网络通信

Posted 2021-02-02 hzhjxx

 

1网络通信协议概述

通过计算机网络可以使多台计算机实现连接，位于同一个网络中的计算机在进行连接和通信时需要遵守一定的规则，在计算机网络中，这些连接和通信的规则被称为网络通信协议。

 

它对数据的传输格式、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才能完成数据交换。

 

网络通信协议有很多种，目前应用最广泛的是两种：

TCP/IP协议(Transmission Control Protocal/Internet Protoal传输控制协议/英特网互联协议)

UDP协议（User Datagram Protocol）

 

2 IP地址和端口号

要想使网络中的计算机能够进行通信，必须为每台计算机指定一个标识号，通过这个标识号来指定接受数据的计算机或者发送数据的计算机。

 

在TCP/IP协议中，这个标识号就是IP地址，它可以唯一标识一台计算机，

 

目前，IP地址广泛使用的版本是IPv4，它是由4个字节大小的二进制数来表示（32位）

 

由于二进制形式表示的IP地址非常不便记忆和处理，因此通常会将IP地址写成十进制的形式，每个字节用一个十进制数字(0-255)表示，数字间用符号“.”分开，如 “192.168.1.100”。

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随着计算机网络规模的不断扩大，对IP地址的需求也越来越多，IPV4这种用4个字节表示的IP地址面临枯竭，因此IPv6 便应运而生了，IPv6使用16个字节表示IP地址，它所拥有的地址容量约是IPv4的8×10²⁸倍，达到2¹²⁸个（算上全零的），这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。

 

通过IP地址可以连接到指定计算机，但如果想访问目标计算机中的某个应用程序，还需要指定端口号。在计算机中，不同的应用程序是通过端口号区分的。端口号是用两个字节（16位的二进制数）表示的，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，用户的普通应用程序需要使用1024以上的端口号，从而避免端口号被另外一个应用或服务所占用。

 

网络中一台计算机可以通过IP地址去访问另一台计算机，并通过端口号访问目标计算机中的某个应用程序。

 

 

3 InetAddress类

用于封装一个IP地址，并提供了一系列与IP地址相关的方法 

常用方法：

 

例：

 1 import java.net.InetAddress;
 2 import java.net.UnknownHostException;
 3 
 4 public class Demo01 {
 5     public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
 6         //获取本地主机对象
 7         InetAddress inet=InetAddress.getLocalHost();
 8         System.out.println(inet);
 9         
10         //通过主机名获取
11         InetAddress inet2=InetAddress.getByName("MS-20170901QRCM");        
12         
13         //通过对象获取ip地址和主机名
14         System.out.println(inet.getHostName());
15         System.out.println(inet.getHostAddress());
16         System.out.println(inet2.getHostAddress());
17     }
18 }

 

第一个结果是计算机名+IP地址

 

4 UDP协议

UDP是无连接通信协议，即在数据传输时，数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说，当一台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，同样接收端在收到数据时，也不会向发送端反馈是否收到数据。

 

由于使用UDP协议消耗资源小，通信效率高，所以通常都会用于音频、视频和普通数据的传输。例如视频会议、电视、广播等都使用UDP协议，因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。

 

但是在使用UDP协议传送数据时，由于UDP的面向无连接性，不能保证数据的完整性，因此在传输重要数据时不建议使用UDP协议。

 

UDP传输数据被限制在64K以内。（例如QQ发文本消息不能发过多）

 

5 UDP通信（DatagramPacket类和DatagramSocket类）

5.1 DatagramPacket类

DatagramPacket类的实例对象就相当于一个集装箱，用于封装UDP通信中发送或者接收的数据。

 

5.1.1构造方法

 

接收端的构造方法只需要接收一个字节数组来存放接收到的数据：

 

 

而发送端的构造方法不但要接收存放了发送数据的字节数组，还需要指定发送端IP地址和端口号。

 

 

5.1.2常用方法

 

 

5.2 DatagramSocket类

DatagramSocket类的作用就类似于码头，使用这个类的实例对象就可以发送和接收DatagramPacket数据包

 

 

5.2.1构造方法

 

创建发送端的DatagramSocket对象，在创建DatagramSocket对象时，并没有指定端口号，此时，系统会分配一个没有被其它网络程序所使用的端口号。

 

 

创建接收端的DatagramSocket对象，又可以创建发送端的DatagramSocket对象，在创建接收端的DatagramSocket对象时，必须要指定一个端口号，这样就可以监听指定的端口。

