【网络通信三要素】TCP与UDP快速入门

网络通信三要素

1.什么是网络编程?

可以让设备中的程序,与网络上其他设备中的程序进行数据交互,从而实现网络通信的手段,java.net.*包下提供了网络编程的解决方案

2.基本的通信架构

基本的通信架构有2种形式:CS架构(Client客户端/Server服务端)、BS架构(Browser浏览器/Server服务端),无论是CS架构,还是BS架构的软件都必须依赖网络编程
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3.网络通信三要素
  • IP:设备在网络中的地址,是唯一的标识

    IP(Internet Protocol),全称"互联网协议地址",也称"IP地址",是分配给上网设备的数字标签常见的IP分类为IPv4和IPv6

    IPv4是4个字节,32个bit位,点分十进制表示法;IPv6

    lIPv6:由128bit位(16个字节)组成,号称可以为地球每一粒沙子编号,IPv6分为8组,每组的每四位编码成一个十六进制位表示, 冒分十六进制表示法

    特殊的IP地址:127.0.0.1、localhost:代表本机IP,只会寻找当前所在的主机

    IP常用命令

    • ipconfig:查看本机IP地址
    • lping IP地址:检查网络是否连通

    InetAddress:该类对象代表ip地址

    InetAddress的常用方法如下:

    • public static InetAddress getLocalHost:获取本机IP,会以一个 InetAddress的对象返回
    • public static InetAddress getByName(String host):根据ip地址或者域名,返回一个 InetAddress对象
    • public String getHostName():获取ip地址对象对应的主机名
    • public String getHostAddress():获取ip地址对象中的ip地址信息
    • public boolean isReachable(int timeout):在指定毫秒内,判断主机与该ip对应的主机是否能连通
  • 端口:应用程序在设备中的唯一标识,用两个字节表示,范围是0到65535

    分类

    • 周知端口:0-1023,被预先定义的知名应用占用(如:HTTP占用80,FTP占用21)
    • 注册端口:1024-49151,分配给用户进程或某些应用程序
    • 动态端口:49152-65535,之所以被称为动态端口,49152-65535,一般不固定分配给某进程,而是动态分配

    注意:开发程序一般使用注册端口,且一个设备中不能出现两个程序的端口号一样,否则出错

  • 协议:连接和数据在网络中的传输规则

    传输层有两个通信协议:UDP(User Datagram Protocol)用户数据包协议;TCP(Transmission Control Protocol)传输控制协议

    UDP协议

    (1)特点:面向无连接,不可靠通信,通信效率高

    (2)不事先建立连接,数据包包含自己的ip、程序端口、目的地ip、程序端口和数据(64k)等

    (3)发送方不管对方是否在线,数据在路上丢不丢失,接收方收到数据也无需接收返回确认

    (4)应用场景:语音通话、视频直播

    Java提供了java.net.DatagramSocket类,来实现UDP通信

    DatagramSocket:用于创建客户端、服务端

    • public DatagramSocket():创建客户端的Socket,系统会随机分配一个端口号
    • public DatagramSocket(int port):创建服务端的Socket对象,并指定端口号
    • public void send(DatagramPacket dp):发送数据包
    • public void receive(DatagramPacket p):使用数据包接收数据

    DatagramPacket:创建数据包

    • public DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress address,int port):创建发出去的数据包对象
    • public DatagramPacket(byte[] buf,int length):创建用来接收数据的数据包
    • public int getLength():获取数据包,实际接收到的字节个数

    客户端:

    import java.net.*;public class UDPClient {public static void main(String[] args) throws Exception {//创建客户端Socket对象,随机分配端口号DatagramSocket client = new DatagramSocket(); //也可以指定//public DatagramPacket(字节数组, 数组长度, 服务器IP对象, 服务器端口号); 创建发送的数据包对象byte[] bytes = "礼物".getBytes();DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,//InetAddress.getLocalHost(),InetAddress.getByName("127.0.0.1"),10000);//public void send(DatagramPacket dp); 发送数据包client.send(dp);//释放资源client.close();}
    }
    

    服务端:

    import java.io.IOException;
    import java.net.*;public class UDPServer {public static void main(String[] args) throws Exception {System.out.println("UDP服务端启动,等待接收数据:");//创建服务器Socket对象,并指定端口号DatagramSocket server = new DatagramSocket(10000);//创建用来接收的数据包对象byte[] bytes = new byte[1024];DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);//使用数据包接收数据server.receive(dp); //receive是阻塞的,等着接数据//展示数据int len = dp.getLength(); //len:代表本次接收的有效数据个数System.out.println(new String(bytes, 0, len));//DatagramPacket对象获取客户端其他信息System.out.println(dp.getAddress().getHostAddress());System.out.println(dp.getPort());//释放资源server.close();}
    }
    

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TCP协议

(1)特点:面向连接的,可靠通信,通信效率相对不高

(2)TCP的最终目的,就是保证在不可靠的信道上,实现可靠的传输,传输数据不限制大小

(3)TCP协议通过三次握手建立连接,通过四次挥手断开连接

(4)应用场景:网页、文件下载、支付

Java提供了一个java.net.Socket类来实现TCP通信

  • public Socket(String host,int port):根据指定二点服务器ip,端口号请求与服务端建立连接,连接通过就获得了客户端socket
  • public ServerSocket(int port):创建服务端ServerSocket对象并绑定端口号
  • public OutputStream getOutputStream():获得字节输出流对象
  • public InputStream getInputstream():获得字节输入流对象
  • public Socket accept():阻塞等待客户端的连接请求,一旦连接成功返回服务端Socket对象

客户端:

import java.io.DataOutputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.Socket;
public class TCPClient {public static void main(String[] args) throws Exception {//根据指定的IP和端口创建客户端Socket对象Socket client = new Socket("127.0.0.1", 10010);//获取字节输出流对象(发送)OutputStream os = client.getOutputStream();//封装数据输出流DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);//写数据dos.writeUTF("发送礼物");//释放资源(释放new出来的资源)client.close();dos.close();}
}

服务端:

import java.io.DataInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class TCPServer {public static void main(String[] args) throws IOException {System.out.println("TCP服务端启动,等待接收数据:");//创建服务端ServerSocket对象并绑定端口号ServerSocket server = new ServerSocket(10010);//阻塞等待客户端的连接请求,一旦连接成功返回服务端Socket对象Socket serverSocket = server.accept();//获取字节输入流对象(接收)InputStream is = serverSocket.getInputStream();//封装数据输入流DataInputStream dis = new DataInputStream(is);//读取数据System.out.println(dis.readUTF());//释放资源server.close();dis.close();}
}

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注意:如果没有启动服务器,单独启动客户端,会报错 java.net.ConnectException

原因:由于TCP是面向连接的,建立连接(三次握手)的时候失败

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