网络编程入门

Posted 2021-12-15 qingmuchuanqi48

软件结构:

分为两种:一种是C/S,一种是B/S

C/S结构:全称为Client/Server结构,是指客户端和服务器结构,常见的程序有QQ.迅雷等软件.

B/S结构:是指Brower/Server结构,是指浏览器和服务器结构,常见的有谷歌.火狐等.

这两种架构都离不开网络的支持.

什么是网络编程?

就是在一定的协议下,实现两台计算机的通信的程序.

什么是网络通信协议?

网络通信就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,最终完成数据交互.

TCP/IP协议:传输控制协议/因特网互联网协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol),是Iintenet最基本.最广泛的协议.它定义了计算机如何连入因特网,以及数据如何在他们之间进行传输的标准.它的内部包含了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.

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,他们提供了低层次的通信细节.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.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,客户端和服务器之间的三次交互,以保证连接的可靠.

　　第一次握手:客户端想服务器端发送连接请求,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:

　　

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,

　　应用场景:　下载文件,浏览网页等.

如果需要断开连接的时候需要进行四次挥手:

　　

1）客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
2）服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
3）客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。
4）服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
5）客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
6）服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

UDP:用户数据报协议.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,不管对方服务是否启动,直接将数据,数据源和目的地都封装在数据报中,直接发送.每个数据包的大小都限制在64K之内,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.

网络三要素:

协议.ip.端口号

协议的话,一般常用的就是TCP 和UDP

IP这里做一下简单的介绍:

　　IP:指的是互联网协议地址.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就相当于电话号.

ip地址分类:

　　Pv4：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 220.181.57.216
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,如果端口好被另外一个服务或者是应用所占用,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进程进行交互.

 TCP通信协议

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和服务端.

　　两端通信的步骤是:

　　1.服务端程序,需要事先启动,等待客户端连接.

　　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.net中,提供了两个类用于实现TCP通信程序:

　　1.客户端:java,netSocket类表示.创建Socket对象,向服务端发送连接请求,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,相当于开启了一个服务,并等待客户端的连接.

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。
注意:

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。

 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。
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。

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。

到此，客户端向服务端发送数据成功。

 

 自此，服务端向客户端回写数据。

 客户端向服务器发送数据

服务端实现：

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * @Auther:qingmu
 * @Description:脚踏实地,只为出人头地
 * @Date:Created in 23:33 2019/6/1
 */
public class ServerTCP 
    public static void main(String[] args) throws IOException 
        System.out.println("服务端启动");
        //创建服务器端的连接
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
//        接收连接 accept 方法, 返回 socket 对象.
        Socket server = serverSocket.accept();
//         3.通过socket 获取输入流
        InputStream inputStream = server.getInputStream();
        // 4.一次性读取数据
        // 4.1 创建字节数组
        byte[] bytes = new byte[1024];
        // 4.2 据读取到字节数组中.
        int len = inputStream.read(bytes);
        // 4.3 解析数组,打印字符串信息
        String s = new String(bytes, 0, len);
        System.out.println(s);
        //5.关闭资源.
        inputStream.close();
        server.close();

    

客户端实现：

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

/**
 * @Auther:qingmu
 * @Description:脚踏实地,只为出人头地
 * @Date:Created in 23:26 2019/6/1
 */
public class ClientTCP 
    public static void main(String[] args) throws IOException 
        System.out.println("客户端发送请求");
        Socket localhsot = new Socket("localhost", 6666);
        OutputStream outputStream = localhsot.getOutputStream();
        outputStream.write("你好么? tcp ,我来了".getBytes());
        outputStream.close();
        localhsot.close();
    

服务器向客户端回写数据
服务端实现：

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * @Auther:qingmu
 * @Description:脚踏实地,只为出人头地
 * @Date:Created in 23:33 2019/6/1
 */
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();        
            
        

文件上传案例

文件上传分析图解
1. 【客户端】输入流，从硬盘读取文件数据到程序中。
2. 【客户端】输出流，写出文件数据到服务端。
3. 【服务端】输入流，读取文件数据到服务端程序。
4. 【服务端】输出流，写出文件数据到服务器硬盘中。
5. 【服务端】获取输出流，回写数据。
6. 【客户端】获取输入流，解析回写数据。