 

5.2.2常用方法

  

例：

 1 import java.io.IOException;
 2 import java.net.DatagramPacket;
 3 import java.net.DatagramSocket;
 4 import java.net.InetAddress;
 5 import java.util.Scanner;
 6 
 7 //发送端
 8 public class UDPSend {
 9     public static void main(String[] args) throws IOException {
10         //接收用户输入数据
11         Scanner sc=new Scanner(System.in);
12         String str=sc.nextLine();
13         //创建数据包对象，封装发送的数据，接收端的IP地址和端口号
14         byte[] bytes=str.getBytes();
15         //创建InetAddress对象，封装接收端的地址
16         InetAddress inet=InetAddress.getByName("127.0.0.1");
17         //创建打包对象
18         DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes, bytes.length, inet, 6000);
19         //创建数据包发送对象
20         DatagramSocket ds=new DatagramSocket();
21         //发送数据包
22         ds.send(dp);
23         //释放资源
24         ds.close();
25     }
26 }

 

 1 import java.io.IOException;
 2 import java.net.DatagramPacket;
 3 import java.net.DatagramSocket;
 4 
 5 //接收端
 6 public class UDPRecieve {
 7     public static void main(String[] args) throws IOException {
 8         //1.创建数据包传输对象，绑定端口号
 9         DatagramSocket ds=new DatagramSocket(6000);
10         //2.创建字节数组接收发过来的数据
11         byte[] bytes=new byte[1024];
12         //3.创建数据包对象
13         DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
14         //4.调用数据包传输对象的接收方法来接收数据
15         ds.receive(dp);
16         //5.拆包
17         //获取数据长度
18         int length=dp.getLength();
19         //获取ip地址        
20         String ip=dp.getAddress().getHostAddress();
21         //获取端口号
22         int port=dp.getPort();
23         //获取内容
24         String str=new String(bytes,0,length);
25         
26         System.out.println("ip地址："+ip+"，端口号："+port+"，内容："+str);
27         
28         //6.释放资源
29         ds.close();        
30     }
31 }

 

循环：

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.util.Scanner;

//发送端
public class UDPSend2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Scanner sc=new Scanner(System.in);    
        InetAddress inet=InetAddress.getByName("127.0.0.1");            
        DatagramSocket ds=new DatagramSocket();        
        while(true){            
            String str=sc.nextLine();            
            byte[] bytes=str.getBytes();                
            DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes, bytes.length, inet, 6000);            
            ds.send(dp);
        }    
    }
}

 

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

//接收端
public class UDPRecieve2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {        
        DatagramSocket ds=new DatagramSocket(6000);
        byte[] bytes=new byte[1024];        
        while(true){        
            DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes, bytes.length);    
            ds.receive(dp);        
            int length=dp.getLength();            
            String ip=dp.getAddress().getHostAddress();
            int port=dp.getPort();        
            String str=new String(bytes,0,length);            
            System.out.println("ip地址："+ip+"，端口号："+port+"，内容："+str);
        }        
    }
}

 

6 TCP协议

TCP/IP协议的层次结构共分为四层：

 

链路层：链路层是用于定义物理传输通道，通常是对某些网络连接设备的驱动协议，例如针对光纤、网线提供的驱动。

网络层：网络层是整个TCP/IP协议的核心，它主要用于将传输的数据进行分组，将分组数据发送到目标计算机或者网络。

传输层：主要使网络程序进行通信，在进行网络通信时，可以采用TCP协议，也可以采用UDP协议。

应用层：主要负责应用程序的协议，例如HTTP协议、FTP协议等。

 

TCP协议是面向连接的通信协议，即在传输数据前先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。

 

在TCP连接中必须要明确客户端与服务器端，由客户端向服务端发出连接请求，每次连接的创建都需要经过“三次握手” ：

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。

 

由于TCP协议的面向连接特性，它可以保证传输数据的全性安全性，所以是一个被广泛采用的协议，例如下载文件时必须采用TCP协议。

 

7 TCP通信

TCP通信同UDP通信一样，都能实现两台计算机之间的通信，通信的两端都需要创建socket对象。

UDP中只有发送端和接收端，不区分客户端与服务器端，计算机之间可以任意地发送数据。

而TCP通信是严格区分客户端与服务器端的，在通信时，必须先由客户端去连接服务器端才能实现通信，服务器端不可以主动连接客户端，并且服务器端程序需要事先启动，等待客户端的连接。

被获取数据的是服务器端

获取数据的是客服端

 

