OSI七層網絡模型

OSI七層網絡模型(從下往上)：

OSI是一個理想的模型，一般的網絡系統只涉及其中的幾層，在七層模型中，每一層都提供一個特殊的網絡功能，從網絡功能角度觀察：

下面4層（物理層、數據鏈路層、網絡層和傳輸層）主要提供數據傳輸和交換功能，即以節點到節點之間的通信爲主
第4層作爲上下兩部分的橋樑，是整個網絡體系結構中最關鍵的部分；
上3層（會話層、表示層和應用層）則以提供用戶與應用程序之間的信息和數據處理功能爲主

簡言之，下4層主要完成通信子網的功能，上3層主要完成資源子網的功能。
OSI七層模型詳解

TCP/IP四層模型

TCP/UDP區別

Socket開發相關的一些概念名詞：

IP地址

IP地址是IP協議提供的一種統一的地址格式，它爲互聯網上的每一個網絡和每一臺主機分配一個邏輯地址，以此來屏蔽物理地址的差異。

端口

用於區分不同的應用程序
端口號的範圍爲0-65535，其中0-1023未系統的保留端口，我們的程序儘可能別使用這些端口！
IP地址和端口號組成了我們的Socket，Socket是網絡運行程序間雙向通信鏈路的終結點，是TCP和UDP的基礎！
常用協議使用的端口：HTTP:80，FTP：21，TELNET：23

TCP協議與UDP協議

TCP協議流程詳解

首先TCP/IP是一個協議簇，裏面包括很多協議的。UDP只是其中的一個。之所以命名爲TCP/IP協議，因爲TCP,IP協議是兩個很重要的協議，就用他兩命名了。
下面我們來講解TCP協議和UDP協議的區別：
TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協議）是面向連接的協議，即在收發數據錢，都需要與對面建立可靠的鏈接，這也是面試經常會問到的TCP的三次握手以及TCP的四次揮手！

三次握手：建立一個TCP連接時，需要客戶端和服務端總共發送3個包以確認連接的建立，在Socket編程中，這一過程由客戶端執行connect來觸發，具體流程圖如下：

第一次握手：Client將標誌位SYN置爲1，隨機產生一個值seq=J，並將該數據包發送給Server， Client進入SYN_SENT狀態，等待Server確認。
第二次握手：Server收到數據包後由標誌位SYN=1知道Client請求建立連接，Server將標誌位 SYN和ACK都置爲1，ack=J+1，隨機產生一個值seq=K，並將該數據包發送給Client以確認連接請求，Server進入SYN_RCVD狀態。
第三次握手：Client收到確認後，檢查ack是否爲J+1，ACK是否爲1，如果正確則將標誌位ACK 置爲1，ack=K+1，並將該數據包發送給Server，Server檢查ack是否爲K+1，ACK是否爲1，如果正確則連接建立成功，Client和Server進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手，隨後Client與Server之間可以開始傳輸數據了。

四次揮手：終止TCP連接，就是指斷開一個TCP連接時，需要客戶端和服務端總共發送4個包以確認連接的斷開。在Socket編程中，這一過程由客戶端或服務端任一方執行close來觸發，具體流程圖如下

第一次揮手：Client發送一個FIN，用來關閉Client到Server的數據傳送，Client進入 FIN_WAIT_1狀態
第二次揮手：Server收到FIN後，發送一個ACK給Client，確認序號爲收到序號+1（與SYN相同，一個FIN佔用一個序號），Server進入CLOSE_WAIT狀態。
第三次揮手：Server發送一個FIN，用來關閉Server到Client的數據傳送，Server進入LAST_ACK 狀態。
第四次揮手：Client收到FIN後，Client進入TIME_WAIT狀態，接着發送一個ACK給Server，確認序號爲收到序號+1，Server進入CLOSED狀態，完成四次揮手。另外也可能是同時發起主動關閉的情況：

另外還可能有一個常見的問題就是：爲什麼建立連接是三次握手，而關閉連接卻是四次揮手呢？答：因爲服務端在LISTEN狀態下，收到建立連接請求的SYN報文後，把ACK和SYN放在一個報文裏發送給客戶端。而關閉連接時，當收到對方的FIN報文時，僅僅表示對方不再發送數據了但是還能接收數據，己方也未必全部數據都發送給對方了，所以己方可以立即close，也可以發送一些數據給對方後，再發送FIN報文給對方來表示同意現在關閉連接，因此，己方ACK和FIN一般都會分開發送。

UDP協議詳解

UDP(User Datagram Protocol)用戶數據報協議，非連接的協議，傳輸數據之前源端和終端不建立連接，當它想傳送時就簡單地去抓取來自應用程序的數據，並儘可能快地把它扔到網絡上。在發送端，UDP傳送數據的速度僅僅是受應用程序生成數據的速度、計算機的能力和傳輸帶寬的限制；在接收端，UDP把每個消息段放在隊列中，應用程序每次從隊列中讀一個消息段。相比TCP就是無需建立鏈接，結構簡單，無法保證正確性，容易丟包

