网络编程(TCP协议,UDP协议)
目录
网络编程三要素
IP
IPv4
InetAddress类
端口号
协议
UDP协议
UDP协议发送数据
UDP协议接收数据
UDP的三种通信方式(代码实现)
TCP协议
TCP通信程序
三次握手和四次挥手
练习
1、客户端:多次发送数据服务器:接收多次接收数据,并打印
2、客户端:发送一条数据,接收服务端反馈的消息并打印
服务器:接收数据并打印,再给客户端反馈消息
3、客户端:将本地文件上传到服务器。接收服务器的反馈。服务器:接收客户端上传的文件,上传完毕之后给出反馈。
什么是网络编程?
在网络通信协议下,不同计算机上运行的程序,进行的数据传输。
常见软件架构有哪些?
CS/BS
通信的软件架构CS\BS的各有什么区别和优缺点
CS:客户端服务端模式需要开发客户端
BS:浏览器服务端模式不需要开发客户端,
CS:适合定制专业化的办公类软件如:IDEA、网游
BS:适合移动互联网应用,可以在任何地方随时访问的系统
C/S(Client/Server)架构是一种分布式计算模型,其中客户端和服务器分别承担不同的功能和责任。客户端是面向用户的界面和应用程序,负责向用户提供交互界面和功能。服务器则负责处理客户端发送的请求,进行数据处理和存储,并将处理结果返回给客户端。
B/S(Browser/Server)架构也是一种分布式计算模型,类似于c/s架构。不同之处在于,b/s架构中的客户端是基于浏览器的Web应用程序,通过浏览器访问Web服务器上的应用程序。服务器处理客户端请求,并将结果通过Web页面返回给客户端。
总体而言,c/s架构适用于需要实现复杂业务逻辑和功能的应用程序,而b/s架构适用于面向广大用户的Web应用程序。
网络编程三要素
IP:设备在网络中的地址,是唯一的标识。
端口号:应用程序在设备中唯一的标识。
协议:数据在网络中传输的规则,常见的协议有UDP、TCP、http、https、ftp。
IP
全称:Internet Protocol,是互联网协议地址,也称IP地址。
是分配给上网设备的数字标签。
常见的IP分类为:IPv4、IPv6
IPv4
全称:Internet Protocol version4,互联网通信协议第四版
采用32位地址长度,分成4组
网际协议版本4(IPv4)是互联网通信中应用最广泛的网络协议之一,它负责将数据包从源头发送到目的地。IPv4使用32位地址格式,能够提供约43亿个独立的地址。这些地址被用于在互联网上唯一标识每个网络设备,如计算机、手机或其他终端设备。
IPv4的核心功能包括无连接的数据传输和最大努力交付。无连接意味着在数据传输之前,不需要建立持久的连接状态。每个数据包都是独立处理并路由至目标地址。最大努力交付则表明该协议尽力将数据包传送到目的地,但不保证所有数据包均能成功到达,也不保证它们会按顺序到达。这些特性需要由更高层的协议,如传输控制协议(TCP),来加以管理和修正。
IPv4的设计和结构对其普及和功能至关重要。IPv4数据包包含一个固定长度的头部,通常为20字节,后面可跟随可选的扩展部分。固定头部包括多个字段,如版本号、首部长度、总长度、标识、标志、片偏移、生存时间(TTL)、协议、首部校验和、源地址和目的地址等。这些字段共同确保了数据包的正确传输及其优先级、路由和错误校验。
由于IPv4地址的枯竭问题,互联网社区早在1990年代就开始研究替代方案。最终,网际协议版本6(IPv6)被开发出来,以解决地址空间不足的问题。IPv6使用128位地址格式,可以提供近乎无限的地址空间。尽管IPv6在技术上解决了IPv4的许多限制,但由于技术升级和迁移的复杂性,IPv6的普及速度相对较慢。
总结来说,IPv4作为互联网的基础协议,虽然存在一些限制,但它在过去几十年里成功地支撑了互联网的迅猛发展。然而,随着IPv4地址的耗尽和互联网需求的不断增长,向IPv6的过渡已成为不可逆转的趋势。未来,IPv6可能会完全取代IPv4,成为互联网通信的主流协议。
InetAddress类
static InetAddress getByName(string host) 确定主机名称的IP地址,主机名称可以是机器名称,也可以是IP地址
String getHostName() 获取此IP地址的主机名
String getHostAddress() 返回文本显示中的IP地址字符串
package InetAddress24_6_21;import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;public class InetAddressDemo1 {public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {//1.获取InetAddress的对象// IP的对象 一台电脑的对象InetAddress address=InetAddress.getByName("努力敲代码的小火龙");System.out.println(address);String name = address.getHostName();System.out.println(name);String ip = address.getHostAddress();System.out.println(ip);}
}
端口号
应用程序在设备中唯一的标识。
端口号:由两个字节表示的整数,取值范围:0~65535
其中0~1023之间的端口号用于一些知名的网络服务或者应用。
我们自己使用1024以上的端口号就可以了。
注意:一个端口号只能被一个应用程序使用,
协议
计算机网络中,连接和通信的规则被称为网络通信协议
OSI参考模型和TCP/IP参考模型是网络通信中常用的两种参考模型,用于描述计算机网络中不同层次的协议和功能。两种参考模型的各层对应的协议如下:
OSI参考模型的七层对应协议:
1. 物理层:主要负责传输比特流,按照电气、光学或者机械方式传送信号。没有具体的协议对应。
2. 数据链路层:主要负责将比特流分成具有特定意义的帧,并进行错误检测和纠正。常用的协议有以太网(Ethernet)和无线局域网(Wi-Fi)。
3. 网络层:主要负责将数据包从源主机传输到目标主机,包括寻址、路由选择和包分片等功能。常用的协议有Internet协议(IP)。
4. 传输层:主要负责提供端到端的可靠数据传输,包括流量控制和拥塞控制等功能。常用的协议有传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)。