服务器端实现：

public class FileUpload_Server 
    public static void main(String[] args) throws IOException 
        System.out.println("服务器 启动.....  ");
        // 1. 创建服务端ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
        // 2. 循环接收,建立连接
        while (true) 
            Socket accept = serverSocket.accept();
           /*  
           3. socket对象交给子线程处理,进行读写操作  
               Runnable接口中,只有一个run方法,使用lambda表达式简化格式
            */
            new Thread(() ‐> 
                try (
                    //3.1 获取输入流对象
                    BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(accept.getInputStream());
                    //3.2 创建输出流对象, 保存到本地 .
                    FileOutputStream fis = new FileOutputStream(System.currentTimeMillis() +
".jpg");
                    BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fis);
                ) 
                    // 3.3 读写数据
                    byte[] b = new byte[1024 * 8];
                    int len;
                    while ((len = bis.read(b)) != ‐1) 
                        bos.write(b, 0, len);
                    
                    // 4.=======信息回写===========================
                    System.out.println("back ........");
                    OutputStream out = accept.getOutputStream();
                    out.write("上传成功".getBytes());
                    out.close();
                    //================================
                    //5. 关闭 资源
                    bos.close();
                    bis.close();
                    accept.close();
                    System.out.println("文件上传已保存");
                 catch (IOException e) 
                    e.printStackTrace();
                
            ).start();
        
    

客户端实现：

public class FileUpload_Client 
    public static void main(String[] args) throws IOException 
        // 1.创建流对象
        // 1.1 创建输入流,读取本地文件
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("test.jpg"));
        // 1.2 创建输出流,写到服务端
        Socket socket = new Socket("localhost", 6666);
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());
        //2.写出数据.
        byte[] b  = new byte[1024 * 8 ];
        int len ;
        while (( len  = bis.read(b))!=‐1) 
            bos.write(b, 0, len);
        
       // 关闭输出流,通知服务端,写出数据完毕  
        socket.shutdownOutput();
        System.out.println("文件发送完毕");
        // 3. =====解析回写============
        InputStream in = socket.getInputStream();
        byte[] back = new byte[20];
        in.read(back);
        System.out.println(new String(back));
        in.close();
        // ============================
        // 4.释放资源
        socket.close();
        bis.close();
    

模拟B\\S服务器
模拟网站服务器，使用浏览器访问自己编写的服务端程序，查看网页效果。
案例分析
1. 准备页面数据，web文件夹。
2. 我们模拟服务器端，ServerSocket类监听端口，使用浏览器访问，查看网页效果
案例实现
浏览器工作原理是遇到图片会开启一个线程进行单独的访问,因此在服务器端加入线程技术。

public class ServerDemo 
    public static void main(String[] args) throws IOException 
        ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
        while(true)
            Socket socket = server.accept();
            new Thread(new Web(socket)).start();
        
    
 

class Web implements Runnable
    private Socket socket;
    public Web(Socket socket)
        this.socket=socket;
    
    public void run() 
        try
            //转换流,读取浏览器请求第一行
            BufferedReader readWb = new
                    BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            String requst = readWb.readLine();
            //取出请求资源的路径
            String[] strArr = requst.split(" ");
            System.out.println(Arrays.toString(strArr));
            String path = strArr[1].substring(1);
            System.out.println(path);
            FileInputStream fis = new FileInputStream(path);
            System.out.println(fis);
            byte[] bytes= new byte[1024];
            int len = 0 ;
            //向浏览器 回写数据
            OutputStream out = socket.getOutputStream();
            out.write("HTTP/1.1 200 OK\\r\\n".getBytes());
            out.write("Content‐Type:text/html\\r\\n".getBytes());
            out.write("\\r\\n".getBytes());
            while((len = fis.read(bytes))!=‐1)
                out.write(bytes,0,len);
            
            fis.close();
            out.close();
            readWb.close();
            socket.close();
        catch(Exception ex)