Java中對於網絡提供的幾個關鍵類：

針對不同的網絡通信層次，Java給我們提供的網絡功能有四大類：

InetAddress：用於標識網絡上的硬件資源
URL：統一資源定位符，通過URL可以直接讀取或者寫入網絡上的數據
Socket和ServerSocket：使用TCP協議實現網絡通信的Socket相關的類
Datagram：使用UDP協議，將數據保存在數據報中，通過網絡進行通信

InetAddress：

public class InetAddressTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        //獲取本機InetAddress的實例：
        InetAddress address = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println("本機名：" + address.getHostName());
        System.out.println("IP地址：" + address.getHostAddress());
        byte[] bytes = address.getAddress();
        System.out.println("字節數組形式的IP地址：" + Arrays.toString(bytes));
        System.out.println("直接輸出InetAddress對象：" + address);
    }
}

基於TCP協議的Socket通信-簡易聊天室

基本介紹和使用

什麼是Socket

Socket通信模型

Socket通信實現步驟解析：

Step 1：創建ServerSocket和Socket
Step 2：打開連接到的Socket的輸入/輸出流
Step 3：按照協議對Socket進行讀/寫操作
Step 4：關閉輸入輸出流，以及Socket

我們接下來寫一個簡單的例子，開啓服務端後，客戶端點擊按鈕然後鏈接服務端，並向服務端發送一串字符串，表示通過Socket鏈接上服務器~

Socket服務端的編寫

步驟

Step 1：創建ServerSocket對象，綁定監聽的端口
Step 2：調用accept()方法監聽客戶端的請求
Step 3：連接建立後，通過輸入流讀取客戶端發送的請求信息
Step 4：通過輸出流向客戶端發送響應信息
Step 5：關閉相關資源

Code

在Eclipse下創建一個Java項目，代碼如下：

package com.turing.server;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.InetAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * Step 1：創建ServerSocket對象，綁定監聽的端口 
 * Step 2：調用accept()方法監聽客戶端的請求
 * Step 3：連接建立後，通過輸入流讀取客戶端發送的請求信息 
 * Step 4：通過輸出流向客戶端發送響應信息 
 * Step 5：關閉相關資源
 *  *
 */
public class SocketServer {

    public static void main(String[] args) {

        try {
            // 1. 創建一個服務端Socket，即ServerSocket，指定綁定的端口，並監聽此端口
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
            // 獲取服務端IP
            InetAddress inetAddress = InetAddress.getLocalHost();
            String ip = inetAddress.getHostAddress();
            System.out.println("服務端已就緒，等待客戶端接入，服務端ip地址: " + ip);
            // 2. 調用accept等待客戶端連接
            Socket socket = serverSocket.accept();
            // 3. 連接後獲取輸入流，讀取客戶端信息
            InputStream is = null;
            InputStreamReader isr = null;
            BufferedReader br = null;
            OutputStream os = null;
            PrintWriter pw = null;
            // 獲取輸入流
            is = socket.getInputStream();
            isr = new InputStreamReader(is, "UTF-8");
            br = new BufferedReader(isr);

            String info = null;
            while ((info = br.readLine()) != null) {
                System.out.println("客戶端發送過來的信息:" + info);
            }

            socket.shutdownInput();// 關閉輸入流
            socket.close();

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

運行服務端

Socket客戶端的編寫

Android客戶端

步驟

Step 1：創建Socket對象，指明需要鏈接的服務器的地址和端號
Step 2：鏈接建立後，通過輸出流向服務器發送請求信息
Step 3：通過輸出流獲取服務器響應的信息
Step 4：關閉相關資源

Code

package com.turing.base.activity.socket.baseuse;

import android.os.Bundle;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.view.View;
import android.widget.Button;

import com.turing.base.R;
import com.turing.base.utils.AlertUtil;

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

/**
 * Step 1：創建Socket對象，指明需要鏈接的服務器的地址和端號
 Step 2：鏈接建立後，通過輸出流向服務器發送請求信息
 Step 3：通過輸出流獲取服務器響應的信息
 Step 4：關閉相關資源

 服務端Java工程：D:\workspace\ws-java-base\SocketServer
 */
public class SocketClientAct extends AppCompatActivity implements View.OnClickListener {

    private Button socketSend ;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_socket_client);

        socketSend = (Button) findViewById(R.id.id_btn_sendMsg);
        socketSend.setOnClickListener(this);

