day30_网络编程初识

网络编程入门

计算机网络

是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统

网络编程

在网络通信协议下，实现网络互连的不同计算机上运行的程序间可以进行数据交换

网络编程三要素

IP地址

要想让网络中的计算机能够互相通信，必须为每台计算机指定一个标识号，通过这个标识号来指定要接收数据的计算机和识别发送的计算机，而IP地址就是这个标识号。也就是设备的标识

IP地址详解

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

特殊的IP地址

本机IP地址： 127.0.0.1 、 localhost

端口

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？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。

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。常见的协议有UDP协议和TCP协议

UDP协议详解

用户数据报协议(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、视频和普通数据的传输
例如视频会议通常采用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协议详解

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

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

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。例如上传文件、下载文件、浏览网页等

InetAdress类

此类表示Internet协议（IP）地址 InetAddress类没有提供公共的构造器，而是提供了如下几个静态方法来获取 InetAddress实例

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

InetAddress提供了如下几个常用的方法

public String getHostAddress()：返回 IP 地址字符串（以文本表现形式）。
public String getHostName()：获取此 IP 地址的主机名
public boolean isReachable(int timeout)：测试是否可以达到该地址

代码举例

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()：获取此IP地址的主机名
        String name = address.getHostName();
        //public String getHostAddress()：返回文本显示中的IP地址字符串
        String ip = address.getHostAddress();
        System.out.println("主机名：" + name);
        System.out.println("IP地址：" + ip);
    }
}

Socket

利用套接字(Socket)开发网络应用程序早已被广泛的采用，以至于成为事实上的标准。
网络上具有唯一标识的IP地址和端口号组合在一起才能构成唯一能识别的标识符套接字。
通信的两端都要有Socket，是两台机器间通信的端点。
网络通信其实就是Socket间的通信。
Socket允许程序把网络连接当成一个流，数据在两个Socket间通过IO传输。
一般主动发起通信的应用程序属客户端，等待通信请求的为服务端。

Socket分类：

流套接字（stream socket）：使用TCP提供可依赖的字节流服务
数据报套接字（datagram socket）：使用UDP提供“尽力而为”的数据报服务

Socket类的常用构造器：

public 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。
public Socket(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。

Socket类的常用方法：

public InputStream getInputStream()返回此套接字的输入流。可以用于接收网络消息
public OutputStream getOutputStream()返回此套接字的输出流。可以用于发送网络消息
public InetAddress getInetAddress()此套接字连接到的远程 IP 地址；如果套接字是未连接的，则返回 null。
public InetAddress getLocalAddress()获取套接字绑定的本地地址。即本端的IP地址
public int getPort()此套接字连接到的远程端口号；如果尚未连接套接字，则返回 0。
public int getLocalPort()返回此套接字绑定到的本地端口。如果尚未绑定套接字，则返回 -1。即本端的端口号。
public void close()关闭此套接字。套接字被关闭后，便不可在以后的网络连接中使用（即无法重新连接或重新绑定）。需要创建新的套接字对象。关闭此套接字也将会关闭该套接字的 InputStream 和 OutputStream。
public void shutdownInput()如果在套接字上调用 shutdownInput() 后从套接字输入流读取内容，则流将返回 EOF（文件结束符）。即不能在从此套接字的输入流中接收任何数据。
public void shutdownOutput()禁用此套接字的输出流。对于 TCP 套接字，任何以前写入的数据都将被发送，并且后跟 TCP 的正常连接终止序列。如果在套接字上调用 shutdownOutput() 后写入套接字输出流，则该流将抛出 IOException。即不能通过此套接字的输出流发送任何数据。

UDP网络通信

类 DatagramSocket 和 DatagramPacket 实现了基于 UDP 协议网络程序。
UDP数据报通过数据报套接字 DatagramSocket 发送和接收，系统不保证 UDP数据报一定能够安全送到目的地，也不能确定什么时候可以抵达。
DatagramPacket 对象封装了UDP数据报，在数据报中包含了发送端的IP 地址和端口号以及接收端的IP地址和端口号。
UDP协议中每个数据报都给出了完整的地址信息，因此无须建立发送方和接收方的连接。如同发快递包裹一样。

DatagramPacket类的常用方法

public DatagramPacket(byte[] buf,int length)构造 DatagramPacket，用来接收长度为 length 的数据包。 length 参数必须小于等于 buf.length。
public DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress address,int port)构造数据报包，用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。length 参数必须小于等于 buf.length。
public InetAddress getAddress()返回某台机器的 IP 地址，此数据报将要发往该机器或者是从该机器接收到的。
public int getPort()返回某台远程主机的端口号，此数据报将要发往该主机或者是从该主机接收到的。
public byte[] getData()返回数据缓冲区。接收到的或将要发送的数据从缓冲区中的偏移量 offset 处开始，持续 length 长度。
public int getLength()返回将要发送或接收到的数据的长度。

