什么是网络编程？Java如何实现？三次握手和四次挥手？

.29.2023-10-22 23:09

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Java网络编程

什么是网络编程？Java如何实现？三次握手和四次挥手？

1. 什么是网络编程

网络编程：

  • 网络编程，就是指在网络通信协议下，不同计算机运行的程序，进行的数据传输，即：计算机与计算机之间，通过网络进行数据传输。

    • Java中可以使用java.net包下的技术轻松开发出常见的网络应用程序。

常见的软件架构：

  • C/S架构：Client/Server -- 客户端/服务器，在用户本地需要下载并安装客户端程序，在远程有一个服务器程序。
  • B/S架构：Browser/Server -- 浏览器/服务器，只需要一个浏览器，用户通过不同的网址，访问不同的服务器。
    • BS架构 优缺点：
      • ①不需要开发客户端，只需要页面 + 服务端
      • ②用户不需要下载，打开浏览器就能使用
      • ③如果应用过大，用户体验受到影响（缺）
    • CS架构 优缺点：
      • ①画面可以做的十分精美，用户体验好
      • ②需要开发客户端，也需要开发服务端（缺）
      • ③用户需要下载和更新，麻烦（缺）

2. 网络编程三要素

网络编程三要素：

  • IP：设备在网络中的地址，是唯一的标识。
  • 端口号：应用程序在设备中唯一的标识。
  • 协议：数据在网络中传输的规则，常见：UDP、TCP、http、https、ftp。

IP

  • IP全称：Internet Protocol，互联网协议地址，也称IP地址，是分配给网上设备的数字标签。

  • IPv4:Internet Protocol version 4,互联网通信协议第四版。

    • 采用32位地址长度，分成四组，每组范围0~255。
    • 最多有2^32个ip，目前已用完。
    • 192.168.开头是私有地址，范围在192.168.0.0 -- 192.168.255.255，专供组织机构内部局域网使用。

  • IPv6: Internet Protocol version 6，互联网通信协议第六版。

    • 采用128位地址长度，分为8组。
    • 最多有2^128个ip，正是为了解决IPv4不够用而出现的。

端口号：

  • 端口号：应用程序在设备中唯一的标识 。
    • 端口号是由两个字节表示的整数，取值范围：0 ~ 65535，其中0 ~ 1023之间的端口号用于一些知名的网络服务或者应用，平常使用可以使用1024以上的端口号。
    • == 注意：一个端口号只能被一个应用程序使用。 ==

协议：

  • 计算机网络中，连接和通信的规则被称为网络通信协议。

  • OSI参考模型：世界互联协议标准，全球通信规范，模型过于理想化，未能在因特网上进行广泛推广。

  • TCP/IP参考模型（TCP/IP协议）：事实上的国际标准

⚪ UDP协议

UDP协议：

  • 用户数据报协议（User Datagram Protocol）
  • UDP是面向无连接通信协议。
    • 速度快，但大小限制一次最多发送64K，数据不安全，数据易丢失。

UDP通信程序：

  • 发送数据：

  • ① 创建发送端的DatagramSocket对象

    • 可以通过传入参数，指定绑定的端口。

  • ②数据打包（DatagramPacket）

  • ③发送数据

  • ④释放资源

java 复制代码 
/**
 * @author .29.
 * @create 2023-10-20 16:44
 */
public class UDPSendM {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1. 创建DatagramSocket对象
        // 绑定端口：通过绑定的端口向外发送数据
        //空参:随机选取所有可用端口中的一个来绑定
        //带参：指定端口号进行绑定
        DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();

        //2. 打包数据
        String str = "这是使用UDP协议发送的数据";//数据
        byte[] bytes = str.getBytes();        //转换成字节数组
        InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1"); //向这个主机地址发送数据
        int port = 10086; //向这个端口发送数据
        DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, port);

        //3. 发送数据
        datagramSocket.send(datagramPacket);

        //4.关闭资源
        datagramSocket.close();
    }
}

  • 接收数据：

  • ①创建DatagramSocket对象

    • 一定要绑定端口，端口需要与发送程序的目标端口保持一致！

  • ②接受打包好的数据

  • ③解析数据包

  • ④释放资源

java 复制代码 
/**
 * @author .29.
 * @create 2023-10-20 17:10
 */
public class UDPReceiveM {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1. 创建DatagramSocket对象，必须绑定端口号，并与发送程序的目标端口一致
        DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(10086);

        //2. 接收数据
        byte[] bytes = new byte[1024];
        DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
        //receive()是阻塞的，在接收到数据前会一直等待
        datagramSocket.receive(datagramPacket);

        //3. 解析数据
        byte[] data = datagramPacket.getData(); //传输的数据
        InetAddress address = datagramPacket.getAddress();//传输的地址
        int length = datagramPacket.getLength();//数据长度
        int port = datagramPacket.getPort();//传输的端口号
        System.out.println("接收到的数据：" + new String(data,0,length));
        System.out.println("数据从端口" + port + "地址" + address + "发来");