    }

    @Override
    public void onClick(View v) {

        AlertUtil.showToastShort(this,"觀察服務端日誌~");
        //Android不允許在主線程(UI線程)中做網絡操作，
        // 所以這裏需要我們自己 另開一個線程來連接Socket！
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    acceptServer();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }.start();
    }

    /**
     * 連接ServerSocket發送消息
     */
    private void acceptServer() throws  IOException{

        //1.創建客戶端Socket，指定服務器地址和端口
        Socket socket = new Socket("192.168.56.1", 9999);
        //2.獲取輸出流，向服務器端發送信息
        OutputStream os = socket.getOutputStream();//字節輸出流
        PrintWriter pw = new PrintWriter(os);//將輸出流包裝爲打印流
        //獲取客戶端的IP地址
        InetAddress address = InetAddress.getLocalHost();
        String ip = address.getHostAddress();
        // 將這個信息發送給服務端
        pw.write("客戶端" + ip + "接入服務器！！");
        pw.flush();
        socket.shutdownOutput();//關閉輸出流
        socket.close();
    }
}

因爲Android不允許在主線程(UI線程)中做網絡操作，所以這裏需要我們自己另開一個線程來連接Socket！

運行結果：
點擊按鈕後，服務端控制檯打印

基於UDP協議的Socket通信

UDP以數據報作爲數據的傳輸載體，在進行傳輸時首先要把傳輸的數據定義成數據報(Datagram)，在數據報中指明數據要到達的Socket(主機地址和端口號)，然後再將數據以數據報的形式發送出去，然後就沒有然後了，服務端收不收到我就不知道了，除非服務端收到後又給我回一段確認的數據報。

服務端實現步驟

Step 1：創建DatagramSocket，指定端口號
Step 2：創建DatagramPacket
Step 3：接收客戶端發送的數據信息
Step 4：讀取數據

public class UPDServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        /*
         * 接收客戶端發送的數據
         */
        // 1.創建服務器端DatagramSocket，指定端口
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);
        // 2.創建數據報，用於接收客戶端發送的數據
        byte[] data = new byte[1024];// 創建字節數組，指定接收的數據包的大小
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length);
        // 3.接收客戶端發送的數據
        System.out.println("服務器端已經啓動，等待客戶端發送數據");
        socket.receive(packet);// 此方法在接收到數據報之前會一直阻塞
        // 4.讀取數據
        String info = new String(data, 0, packet.getLength());
        System.out.println("我是服務器，客戶端說：" + info);

        /*
         * 向客戶端響應數據
         */
        // 1.定義客戶端的地址、端口號、數據
        InetAddress address = packet.getAddress();
        int port = packet.getPort();
        byte[] data2 = "歡迎您!".getBytes();
        // 2.創建數據報，包含響應的數據信息
        DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length, address, port);
        // 3.響應客戶端
        socket.send(packet2);
        // 4.關閉資源
        socket.close();
    }
}

客戶端實現步驟

Step 1：定義發送信息
Step 2：創建DatagramPacket，包含將要發送的信息
Step 3：創建DatagramSocket
Step 4：發送數據

public class UDPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        /*
         * 向服務器端發送數據
         */
        // 1.定義服務器的地址、端口號、數據
        InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");
        int port = 8888;
        byte[] data = "用戶名：admin;密碼：123".getBytes();
        // 2.創建數據報，包含發送的數據信息
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, address, port);
        // 3.創建DatagramSocket對象
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
        // 4.向服務器端發送數據報
        socket.send(packet);

        /*
         * 接收服務器端響應的數據
         */
        // 1.創建數據報，用於接收服務器端響應的數據
        byte[] data2 = new byte[1024];
        DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length);
        // 2.接收服務器響應的數據
        socket.receive(packet2);
        // 3.讀取數據
        String reply = new String(data2, 0, packet2.getLength());
        System.out.println("我是客戶端，服務器說：" + reply);
        // 4.關閉資源
        socket.close();
    }
}

總結

將數據轉換爲字節，然後放到DatagramPacket(數據報包中)，發送的時候帶上接受者的IP地址和端口號，而接收時，用一個字節數組來緩存！發送的時候需要創建一個 DatagramSocket(端到端通信的類)對象，然後調用send方法給接受者發送數據報包

Socket理論知識

OSI七層網絡模型

TCP/IP四層模型

TCP/UDP區別

Socket開發相關的一些概念名詞：

IP地址

端口

TCP協議與UDP協議

TCP協議流程詳解

UDP協議詳解

Java中對於網絡提供的幾個關鍵類：

基於TCP協議的Socket通信-簡易聊天室

基本介紹和使用

什麼是Socket

Socket通信模型

Socket服務端的編寫

步驟

Code

Socket客戶端的編寫

步驟

Code

基於UDP協議的Socket通信

服務端實現步驟

客戶端實現步驟

總結

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