5. 会话层:主要负责建立、管理和终止应用程序之间的通信会话。没有具体的协议对应。
6. 表示层:主要负责处理数据的表示和转换,确保不同主机上的应用程序能够解释和理解数据的意义。没有具体的协议对应。
7. 应用层:最上层的应用程序直接面向用户,并提供特定的网络服务,例如电子邮件(SMTP)、文件传输(FTP)和域名系统(DNS)等。
TCP/IP参考模型的四层对应协议:
1. 网络接口层(网络接入层):主要负责将数据链路层的帧封装为IP数据包,并进行物理传输。常用的协议有以太网(Ethernet)和无线局域网(Wi-Fi)。
2. 网际层(互联网层):主要负责将数据包从源主机传输到目标主机,包括寻址、路由选择和包分片等功能。常用的协议有Internet协议(IP)。
3. 传输层:主要负责提供端到端的可靠数据传输,包括流量控制和拥塞控制等功能。常用的协议有传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)。
4. 应用层:最上层的应用程序直接面向用户,并提供特定的网络服务,例如电子邮件(SMTP)、文件传输(FTP)和域名系统(DNS)等。
需要注意的是,TCP/IP参考模型的网络接口层对应了OSI参考模型的物理层和数据链路层。因此,TCP/IP参考模型只有四层,而OSI参考模型有七层。
UDP协议
用户数据报协议(User Datagram Protocol)
UDP是面向无连接通信协议。
速度快,有大小限制一次最多发送64K,数据不安全,易丢失数据
UDP协议发送数据
package UDPDemo;import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;public class SendMessageDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {//发送数据//创建Datagramsocket对象//绑定端口,以后我们就是通过这个端口往外发送// 空参:所有可用的端口中随机一个进行使用// 有参:指定端口号进行绑定DatagramSocket ds=new DatagramSocket();//打包数据String str="hello world";byte[] bytes=str.getBytes();InetAddress address=InetAddress.getByName("127.0.0.1");int port=10086;//数据打包DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);//发送数据ds.send(dp);//释放资源ds.close();}
}
UDP协议接收数据
package UDPDemo;import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;public class ReceiveMessageDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {//1.创建Datagramsocket对象(快递公司)//在接收的时候,一定要绑定端口//而且绑定的端口一定要跟发送的端口保持一致DatagramSocket ds=new DatagramSocket(10086);//接收数据包byte[] bytes=new byte[1024];DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes,bytes.length);//该方法是阻塞的,程序执行到这一步的时候,会在这里死等,等发送端发送消息ds.receive(dp);//解析数据包byte[] data=dp.getData();int len=dp.getLength();InetAddress address=dp.getAddress();int port=dp.getPort();System.out.println("接收到数据"+new String(data,0,len));System.out.println("这个数据是从"+address+"这台电脑中的"+port+"这个端口发出的");//释放资源ds.close();}
}
先运行接收端,再运行发送端
UDP的三种通信方式(代码实现)
单播
- 之前的代码就是单播
组播
- 组播地址:224.0.0.0~239.255.255.255
- 其中224.0.0.0~224.0.0.255 为预留的组播地址
三个接收端:
package UDPDemo2;import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;public class ReceiveMessageDemo3 {public static void main(String[] args) throws IOException {MulticastSocket ms=new MulticastSocket(10000);//将当前本机,添加到224.0.0.1的这一组当中InetAddress address=InetAddress.getByName("224.0.0.1");ms.joinGroup(address);//接收数据包byte[] bytes=new byte[1024];DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes,bytes.length);ms.receive(dp);//解析数据包byte[] data=dp.getData();int len=dp.getLength();int port=dp.getPort();System.out.println("这个数据是从"+address+"这台电脑中的"+port+"这个端口发出的,发出的数据为"+new String(data,0,len));//释放资源ms.close();}
}
发送端