在JDK中提供了两个类用于实现TCP程序，

一个是ServerSocket类，用于表示服务器端，

一个是Socket类，用于表示客户端。

 

7.1 ServerSocket类

构造方法：

 

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

 

常用方法：

 

 

7.2 Socket

构造方法：

 

 

常用方法：

方法声明	功能描述
int getPort()	该方法返回一个int类型对象，该对象是Socket对象与服务器端连接的端口号
InetAddress getLocalAddress()	该方法用于获取Socket对象绑定的本地IP地址，并将IP地址封装成InetAddress类型的对象返回
void close()	该方法用于关闭Socket连接，结束本次通信。在关闭socket之前，应将与socket相关的所有的输入/输出流全部关闭，这是因为一个良好的程序应该在执行完毕时释放所有的资源
InputStream getInputStream()	该方法返回一个InputStream类型的输入流对象，如果该对象是由服务器端的Socket返回，就用于读取客户端发送的数据，反之，用于读取服务器端发送的数据
OutputStream getOutputStream()	该方法返回一个OutputStream类型的输出流对象，如果该对象是由服务器端的Socket返回，就用于向客户端发送数据，反之，用于向服务器端发送数据

 

getInputStream()和getOutStream()方法分别用于获取输入流和输出流。当客户端和服务端建立连接后，数据是以IO流的形式进行交互的，从而实现通信。

 

例：

 1 import java.io.IOException;
 2 import java.io.InputStream;
 3 import java.io.OutputStream;
 4 import java.net.Socket;
 5 import java.net.UnknownHostException;
 6 
 7 //TCP客户端
 8 public class TCPClient {
 9     public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {
10         //1.创建Socket对象，连接服务器
11         Socket socket=new Socket("127.0.0.1",8888);
12         //2.通过客户端Socket对象中的方法，获取字节输出流，将数据写向服务器
13         OutputStream out=socket.getOutputStream();
14         //3.写数据
15         out.write("服务器，你好".getBytes());        
16         //接收服务器端的响应
17         //获取字节输入流
18         InputStream in=socket.getInputStream();
19         byte[] bytes=new byte[1024];
20         int len=in.read(bytes);
21         System.out.println(new String(bytes,0,len));
22         //4.释放资源
23         socket.close();
24     }
25 }

 

 1 import java.io.IOException;
 2 import java.io.InputStream;
 3 import java.io.OutputStream;
 4 import java.net.ServerSocket;
 5 import java.net.Socket;
 6 
 7 //TCP服务器端
 8 public class TCPServer {
 9     public static void main(String[] args) throws IOException {
10         //1.创建服务器套接字对象
11         ServerSocket server=new ServerSocket(8888);
12         //2.调用accept方法，创建连接，获取客户端的套接字对象Socket
13         Socket socket=server.accept();
14         //3.从客户端套接字对象中获取字节输入流
15         InputStream in=socket.getInputStream(); //获取到的对象不用关闭
16         byte[] bytes=new byte[1024];
17         int len=in.read(bytes);
18         //读取数据
19         System.out.println(new String(bytes,0,len));        
20         String ip=socket.getInetAddress().getHostAddress(); //获取ip地址
21         System.out.println("来自ip地址："+ip);        
22         //给客户端一个响应（回复）
23         //获取字节输出流
24         OutputStream out=socket.getOutputStream();
25         //写数据
26         out.write("你也好，客户端".getBytes());        
27         //4.释放资源
28         server.close();        
29     }
30 }

 

注意先运行服务器端，再运行客户端

 

两边都改成输入的：

 

 

 

7.3文件上传

 1 import java.io.FileInputStream;
 2 import java.io.IOException;
 3 import java.io.InputStream;
 4 import java.io.OutputStream;
 5 import java.net.Socket;
 6 import java.net.UnknownHostException;
 7 
 8 //客户端
 9 public class TCPClient {
10     public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {
11         //创建客户端套接字对象，连接服务器
12         Socket socket=new Socket("127.0.0.1",8888);
13         //获取字节输出流
14         OutputStream out=socket.getOutputStream();
15         //明确数据源
16         FileInputStream fis=new FileInputStream("E:\\zyx\\java\\1.png");
17         //开始复制
18         byte[] bytes=new byte[1024];
19         int len=0;
20         while((len=fis.read(bytes))!=-1){
21             out.write(bytes,0,len);
22         }
23         //告诉服务器端当前字节已读完，不用等
24         socket.shutdownOutput();
25         //获取字节输入流
26         InputStream in=socket.getInputStream();
27         len=in.read(bytes);
28         System.out.println(new String(bytes,0,len));
29         
30         //释放资源
31         fis.close();
32         socket.close();
33     }
34 }