        //4. 释放资源
        datagramSocket.close();
    }
}

  • 输出：

bash 复制代码 
接收到的数据：这是使用UDP协议发送的数据
数据从端口50584地址/127.0.0.1发来

UDP的三种通信方式：

  • ①单播： 一对一进行数据传输

    • 上述通信程序采用的就是单播方式。

  • ②组播： 一对多进行数据传输

    • 组播地址：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255，其中224.0.0.0 ~ 224.0.0.225是预留的组播地址。

    • 发送端： 第一步创建的是MulticastSocket对象，之后打包数据时目标地址改为组播地址，其余与单播一致。

      java 复制代码 
      MulticastSocket ms = new MulticastSocket();

    • 接收端： 第一步创建的是MulticastSocket对象，之后将当前机器添加绑定到发送端的目标组播地址中去：

      java 复制代码 
      MulticastSocket ms = new MulticastSocket(10000);
//获取组播地址的对象
InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.0.1");
//MulticastSocket对象添加绑定到组播地址
ms.joinGroup(address);

  • ③广播： 向所有机器进行数据传输

    • 广播地址：225.225.225.225
    • 实现广播，只需要在单播的发送端基础上，将目标地址改为广播地址的225.225.225.225。
⚪ TCP协议

TCP协议：

  • 传输控制报协议（Transmission Control Protocol）
  • UDP是面向连接通信协议。
    • 虽速度慢，但没有大小限制，且数据安全。

TCP通信程序：

  • TCP协议是一种可靠的网络协议，它在通信的两端各建立一个Socket对象，通信之前要保证连接已经建立，通过Socket产生IO流来进行网络通信。

  • 客户端：

    • ①创建客户端的Socket对象(Socket)，与指定服务端连接
      • Socket(String host,int port)
    • ②获取输出流，写数据
      • OutputStream getOutputStream()
    • ③释放资源
    • void close()
java 复制代码 
/**
 * @author .29.
 * @create 2023-10-20 20:14
 */
public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1. 创建Socket对象，与服务端建立连接
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 10000);

        //2. 获取字节输出流
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();

        //3. 发送数据
        String s = "这边是客户端，你好呀服务端！";
        outputStream.write(s.getBytes());

        //4. 关闭资源
        outputStream.close();
        socket.close();

    }
}

  • 服务端：

  • ①创建服务端的Socket对象（ServerSocket）

    • ServerSocket(int port)

  • ②监听客户端连接，返回一个Socket对象

    • Socket accept()

  • ③获取输入流，读数据，并显示

    • InputStream getInputStream()

  • ④释放资源

    • void close()
java 复制代码 
/**
 * @author .29.
 * @create 2023-10-20 20:17
 */
public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1. 获取服务端Socket对象，端口号与客户端目标端口号一致
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(10000);

        //2. 返回一个Socket对象
        Socket accept = serverSocket.accept();

        //3. 获取字节输入流
        InputStream inputStream = accept.getInputStream();
        InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(inputStream);

        //4. 获取数据，显示
        int i;
        System.out.println("接收到数据：");
        while((i = inputStreamReader.read()) != -1){
            System.out.print((char)i);
        }

        //5. 释放资源
        inputStreamReader.close();
        accept.close();
        serverSocket.close();

    }
}
· 三次握手和四次挥手

三次握手（确保连接建立）：

  • ①客户端首先会向服务器发送连接请求，之后开始等待，等待服务器确认。
  • ②服务器接收到请求后，向客户端返回一个响应，告诉客户端收到请求了。
  • ③得到服务器确认后，再次向服务器发送确认信息，建立连接。

四次挥手（确保连接断开，且数据处理完毕）：

  • ①客户端首先向服务器发送取消连接的请求，而后等待响应。
  • ②服务器向客户端返回一个响应，表示收到了取消连接的请求，之后服务器开始处理数据。
  • ③服务器将数据处理完毕后，再次向客户端发出确认取消信息。
  • ④客户端再次发送确认消息，连接取消。

3. InetAddress类

InetAddress类的使用：

  • static InetAddress getByName(String host)：获取主机名称的IP地址，主机名称可以是机器名称，也可以是IP地址。

  • String getHostName()：获取此IP地址的主机名。

  • String getHostAddress()：返回文本显示中的IP地址字符串。

java 复制代码 
/**
 * @author .29.
 * @create 2023-10-20 15:51
 */
public class InetAddressDemo {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        //1. 获取InetAddress对象（一台设备的对象），传入的可以是IP地址，也可以是机器名称
        InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("LAPTOP-TB1IVJR9");
        System.out.println(inetAddress); // LAPTOP-TB1IVJR9/192.168.88.1

        InetAddress inetAddress2 = InetAddress.getByName("192.168.88.1");
        System.out.println(inetAddress2); // /192.168.88.1

        //2. 获取InetAddress对象的设备名称
        String hostName = inetAddress.getHostName();
        System.out.println(hostName); // LAPTOP-TB1IVJR9

        //3. 获取InetAddress对象的ip地址字符串
        String hostAddress = inetAddress.getHostAddress();
        System.out.println(hostAddress); // 192.168.88.1
    }
}
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