网络编程学习之路

青旅半醒 2022-11-28 15:14 203阅读 0赞

**主要内容**

软件架构 CS ／ BS

网络通信三要素

TCP 通信

Socket 套接字

ServerSocket

**第一章 网络编程入门**

**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。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Noa3N0YXJ0_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

**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。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Noa3N0YXJ0_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

两种架构各有优势，但是无论哪种架构，都离不开网络的支持。 **网络编程** ，就是在一定的协议下，实现两台计算机

的通信的程序。

**1.2**  **网络通信协议**

**网络通信协议：** 通信协议是对计算机必须遵守的规则，只有遵守这些规则，计算机之间才能进行通信。这就

好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样，协议中对数据的传输格式、传输速率、传输步骤等做了

统一规定，通信双方必须同时遵守，最终完成数据交换。

**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。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Noa3N0YXJ0_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

**1.3**  **协议分类**

通信的协议还是比较复杂的，  java.net  包中包含的类和接口，它们提供低层次的通信细节。我们可以直接使用这

些类和接口，来专注于网络程序开发，而不用考虑通信的细节。

java.net  包中提供了两种常见的网络协议的支持：

**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。

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。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Noa3N0YXJ0_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

完成三次握手，连接建立后，客户端和服务器就可以开始进行数据传输了。由于这种面向连接的特性， TCP 协议可

以保证传输数据的安全，所以应用十分广泛，例如下载文件、浏览网页等。

**UDP** ：用户数据报协议 (User Datagram Protocol) 。 UDP 协议是一个 **面向无连接** 的协议。传输数据时，不需

要建立连接，不管对方端服务是否启动，直接将数据、数据源和目的地都封装在数据包中，直接发送。每个

数据包的大小限制在 64k 以内。它是不可靠协议，因为无连接，所以传输速度快，但是容易丢失数据。日常应

用中 , 例如视频会议、 QQ 聊天等。

每次发送的数据最大为 64kb

**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，已经介绍过了，不再赘述。

**IP** **地址**

**IP** **地址：指互联网协议地址（** **Internet Protocol Address** **）** ，俗称 IP 。 IP 地址用来给一个网络中的计算机设

备做唯一的编号。假如我们把 “ 个人电脑 ” 比作 “ 一台电话 ” 的话，那么 “IP 地址 ” 就相当于 “ 电话号码 ” 。

**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  a.b.c.d  的形式，例如  192.168.65.100  。其

中 a 、 b 、 c 、 d 都是 0~255 之间的十进制整数，那么最多可以表示 42 亿个。

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。

有资料显示，全球 IPv4 地址在 2011 年 2 月分配完毕。

为了扩大地址空间，拟通过 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，表示成  ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789  ，号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个网

址，这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。

**常用命令**

查看本机 IP 地址，在控制台输入：

ipconfig

检查网络是否连通，在控制台输入：

ping  空格  IP 地址

ping www . baidu . com

**特殊的** **IP** **地址**

本机 IP 地址：  127.0.0.1  、  localhost  。

**端口号**

网络的通信，本质上是两个进程（应用程序）的通信。每台计算机都有很多的进程，那么在网络通信时，如何区分

这些进程呢？

如果说 **IP** **地址** 可以唯一标识网络中的设备，那么 **端口号** 就可以唯一标识设备中的进程（应用程序）了。

**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  协议  \+  IP 地址  \+  端口号  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。

**第二章**  **TCP** **通信程序**

**2.1**  **概述**

TCP 通信能实现两台计算机之间的数据交互，通信的两端，要严格区分为客户端（ 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：  java.net.Socket  类表示。创建  Socket  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：  java.net.ServerSocket  类表示。创建  ServerSocket  对象，相当于开启一个服务，并等待客户端

的连接。

**2.2 Socket** **类**

Socket  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**

public Socket(String host, int port)  : 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。

回送地址 (127.x.x.x)  是本机回送地址（ Loopback Address ），主要用于网络软件测试以及本

地机进程间通信，无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，立即返回，不进行任何网络传输。

构造举例，代码如下：

Socket client  =  new  Socket ( "127.0.0.1" ,  6666 );

**成员方法**

public InputStream getInputStream()  ： 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 。

public OutputStream getOutputStream()  ： 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 。

public void close()  ：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  。

public void shutdownOutput()  ： 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。

**2.3 ServerSocket** **类**

ServerSocket  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**

public ServerSocket(int port)  ：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。

构造举例，代码如下：

ServerSocket server  =  new  ServerSocket ( 6666 );

**成员方法**

public Socket accept()  ：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。

到此，客户端向服务端发送数据成功。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Noa3N0YXJ0_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

自此，服务端向客户端回写数据。

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：**

public class  ServerTCP  \{

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

System . out . println ( " 服务端启动  ,  等待连接  .... " );

// 1. 创建  ServerSocket 对象，绑定端口，开始等待连接

ServerSocket ss  =  new  ServerSocket ( 6666 );

// 2. 接收连接  accept  方法 ,  返回  socket  对象 .

