day30_網絡編程初識

網絡編程入門

計算機網絡

是指將地理位置不同的具有獨立功能的多臺計算機及其外部設備，通過通信線路連接起來，在網絡操作系統，網絡管理軟件及網絡通信協議的管理和協調下，實現資源共享和信息傳遞的計算機系統

網絡編程

在網絡通信協議下，實現網絡互連的不同計算機上運行的程序間可以進行數據交換

網絡編程三要素

IP地址

要想讓網絡中的計算機能夠互相通信，必須爲每臺計算機指定一個標識號，通過這個標識號來指定要接收數據的計算機和識別發送的計算機，而IP地址就是這個標識號。也就是設備的標識

IP地址詳解

IP地址：指互聯網協議地址（Internet Protocol Address），俗稱IP。IP地址用來給一個網絡中的計算機設備做唯一的編號。假如我們把“個人電腦”比作“一臺電話”的話，那麼“IP地址”就相當於“電話號碼”。

IP地址分類

IPv4：是一個32位的二進制數，通常被分爲4個字節，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之間的十進制整數，那麼最多可以表示42億個。
IPv6：由於互聯網的蓬勃發展，IP地址的需求量愈來愈大，但是網絡地址資源有限，使得IP的分配越發緊張。有資料顯示，全球IPv4地址在2011年2月分配完畢。爲了擴大地址空間，擬通過IPv6重新定義地址空間，採用128位地址長度，每16個字節一組，分成8組十六進制數，表示成 ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789 ，號稱可以爲全世界的每一粒沙子編上一個網址，這樣就解決了網絡地址資源數量不夠的問題。

常用命令

查看本機IP地址，在控制檯輸入：ipconfig
檢查網絡是否連通，在控制檯輸入：ping 空格 IP地址

特殊的IP地址

本機IP地址： 127.0.0.1 、 localhost

端口

網絡的通信，本質上是兩個進程（應用程序）的通信。每臺計算機都有很多的進程，那麼在網絡通信時，如何區分這些進程呢？如果說IP地址可以唯一標識網絡中的設備，那麼端口號就可以唯一標識設備中的進程（應用程序）了。
端口號：用兩個字節表示的整數，它的取值範圍是0~65535。其中，0~1023之間的端口號用於一些知名的網絡服務和應用，普通的應用程序需要使用1024以上的端口號。如果端口號被另外一個服務或應用所佔用，會導致當前程序啓動失敗。

協議

通過計算機網絡可以使多臺計算機實現連接，位於同一個網絡中的計算機在進行連接和通信時需要遵守一定的規則，這就好比在道路中行駛的汽車一定要遵守交通規則一樣。在計算機網絡中，這些連接和通信的規則被稱爲網絡通信協議，它對數據的傳輸格式、傳輸速率、傳輸步驟等做了統一規定，通信雙方必須同時遵守才能完成數據交換。常見的協議有UDP協議和TCP協議

UDP協議詳解

用戶數據報協議(User Datagram Protocol)
UDP是無連接通信協議，即在數據傳輸時，數據的發送端和接收端不建立邏輯連接。簡單來說，當一臺計算機向另外一臺計算機發送數據時，發送端不會確認接收端是否存在，就會發出數據，同樣接收端在收到數據時，也不會向發送端反饋是否收到數據。
由於使用UDP協議消耗資源小，通信效率高，所以通常都會用於音頻、視頻和普通數據的傳輸
例如視頻會議通常採用UDP協議，因爲這種情況即使偶爾丟失一兩個數據包，也不會對接收結果產生太大影響。但是在使用UDP協議傳送數據時，由於UDP的面向無連接性，不能保證數據的完整性，因此在傳輸重要數據時不建議使用UDP協議

TCP協議詳解

TCP協議是面向連接的通信協議，即傳輸數據之前，在發送端和接收端建立邏輯連接，然後再傳輸數據，它提供了兩臺計算機之間可靠無差錯的數據傳輸。在TCP連接中必須要明確客戶端與服務器端，由客戶端向服務端發出連接請求，每次連接的創建都需要經過“三次握手”。三次握手：TCP協議中，在發送數據的準備階段，客戶端與服務器之間的三次交互，以保證連接的可靠

第一次握手，客戶端向服務器端發出連接請求，等待服務器確認
第二次握手，服務器端向客戶端回送一個響應，通知客戶端收到了連接請求
第三次握手，客戶端再次向服務器端發送確認信息，確認連接

完成三次握手，連接建立後，客戶端和服務器就可以開始進行數據傳輸了。由於這種面向連接的特性， TCP協議可以保證傳輸數據的安全，所以應用十分廣泛。例如上傳文件、下載文件、瀏覽網頁等

InetAdress類

此類表示Internet協議（IP）地址 InetAddress類沒有提供公共的構造器，而是提供瞭如下幾個靜態方法來獲取 InetAddress實例

public static InetAddress getLocalHost()
public static InetAddress getByName(String host)

InetAddress提供瞭如下幾個常用的方法

public String getHostAddress()：返回 IP 地址字符串（以文本表現形式）。
public String getHostName()：獲取此 IP 地址的主機名
public boolean isReachable(int timeout)：測試是否可以達到該地址

