稳定的，得益于基础的协议构成
• 简单来说︰A->B的传输数据，B能识别，反之B->A的传输数据A也能识别，这就是协议

Mac地址

• Media Access Control或者Medium Access Control
• 意译为媒体访问控制，或称为物理地址、硬件地址
• 用来定义网络设备的位置
• 形如:44-45-53-54-O0-00;身份证类似，不会重复

IP地址

• 互联网协议地址（英语:Internet Protocol Address，又译为网际协议地址)，缩写为IP地址（英语:IP Address )

• 是分配给网络上使用网际协议（英语:Internet Protocol,IP)的设备的数字标签

• 常见的IP地址分为lPv4与IPv6两大类

• IP地址由32位二进制数组成，常以XXX.XXX.XXX.XXX形式表现，每组XXX代表小于或等于255的10进制数
  如:208.80.152.2

• 分为A、B、C、D、E五大类，其中E类属于特殊保留地址

IP地址-IPv4

• 总数量:4,294,967,296个（即232 ) :42亿个﹔最终于2011年2月3日用尽
• 如果主机号是全1，那么这个地址为直接广播地址
• IP地址“255.255.255.255”为受限广播地址
  

IP地址-IPv6

• 总共有128位长，IPv6地址的表达形式，一般采用32个十六进制数。也可以想象为1632个
• 由两个逻辑部分组成:一个64位的网络前缀和一个64位的主机地址，主机地址通常根据物理地址自动生成，叫做EUI-64（或者64-位扩展唯一标识)
• 例如：2001:0db8:85a3:0000:1319:8a2e:0370:7344
• IPv4转换为IPv6一定可行，IPv6转换为IPv4不一定可行

端口

• 如果把IP地址比作一间房子，端口就是出入这间房子的门或者窗户
• 在不同门窗户后有不同的人，房子中的用户与外界交流的出口
• 外界鸽子(信息）飞到不同窗户也就是给不同的人传递信息
• 0到1023号端口以及1024到49151号端口都是特殊端口
• 计算机之间依照互联网传输层TCP/IP协议的协议通信，不同的协议都对应不同的端口
• 49152到65535号端口属于“动态端口”范围，没有端口可以被正式地注册占用

Web请求访问流程

1. 先会访问该域名的域名服务器，53端口
2. 然后域名服务器会查询该域名的具体ip地址和端口号并返回
3. 然后就可以进行传数据交互访问