 

 1 import java.io.File;
 2 import java.io.FileOutputStream;
 3 import java.io.IOException;
 4 import java.io.InputStream;
 5 import java.io.OutputStream;
 6 import java.net.ServerSocket;
 7 import java.net.Socket;
 8 import java.util.Random;
 9 
10 //服务器端
11 public class TCPServer {
12     public static void main(String[] args) throws IOException {
13         //创建服务器套接字对象，绑定端口号
14         ServerSocket server=new ServerSocket(8888);
15         //调用accept方法，与客户端创建连接，获取客户端套接字对象
16         Socket socket=server.accept();
17         //获取字节输入流，明确数据源
18         InputStream in=socket.getInputStream();
19         //明确目的地
20         File file=new File("D:\\upload");
21         //判定文件夹是否存在，不存在就创建
22         if(!file.exists()){
23             file.mkdirs();
24         }
25         //用域名+毫秒值+六位随机数，做名字
26         String filename="oracle"+System.currentTimeMillis()+new Random().nextInt(999999)+".png";
27         //明确目的地
28         FileOutputStream fos=new FileOutputStream(file+File.separator+filename);
29         //开始复制
30         byte[] bytes=new byte[1024];
31         int len=0;
32         while((len=in.read(bytes))!=-1){
33             fos.write(bytes,0,len);
34         }        
35         //给客户端响应
36         //获取字节输出流
37         OutputStream out=socket.getOutputStream();
38         out.write("上传成功".getBytes());
39         //释放资源
40         fos.close();
41         server.close();        
42     }
43 }

 

socket.shutdownOutput(); 这句如果不加，

则两边的程序都不会停，也没有回复，在互相等待，因为服务器端这里：

 

服务器端的in从流中读数据，没有结束的-1，所以一直在循环里。

 

解决方式：专门的方法：

 

 

7.4文件上传多线程版本

客户端不用改，

服务器端，建一个线程任务类：

 1 import java.io.File;
 2 import java.io.FileOutputStream;
 3 import java.io.IOException;
 4 import java.io.InputStream;
 5 import java.io.OutputStream;
 6 import java.net.Socket;
 7 import java.util.Random;
 8 
 9 public class Upload implements Runnable {
10     private Socket socket;
11 
12     public Upload() {
13 
14     }
15 
16     public Upload(Socket socket) {
17         this.socket = socket;
18     }
19 
20     public void run() {
21         FileOutputStream fos =null;
22         try {
23             // 获取字节输入流，明确数据源
24             InputStream in = socket.getInputStream();
25             // 明确目的地
26             File file = new File("D:\\upload");
27             // 判定文件夹是否存在，不存在就创建
28             if (!file.exists()) {
29                 file.mkdirs();
30             }
31             // 用域名+毫秒值+六位随机数，做名字
32             String filename = "oracle" + System.currentTimeMillis() + new Random().nextInt(999999) + ".png";
33             // 明确目的地
34             fos = new FileOutputStream(file + File.separator + filename);
35             // 开始复制
36             byte[] bytes = new byte[1024];
37             int len = 0;
38             while ((len = in.read(bytes)) != -1) {
39                 fos.write(bytes, 0, len);
40             }
41             // 给客户端响应
42             // 获取字节输出流
43             OutputStream out = socket.getOutputStream();
44             out.write("上传成功".getBytes());
45             
46         } catch (IOException ex) {
47             ex.printStackTrace();
48         }finally{
49             if(fos!=null)
50                 try {
51                     fos.close();
52                 } catch (IOException e) {
53                     // TODO Auto-generated catch block
54                     e.printStackTrace();
55                 }
56         }
57     }
58 }

 

 1 import java.io.IOException;
 2 import java.net.ServerSocket;
 3 import java.net.Socket;
 4 
 5 public class TCPThreadServer {
 6     public static void main(String[] args) throws IOException {
 7         //创建服务器套接字对象，明确端口号
 8         ServerSocket server=new ServerSocket(8888);
 9         while(true){
10             //获取客户端套接字对象，创建连接
11             Socket socket=server.accept();
12             //创建线程并开启线程
13             new Thread(new Upload(socket)).start();
14         }
15     }
16 }

这样，客户端可以运行多次，而服务器端一直不会停