package UDPDemo2;import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;public class SendMessageDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {MulticastSocket ms=new MulticastSocket();//打包数据String str="hello world";byte[] bytes=str.getBytes();InetAddress address=InetAddress.getByName("224.0.0.1");int port=10000;//数据打包DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);//发送数据ms.send(dp);//释放资源ms.close();}
}
广播
- 广播地址:255.255.255.255
package UDPDemo;import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;public class SendMessageDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {//发送数据//创建Datagramsocket对象//绑定端口,以后我们就是通过这个端口往外发送// 空参:所有可用的端口中随机一个进行使用// 有参:指定端口号进行绑定DatagramSocket ds=new DatagramSocket();//打包数据String str="hello world";byte[] bytes=str.getBytes();InetAddress address=InetAddress.getByName("255.255.255.255");int port=10086;//数据打包DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);//发送数据ds.send(dp);//释放资源ds.close();}
}
TCP协议
传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)
TCP协议是面向连接的通信协议。
速度慢,没有大小限制,数据安全。
TCP通信程序
TCP通信协议是一种可靠的网络协议,它在通信的两端各建立一个Socket对象通信之前要保证连接已经建立
通过Socket产生I0流来进行网络通信
客户端
- 创建客户端的Socket对象(Socket)与指定服务端连接 Socket(string host,int port)
- 获取输出流,写数据 Outputstream getoutputstream()
- 释放资源
package TCPDemo;import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {//创建Socket对象// 在创建对象的同时会连接服务端,如果连接不上,代码会报错Socket socket=new Socket("127.0.0.1",10001);//可以从连接通道中获取输出流OutputStream os=socket.getOutputStream();//写出数据os.write("你好你好".getBytes());//释放资源os.close();socket.close();}
}
服务器
- 创建服务器端的Socket对象(ServerSocket) ServerSocket(int port)
- 监听客户端连接,返回一个Socket对象 Socket accept()
- 获取输入流,读数据,并把数据显示在控制台 InputStream getInputstream()
- 释放资源 void close()
package TCPDemo;import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {//创建对象ServerSockerServerSocket ss=new ServerSocket(10001);//监听客户端的链接Socket socket=ss.accept();//从连接通道中获取输入流读取数据InputStream is=socket.getInputStream();InputStreamReader isr=new InputStreamReader(is);int b;while ((b=isr.read())!=-1){System.out.println((char)b);}//释放资源socket.close();ss.close();}
}
三次握手和四次挥手
三次握手(Three-way Handshake)和四次挥手(Four-way Fin-Wait-RST)是TCP协议中建立和终止连接的过程。
1. 三次握手:
三次握手是指在TCP连接建立过程中,客户端和服务器端需要进行三次报文交换,以确保双方的发送和接收能力都正常。具体过程如下:
a) 客户端向服务器端发送一个带有SYN标志的报文,表示请求建立连接。
b) 服务器端收到客户端的SYN报文后,会回复一个带有SYN和ACK标志的报文,表示同意建立连接。
c) 客户端收到服务器端的SYN+ACK报文后,会回复一个带有ACK标志的报文,表示连接已建立。
2. 四次挥手:
四次挥手是指在TCP连接终止过程中,客户端和服务器端需要进行四次报文交换,以确保双方的数据都已经被对方接收并处理完毕。具体过程如下:
a) 客户端向服务器端发送一个带有FIN标志的报文,表示请求终止连接。
b) 服务器端收到客户端的FIN报文后,会回复一个带有ACK标志的报文,表示已经收到了客户端的终止请求。
c) 服务器端在处理完所有数据后,向客户端发送一个带有FIN标志的报文,表示同意终止连接。
d) 客户端收到服务器端的FIN报文后,会回复一个带有ACK标志的报文,表示连接已终止。
练习
1、客户端:多次发送数据
服务器:接收多次接收数据,并打印
客户端
package Test1;import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {Socket socket=new Socket("127.0.0.1",10001);Scanner sc=new Scanner(System.in);OutputStream os=socket.getOutputStream();while (true){System.out.println("请输入数据");String str=sc.nextLine();//退出方法if("886".equals(str)){break;}//写出数据os.write(str.getBytes());}//释放资源}