代碼舉例

package ThreadDemo;

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class InetAddressDemo {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        InetAddress address = InetAddress.getByName("192.168.1.66");
        //public String getHostName()：獲取此IP地址的主機名
        String name = address.getHostName();
        //public String getHostAddress()：返回文本顯示中的IP地址字符串
        String ip = address.getHostAddress();
        System.out.println("主機名：" + name);
        System.out.println("IP地址：" + ip);
    }
}

Socket

利用套接字(Socket)開發網絡應用程序早已被廣泛的採用，以至於成爲事實上的標準。
網絡上具有唯一標識的IP地址和端口號組合在一起才能構成唯一能識別的標識符套接字。
通信的兩端都要有Socket，是兩臺機器間通信的端點。
網絡通信其實就是Socket間的通信。
Socket允許程序把網絡連接當成一個流，數據在兩個Socket間通過IO傳輸。
一般主動發起通信的應用程序屬客戶端，等待通信請求的爲服務端。

Socket分類：

流套接字（stream socket）：使用TCP提供可依賴的字節流服務
數據報套接字（datagram socket）：使用UDP提供“盡力而爲”的數據報服務

Socket類的常用構造器：

public Socket(InetAddress address,int port)創建一個流套接字並將其連接到指定 IP 地址的指定端口號。
public Socket(String host,int port)創建一個流套接字並將其連接到指定主機上的指定端口號。

Socket類的常用方法：

public InputStream getInputStream()返回此套接字的輸入流。可以用於接收網絡消息
public OutputStream getOutputStream()返回此套接字的輸出流。可以用於發送網絡消息
public InetAddress getInetAddress()此套接字連接到的遠程 IP 地址；如果套接字是未連接的，則返回 null。
public InetAddress getLocalAddress()獲取套接字綁定的本地地址。即本端的IP地址
public int getPort()此套接字連接到的遠程端口號；如果尚未連接套接字，則返回 0。
public int getLocalPort()返回此套接字綁定到的本地端口。如果尚未綁定套接字，則返回 -1。即本端的端口號。
public void close()關閉此套接字。套接字被關閉後，便不可在以後的網絡連接中使用（即無法重新連接或重新綁定）。需要創建新的套接字對象。關閉此套接字也將會關閉該套接字的 InputStream 和 OutputStream。
public void shutdownInput()如果在套接字上調用 shutdownInput() 後從套接字輸入流讀取內容，則流將返回 EOF（文件結束符）。即不能在從此套接字的輸入流中接收任何數據。
public void shutdownOutput()禁用此套接字的輸出流。對於 TCP 套接字，任何以前寫入的數據都將被髮送，並且後跟 TCP 的正常連接終止序列。如果在套接字上調用 shutdownOutput() 後寫入套接字輸出流，則該流將拋出 IOException。即不能通過此套接字的輸出流發送任何數據。

UDP網絡通信

類 DatagramSocket 和 DatagramPacket 實現了基於 UDP 協議網絡程序。
UDP數據報通過數據報套接字 DatagramSocket 發送和接收，系統不保證 UDP數據報一定能夠安全送到目的地，也不能確定什麼時候可以抵達。
DatagramPacket 對象封裝了UDP數據報，在數據報中包含了發送端的IP 地址和端口號以及接收端的IP地址和端口號。
UDP協議中每個數據報都給出了完整的地址信息，因此無須建立發送方和接收方的連接。如同發快遞包裹一樣。

DatagramPacket類的常用方法

public DatagramPacket(byte[] buf,int length)構造 DatagramPacket，用來接收長度爲 length 的數據包。 length 參數必須小於等於 buf.length。
public DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress address,int port)構造數據報包，用來將長度爲 length 的包發送到指定主機上的指定端口號。length 參數必須小於等於 buf.length。
public InetAddress getAddress()返回某臺機器的 IP 地址，此數據報將要發往該機器或者是從該機器接收到的。
public int getPort()返回某臺遠程主機的端口號，此數據報將要發往該主機或者是從該主機接收到的。
public byte[] getData()返回數據緩衝區。接收到的或將要發送的數據從緩衝區中的偏移量 offset 處開始，持續 length 長度。
public int getLength()返回將要發送或接收到的數據的長度。

流程：

DatagramSocket與DatagramPacket
建立發送端，接收端
建立數據包
調用Socket的發送、接收方法
關閉Socket

發送端與接收端是兩個獨立的運行程序

接收端，要指定監聽的端口。



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

/*
    UDP接收數據的步驟
        1:創建接收端的Socket對象(DatagramSocket)
        2:創建一個數據包，用於接收數據
        3:調用DatagramSocket對象的方法接收數據
        4:解析數據包，並把數據在控制檯顯示
        5:關閉接收端
 */
public class ReceiveDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //創建接收端的Socket對象(DatagramSocket)
        //DatagramSocket(int port) 構造數據報套接字並將其綁定到本地主機上的指定端口
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);

