网络编程Socket

Posted 2020-11-19 breezezqf

网络通信协议

　　网络通信协议有很多种，目前应用最广泛的是TCP/IP协议(传输控制协议/英特网互联协议)，它是一个包括TCP协议和IP协议，UDP协议和其它一些协议的协议组，在学习具体协议之前首先了解一下TCP/IP协议组的层次结构。

　　在进行数据传输时，要求发送的数据与收到的数据完全一样，这是，就需要在原有的数据上添加很多信息，以保证数据在传输过程中数据格式完全一致。TCP/IP协议的层次结构比较简单，共分四层

　　应用层----如HTTP,FTP,DNS

　　　　主要负责应用程序的协议，例如HTPP,FTP协议等。

　　传输层----如TCP,UDP

　　　　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。

　　网络层----如IP,ICMP,IGMP

　　　　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，将分组数据发送道目标计算机或网络。

　　链路层----如驱动程序，接口

　　　　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，例如针对光驱，网线提供的驱动

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符，通过这个标识号来接受数据的计算机或发送数据的计算机。

　　在TCP/IT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地址广泛使用的是IPv4，它是由4个字节大小的二进制数来表示，由于二进制形式表示的IP地址非常不便于记忆和处理，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192.168.1.129

　　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。

InetAddress

　　JDK中有个InetAdderss类，该类用于封装一个IP地址，并提供了一系列与IP地址相关的方法

UDP协议

　　udp是无限连接通信协议，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。

TCP协议

　　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。整个交互过程如下图所示。

由于TCP协议的面向连接特性，它可以保证传输数据的安全性，所以是一个被广泛采用的协议，例如在下载文件时，如果数据接收不完整，将会导致文件数据丢失而不能被打开，因此，下载文件时必须采用TCP协议。

TCP协议

　　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。

　　区别在于，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。

　　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。

　　通信时，首先创建代表服务器端的ServerSocket对象，该对象相当于开启一个服务，并等待客户端的连接，然后创建代表客户端的Socket对象向服务器端发出连接请求，服务器端响应请求，两者建立连接开始通信。

ServerSocket

　　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）。

　　ServerSocket(int port) 创建绑定到特定端口的服务器套接字

常用方法

　　accept() 侦听并接收到此套接字的连接

　　getInetAddress() 返回此服务器套接字的本地地址

　　ServerSocket对象负责监听某台计算机的某个端口号，在创建ServerSocket对象后，需要继续调用该对象的accept()方法，接收来自客户端的请求。当执行了　accept()方法之后，服务器端程序会发生阻塞，直到客户端发出连接请求，accept()方法才会返回一个Scoket对象用于和客户端实现通信，程序才能继续向下执行。

Socket

　　ServerSocket对象可以实现服务端程序，但只实现服务器端程序还不能完成通信，此时还需要一个客户端程序与之交互，为此JDK提供了一个Socket类，用于实现TCP客户端程序。

　　Soclet(String host,int port)  创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号

　　使用该构造方法在创建Socket对象时，会根据参数去连接在指定地址和端口上运行的服务器程序，其中参数host接收的是一个字符串类型的IP地址

　　Socket(InetAddress address,int port) 创建一个流套接字并将其连接到指定IP地址的指定端口号

　　该方法在使用上与第二个构造方法类似，参数address用于接收一个InetAddress类型的对象，该对象用于封装一个IP地址。

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

　　在Socket类的常用方法中，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。

简单的TCP网络程序

 1 public class UDPReceive {
 2     public static void main(String[] args) throws Exception {
 3                 //1,创建DatagramSocket对象，并指定端口号
 4                 DatagramSocket receiveSocket=new DatagramSocket(12306);
 5                 //2,创建DatagramPacket对象，创建一个空的仓库。
 6                 byte[] b=new byte[1024];
 7                 DatagramPacket dp=new DatagramPacket(b, b.length);
 8                 //3,接收数据存储到DatagramPacket对象中
 9                 receiveSocket.receive(dp);
10                 //4,获取DatagramPacket对象的内容
11                 //谁发来的数据  getAddress()
12                 InetAddress ipAddress = dp.getAddress();
13                 String ip = ipAddress.getHostAddress();//获取到了IP地址
14                 //发来了什么数据  getData()
15                 byte[] data = dp.getData();
16                 //发来了多少数据 getLenth()
17                 int length = dp.getLength();
18                 //显示收到的数据
19                 String dataStr = new String(data,0,length);
20                 System.out.println("IP地址："+ip+ "数据是"+ dataStr);
21                 //5,释放流资源
22                 receiveSocket.close();
23 
24         
25     }
26 }

 1 /**
 2  * 发送端
 3  * @author breeze
 4  *
 5  */
 6 public class UDPSend {
 7     public static void main(String[] args) throws Exception {
 8         //1,创建DatagramSocket对象
 9         DatagramSocket sendScoket=new DatagramSocket();
10         //2，创建DatagramPacket对象，并封装数据
11         byte[] b="Hello World".getBytes();
12         DatagramPacket dp=new DatagramPacket(b, b.length,InetAddress.getByName("192.168.1.236"),12306);
13         //3,发送数据
14         sendScoket.send(dp);
15         //4,释放流资源
16         sendScoket.close();
17     }

总结

IP地址：用来唯一表示我们自己的电脑的，是一个网络标示

端口号： 用来区别当前电脑中的应用程序的

UDP: 传送速度快，但是容易丢数据，如视频聊天，语音聊天

TCP: 传送稳定，不会丢失数据，如文件的上传、下载

UDP程序交互的流程

发送端

1,创建DatagramSocket对象

2，创建DatagramPacket对象，并封装数据

3，发送数据

4，释放流资源

接收端

1,创建DatagramSocket对象

2,创建DatagramPacket对象

3,接收数据存储到DatagramPacket对象中

4,获取DatagramPacket对象的内容

 5,释放流资源

TCP程序交互的流程

客户端

1,创建客户端的Socket对象

2,获取Socket的输出流对象

3,写数据给服务器

4,获取Socket的输入流对象

5，使用输入流，读反馈信息

6,关闭流资源

服务器端

1，创建服务器端ServerSocket对象，指定服务器端端口号

2，开启服务器，等待着客户端Socket对象的连接，如有客户端连接，返回客户端的Socket对象

3,通过客户端的Socket对象，获取客户端的输入流，为了实现获取客户端发来的数据

4,通过客户端的输入流，获取流中的数据

5,通过客户端的Socket对象，获取客户端的输出流，为了实现给客户端反馈信息

6,通过客户端的输出流，写数据到流中

7,关闭流资源