Socket server  =  ss . accept ();

// 3. 通过 socket  获取输入流

InputStream is  =  server . getInputStream ();

// 4. 一次性读取数据

// 4.1  创建字节数组

byte \[\]  b  =  new  byte \[ 1024 \];

// 4.2  据读取到字节数组中 .

int  len  =  is . read ( b ) ；

// 4.3  解析数组 , 打印字符串信息

String  msg  =  new  String ( b ,  0 ,  len );

System . out . println ( msg );

//5. 关闭资源 .

is . close ();

server . close ();

**客户端实现：**

public class  ClientTCP  \{

public static  void  main ( String \[\]  args )  throws  Exception  \{

System . out . println ( " 客户端 发送数据 " );

// 1. 创建  Socket ( ip , port ) ,  确定连接到哪里 .

Socket client  =  new  Socket ( "localhost" ,  6666 );

// 2. 获取流对象  .  输出流

OutputStream os  =  client . getOutputStream ();

// 3. 写出数据 .

os . write ( " 你好么 ? tcp , 我来了 " . getBytes ());

// 4.  关闭资源  .

os . close ();

client . close ();

**服务器向客户端回写数据**

**服务端实现：**

public class  ServerTCP  \{

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

System . out . println ( " 服务端启动  ,  等待连接  .... " );

// 1. 创建  ServerSocket 对象，绑定端口，开始等待连接

ServerSocket ss  =  new  ServerSocket ( 6666 );

// 2. 接收连接  accept  方法 ,  返回  socket  对象 .

Socket server  =  ss . accept ();

// 3. 通过 socket  获取输入流

InputStream is  =  server . getInputStream ();

// 4. 一次性读取数据

// 4.1  创建字节数组

byte \[\]  b  =  new  byte \[ 1024 \];

// 4.2  据读取到字节数组中 .

int  len  =  is . read ( b ) ；

// 4.3  解析数组 , 打印字符串信息

String  msg  =  new  String ( b ,  0 ,  len );

System . out . println ( msg );

// ================= 回写数据 =======================

// 5.  通过  socket  获取输出流

OutputStream out  =  server . getOutputStream ();

// 6.  回写数据

out . write ( " 我很好 , 谢谢你 " . getBytes ());

// 7. 关闭资源 .

out . close ();

is . close ();

server . close ();

**客户端实现：**

public class  ClientTCP  \{

public static  void  main ( String \[\]  args )  throws  Exception  \{

System . out . println ( " 客户端 发送数据 " );

// 1. 创建  Socket ( ip , port ) ,  确定连接到哪里 .

Socket client  =  new  Socket ( "localhost" ,  6666 );

// 2. 通过 Scoket, 获取输出流对象

OutputStream os  =  client . getOutputStream ();

// 3. 写出数据 .

os . write ( " 你好么 ? tcp , 我来了 " . getBytes ());

// ============== 解析回写 =========================

// 4.  通过 Scoket, 获取 输入流对象

InputStream in  =  client . getInputStream ();

// 5.  读取数据数据

byte \[\]  b  =  new  byte \[ 100 \];

int  len  =  in . read ( b );

System . out . println ( new  String ( b ,  0 ,  len ));

// 6.  关闭资源  .

in . close ();

os . close ();

client . close ();

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Noa3N0YXJ0_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221124/2cfd7ad36ef34c14b2313157fbce6b95.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Noa3N0YXJ0_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221124/0e9170cc902847208be8933a315a7519.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Noa3N0YXJ0_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20221124/2250aace2aaa49ae89b08e1d224b2690.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Noa3N0YXJ0_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20221124/f887534e3c964c90986b7cff1b2f0a33.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Noa3N0YXJ0_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20221124/bbd75433f07444329e3a68b145cc26b0.png