        //創建一個數據包，用於接收數據
        //DatagramPacket(byte[] buf, int length) 構造一個 DatagramPacket用於接收長度爲 length數據包
        byte[] bys = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys,bys.length);

        //調用DatagramSocket對象的方法接收數據
        ds.receive(dp);

        //解析數據包，並把數據在控制檯顯示
        //byte[] getData() 返回數據緩衝區
//        byte[] datas = dp.getData();
        //int getLength() 返回要發送的數據的長度或接收到的數據的長度
//        int len = dp.getLength();
//        String dataString = new String(datas,0,len);
//        System.out.println("數據是：" + dataString);
        System.out.println("數據是：" + new String(dp.getData(),0,dp.getLength()));

        //關閉接收端
        ds.close();
    }
}

發送端



import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;

/*
    UDP發送數據：
        數據來自於鍵盤錄入，直到輸入的數據是886，發送數據結束
 */
public class SendDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //創建發送端的Socket對象(DatagramSocket)
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

        //自己封裝鍵盤錄入數據
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        String line;
        while ((line = br.readLine()) != null) {
            //輸入的數據是886，發送數據結束
            if ("886".equals(line)) {
                break;
            }

            //創建數據，並把數據打包
            byte[] bys = line.getBytes();
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length, InetAddress.getByName("192.168.1.66"), 12345);

            //調用DatagramSocket對象的方法發送數據
            ds.send(dp);
        }

        //關閉發送端
        ds.close();
    }
}

TCP網絡編程

客戶端Socket的工作過程包含以下四個基本的步驟：

創建 Socket：根據指定服務端的 IP 地址或端口號構造 Socket 類對象。若服務器端響應，則建立客戶端到服務器的通信線路。若連接失敗，會出現異常。
打開連接到 Socket 的輸入/出流： 使用 getInputStream()方法獲得輸入流，使用 getOutputStream()方法獲得輸出流，進行數據傳輸
按照一定的協議對 Socket 進行讀/寫操作：通過輸入流讀取服務器放入線路的信息（但不能讀取自己放入線路的信息），通過輸出流將信息寫入線程。
關閉 Socket：斷開客戶端到服務器的連接，釋放線路

客戶端程序可以使用Socket類創建對象，創建的同時會自動向服務器方發起連 接。Socket的構造器是：

Socket(String host,int port)throws UnknownHostException,IOException：向服務器(域名是 host。端口號爲port)發起TCP連接，若成功，則創建Socket對象，否則拋出異常。
Socket(InetAddress address,int port)throws IOException：根據InetAddress對象所表示的 IP地址以及端口號port發起連接。

客戶端建立socketAtClient對象的過程就是向服務器發出套接字連接請求


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

/*
    TCP發送數據的步驟
        1:創建客戶端的Socket對象(Socket)
        2:獲取輸出流，寫數據
        3:釋放資源
 */
public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //創建客戶端的Socket對象(Socket)
        //Socket(InetAddress address, int port) 創建流套接字並將其連接到指定IP地址的指定端口號
//        Socket s = new Socket(InetAddress.getByName("192.168.1.66"),10000);
        //Socket(String host, int port) 創建流套接字並將其連接到指定主機上的指定端口號
        Socket s = new Socket("192.168.1.66",10000);

        //獲取輸出流，寫數據
        //OutputStream getOutputStream() 返回此套接字的輸出流
        OutputStream os = s.getOutputStream();
        os.write("hello,tcp,我來了".getBytes());

        //釋放資源
        s.close();
    }
}

服務器程序的工作過程包含以下四個基本的步驟：

調用 ServerSocket(int port) ：創建一個服務器端套接字，並綁定到指定端口上。用於監聽客戶端的請求。
調用 accept()：監聽連接請求，如果客戶端請求連接，則接受連接，返回通信套接字對象。
調用該Socket類對象的 getOutputStream() 和 getInputStream ()：獲取輸出流和輸入流，開始網絡數據的發送和接收。
關閉ServerSocket和Socket對象：客戶端訪問結束，關閉通信套接字。

ServerSocket 對象負責等待客戶端請求建立套接字連接，類似郵局某個窗口中的業務員。也就是說，服務器必須事先建立一個等待客戶請求建立套接字 連接的ServerSocket對象。

所謂“接收”客戶的套接字請求，就是accept()方法會返回一個 Socket 對象

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

/*
    TCP接收數據的步驟
        1:創建服務器端的Socket對象(ServerSocket)
        2:獲取輸入流，讀數據，並把數據顯示在控制檯
        3:釋放資源
 */
public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //創建服務器端的Socket對象(ServerSocket)
        //ServerSocket(int port) 創建綁定到指定端口的服務器套接字
        ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);

        //Socket accept() 偵聽要連接到此套接字並接受它
        Socket s = ss.accept();

        //獲取輸入流，讀數據，並把數據顯示在控制檯
        InputStream is = s.getInputStream();
        byte[] bys = new byte[1024];
        int len = is.read(bys);
        String data = new String(bys,0,len);
        System.out.println("數據是：" + data);

        //釋放資源
        s.close();
        ss.close();
    }
}

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InetAdress類

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