流程：

DatagramSocket与DatagramPacket
建立发送端，接收端
建立数据包
调用Socket的发送、接收方法
关闭Socket

发送端与接收端是两个独立的运行程序

接收端，要指定监听的端口。



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

/*
    UDP接收数据的步骤
        1:创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)
        2:创建一个数据包，用于接收数据
        3:调用DatagramSocket对象的方法接收数据
        4:解析数据包，并把数据在控制台显示
        5:关闭接收端
 */
public class ReceiveDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)
        //DatagramSocket(int port) 构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);

        //创建一个数据包，用于接收数据
        //DatagramPacket(byte[] buf, int length) 构造一个 DatagramPacket用于接收长度为 length数据包
        byte[] bys = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys,bys.length);

        //调用DatagramSocket对象的方法接收数据
        ds.receive(dp);

        //解析数据包，并把数据在控制台显示
        //byte[] getData() 返回数据缓冲区
//        byte[] datas = dp.getData();
        //int getLength() 返回要发送的数据的长度或接收到的数据的长度
//        int len = dp.getLength();
//        String dataString = new String(datas,0,len);
//        System.out.println("数据是：" + dataString);
        System.out.println("数据是：" + new String(dp.getData(),0,dp.getLength()));

        //关闭接收端
        ds.close();
    }
}

发送端



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发送数据：
        数据来自于键盘录入，直到输入的数据是886，发送数据结束
 */
public class SendDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

        //自己封装键盘录入数据
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        String line;
        while ((line = br.readLine()) != null) {
            //输入的数据是886，发送数据结束
            if ("886".equals(line)) {
                break;
            }

            //创建数据，并把数据打包
            byte[] bys = line.getBytes();
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bys, bys.length, InetAddress.getByName("192.168.1.66"), 12345);

            //调用DatagramSocket对象的方法发送数据
            ds.send(dp);
        }

        //关闭发送端
        ds.close();
    }
}

TCP网络编程

客户端Socket的工作过程包含以下四个基本的步骤：

创建 Socket：根据指定服务端的 IP 地址或端口号构造 Socket 类对象。若服务器端响应，则建立客户端到服务器的通信线路。若连接失败，会出现异常。
打开连接到 Socket 的输入/出流： 使用 getInputStream()方法获得输入流，使用 getOutputStream()方法获得输出流，进行数据传输
按照一定的协议对 Socket 进行读/写操作：通过输入流读取服务器放入线路的信息（但不能读取自己放入线路的信息），通过输出流将信息写入线程。
关闭 Socket：断开客户端到服务器的连接，释放线路

客户端程序可以使用Socket类创建对象，创建的同时会自动向服务器方发起连 接。Socket的构造器是：

Socket(String host,int port)throws UnknownHostException,IOException：向服务器(域名是 host。端口号为port)发起TCP连接，若成功，则创建Socket对象，否则抛出异常。
Socket(InetAddress address,int port)throws IOException：根据InetAddress对象所表示的 IP地址以及端口号port发起连接。

客户端建立socketAtClient对象的过程就是向服务器发出套接字连接请求


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

/*
    TCP发送数据的步骤
        1:创建客户端的Socket对象(Socket)
        2:获取输出流，写数据
        3:释放资源
 */
public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建客户端的Socket对象(Socket)
        //Socket(InetAddress address, int port) 创建流套接字并将其连接到指定IP地址的指定端口号
//        Socket s = new Socket(InetAddress.getByName("192.168.1.66"),10000);
        //Socket(String host, int port) 创建流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号
        Socket s = new Socket("192.168.1.66",10000);

        //获取输出流，写数据
        //OutputStream getOutputStream() 返回此套接字的输出流
        OutputStream os = s.getOutputStream();
        os.write("hello,tcp,我来了".getBytes());

        //释放资源
        s.close();
    }
}

服务器程序的工作过程包含以下四个基本的步骤：

调用 ServerSocket(int port) ：创建一个服务器端套接字，并绑定到指定端口上。用于监听客户端的请求。
调用 accept()：监听连接请求，如果客户端请求连接，则接受连接，返回通信套接字对象。
调用该Socket类对象的 getOutputStream() 和 getInputStream ()：获取输出流和输入流，开始网络数据的发送和接收。
关闭ServerSocket和Socket对象：客户端访问结束，关闭通信套接字。

ServerSocket 对象负责等待客户端请求建立套接字连接，类似邮局某个窗口中的业务员。也就是说，服务器必须事先建立一个等待客户请求建立套接字 连接的ServerSocket对象。

所谓“接收”客户的套接字请求，就是accept()方法会返回一个 Socket 对象

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

/*
    TCP接收数据的步骤
        1:创建服务器端的Socket对象(ServerSocket)
        2:获取输入流，读数据，并把数据显示在控制台
        3:释放资源
 */
public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建服务器端的Socket对象(ServerSocket)
        //ServerSocket(int port) 创建绑定到指定端口的服务器套接字
        ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);

        //Socket accept() 侦听要连接到此套接字并接受它
        Socket s = ss.accept();

        //获取输入流，读数据，并把数据显示在控制台
        InputStream is = s.getInputStream();
        byte[] bys = new byte[1024];
        int len = is.read(bys);
        String data = new String(bys,0,len);
        System.out.println("数据是：" + data);

        //释放资源
        s.close();
        ss.close();
    }
}

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