网络编程入门

Posted 2021-03-11 liyihua

软件结构

• C/S结构：全称为Client/Servers结构，是指客户端和服务结构。常见程序有QQ、迅雪等软件。
  
• B/S结构：全称为 Browser/ Servers结构，是指浏览器和服务结构。常见浏览器有谷歌、火狐等。
  

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。

 

网络通信协议

网络通信协议

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，这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样。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。

 

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。

上图中，TCP/IP协议中的四层分別是应用层、传输层、网络层和链路层，每层分別负责不同的通信功能。

1. 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。
   
   
2. 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。
   
   
3. 运输层：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。
   
   
4. 应用层：主要负责应用程序的协议，例如HTTP协议、FTP协议等。

 

网络通信协议的分类

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，提供了两种比较常见的网络协议的支持

UDP —— 用户数据报协议

UDP全称User Datagram Protocol，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、视烦和普通数据的传输。例如视频会议都使用UDP协议，因为这种情況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的交换过程如下图所示：

特点：数据被限制在64kb以内，超出这个范围就不能发送了。

数据报( Datagram)：网络传输的基本单位。

 

TCP —— 传输控制协议

TCP全称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。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”。

 

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。

1. 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。
2. 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。
3. 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：

1. 第一次握手
   
2. 第二次握手
   
3. 第三次握手
   

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。

 

网络编程三要素

协议

计算机网络通信必须遵守的规则。

 

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：由于互联网的達勃发展，IP地址的需求量越来越大，但是网络地址资源有限，使得IP的分配越发紧张。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毎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。

 

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？这时候就用到了端口号来进行区分。

 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。