}
服务器
package Test1;import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket ss=new ServerSocket(10001);//等待客户端来连接Socket socket = ss.accept();//读取数据InputStream is=socket.getInputStream();InputStreamReader isr=new InputStreamReader(is);int b;while ((b=isr.read())!=-1){System.out.print((char) b);}//释放资源socket.close();ss.close();}
}
2、客户端:发送一条数据,接收服务端反馈的消息并打印
服务器:接收数据并打印,再给客户端反馈消息
客户端
package Test2;import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {Socket socket=new Socket("127.0.0.1",10001);//写出数据String str="你好呀";OutputStream os = socket.getOutputStream();os.write(str.getBytes());//写出结束标记socket.shutdownOutput();//接收服务端的回写数据InputStream is=socket.getInputStream();InputStreamReader isr=new InputStreamReader(is);int b;while ((b=isr.read())!=-1){System.out.print((char) b);}//释放资源socket.close();}
}
服务端
package Test2;import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket ss=new ServerSocket(10001);//等待客户端链接Socket socket = ss.accept();//从socket中获取输入流读取数据InputStream is = socket.getInputStream();InputStreamReader isr=new InputStreamReader(is);int b;while ((b=isr.read())!=-1){System.out.print((char)b);}//回写数据String str="hello";OutputStream os = socket.getOutputStream();os.write(str.getBytes());//释放资源socket.close();ss.close();}
}
3、客户端:将本地文件上传到服务器。接收服务器的反馈。
服务器:接收客户端上传的文件,上传完毕之后给出反馈。
客户端
package Test3;import java.io.*;
import java.net.Socket;public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {Socket socket=new Socket("127.0.0.1",10001);//读取本地文件中的数据,并写到服务器当中BufferedInputStream bis=new BufferedInputStream(new FileInputStream("E:\\java\\net\\clientdir\\a.jpg"));BufferedOutputStream bos=new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());byte[] bytes=new byte[1024];int len;while ((len=bis.read(bytes))!=-1){bos.write(bytes,0,len);}bos.flush();//往服务器写出的结束标记socket.shutdownOutput();//接收服务器的回写数据BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));String line = br.readLine();System.out.println(line);//释放资源socket.close();}
}
服务端
package Test3;import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket ss=new ServerSocket(10001);//等待客户端链接Socket socket = ss.accept();//读取数据并保存到本地文件中BufferedInputStream bis=new BufferedInputStream(socket.getInputStream());BufferedOutputStream bos=new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("E:\\java\\net\\serverdir\\a.jpg"));int len;byte[] bytes=new byte[1024];while ((len=bis.read())!=-1){bos.write(bytes,0,len);}bos.flush();//回写数据BufferedWriter bw=new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));bw.write("上传成功");bw.newLine();bw.flush();//释放资源socket.close();ss.close();}
}
这一期就到这里啦
努力遇见更好的自己!!!
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