前言

        计算机网络是通过传输介质、通信设施和网络通信协议，把分散在不同地点的计算机设备互连起来，实现资源共享和数据传输的系统。网络编程就就是编写程序使联网的两个(或多个)设备(例如计算机)之间进行数据传输。Java语言对网络编程提供了良好的支持，通过其提供的接口我们可以很方便地进行网络编程。

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文章目录

一、网络编程概述

二、网络模型

三、网络通信要素

1、IP

2、端口号

3、通信协议

四、TCP编程

五、UDP编程

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一、网络编程概述

计算机网络：
        把分布在不同地理区域的具有独立功能的计算机,通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。

网络编程概述：
         Java是 Internet 上的语言，它从语言级上提供了对网络应用程序的支持，程序员能够很容易开发常见的网络应用程序。
        Java提供的网络类库，可以实现网络连接，联网的底层细节被隐藏在Java 的本机安装系统里，由 JVM 进行控制。并且 Java 实现了一个跨平台的网络库，程序员面对的是一个统一的网络编程环境。

网络编程的目的：
        直接或间接地通过网络协议与其他计算机进行通讯。

网络编程的两个问题：
        如何准确地定位网络上一台或多台主机
        找到主机后如何可靠高效地进行数据传输

二、网络模型

        发送端在层与层之间传输数据时，每经过一层时必定会被打上一个该层所属的首部信息。反之，接收端在层与层传输数据时，每经过一层时会把对应的首部消去。

网络参考模型 

三、网络通信要素

网络通信三要素：IP地址、端口号、通信协议

1、IP

IP地址：（Internet  Protocol  Address）互联网协议地址。
                 网络中的计算机使用IP地址来进行唯一标识。

查看IP地址：
        Windows环境下，打开CMD，输入命令ipconfig，按回车查看。

本地回环地址（hostAddress）：127.0.0.1，代表设备的本地虚拟接口。

 

2、端口号

端口号：计算机应用程序中的一个整数数字符号，用来区分不同的应用程序。

0~1024：未被系统使用或保留的端口号
0~65535：有效端口号
1024~65536：可用程序定义端口号

3、通信协议

网络通信协议：
        计算机网络中实现通信必须有一些约定，即通信协议，对速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定标准。

传输层协议：
       传输控制协议TCP（Transmission  Control  Protocol）
       用户数据报协议UDP（User  Datagram  Protocol）

TCP
       • 使用TCP协议前，须先建立TCP连接，形成传输数据通道
       • 传输前，采用“三次握手”方式，是可靠的
       • TCP协议进行通信的两个应用进程：客户端、服务端
       • 在连接中可进行大数据量的传输，传输速度慢
       • 传输完毕，需释放已建立的连接，效率低
       • 在断开时要进行“四次挥手”

三次握手：
       

 四次挥手：

 

UDP
        • 将数据、源、目的封装成数据报，不需要建立连接，直接发送
        • 每个数据报的大小限制在64K内
        • 因无需连接，故是不可靠的
        • 发送数据结束时无需释放资源，速度快

四、TCP编程

● 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。 ● 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。

Socket常用方法：

方法	功能
void close() throws IOException	关闭Socket，不可在以后的网络连接中使用，除非创建新的套接字
InputStream getInputStream() throws IOException	获取与Socket相关联的字节输入流，用于从Socket中读数据。
OutputStream getOutputStream() throws IOException	获取与Socket相关联的字节输出流，用于向Socket中写数据。

 ServerSocket常用方法：

方法	功能
Socket accept() throws IOException	等待客户端的连接请求，返回与该客户端进行通信用的 Socket对象
void close()throws IOException	关闭监听Socket

代码示例 

 

//客户端
public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {//创建客户端Socket，创建3次握手建立连接Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999);//客户端向服务器发送信息OutputStream out = socket.getOutputStream();out.write("你好服务器".getBytes("utf-8"));//接收服务器端发送的信息InputStream in = socket.getInputStream();byte[] b = new byte[100];int size = in.read(b);System.out.println(new String(b,0,size,"utf-8"));}
}//服务器端
public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {//建立服务   0-65535 不能使用已存在的端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);System.out.println("服务器启动");//监听，有没有客户端尝试连接服务器Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println("客户端连接成功");//接收客户端发送的信息InputStream in = socket.getInputStream();OutputStream out = socket.getOutputStream();byte [] b = new byte[100];int size = in.read(b);//byte数组转为字符串String s = new String(b,0,size,"utf-8");System.out.println(s);//从服务器端向客户端发送信息out.write("你好客户端".getBytes("utf-8"));}
}

客户端Socket的工作过程：
        ● 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的构造方法是：

//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(String host,int port)throws UnknownHostException,IOException
//根据 InetAddress对象所表示的IP地址以及端口号port发起连接
Socket(InetAddress address,int port)throws IOException//代码示例
Socket s = new Socket(“192.168.40.165”,9999);
OutputStream out = s.getOutputStream();
out.write(“hello”.getBytes());
s.close();

  服务器端工作过程：
        ● 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。

服务器端建立 ServerSocket 对象：        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

ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
Socket s = ss.accept ();
InputStream in = s.getInputStream();
byte[] buf = new byte[1024];
int num = in.read(buf);
String str = new String(buf,0,num);
System.out.println(s.getInetAddress().toString()+”:”+str);
s.close();
ss.close();

完整过程、代码示例

//服务器端
public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);Socket socket = serverSocket.accept();DataInputStream din = new DataInputStream(socket.getInputStream());DataOutputStream dout = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());Scanner scanner = new Scanner(System.in);while(true){String msg = din.readUTF();System.out.println("客户端说:"+msg);System.out.println("服务器输入:");String msg1 = scanner.next();dout.writeUTF(msg1);}}
}//客户端
public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999);DataOutputStream dout = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());DataInputStream din = new DataInputStream(socket.getInputStream());Scanner scanner = new Scanner(System.in);while(true){System.out.println("客户端输入");String msg = scanner.next();dout.writeUTF(msg);if(msg.equals("886")){break;}System.out.println("服务器端说:"+din.readUTF());}socket.close();}
}

五、UDP编程

● 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 ● 流 程：        1. DatagramSocket与DatagramPacket        2. 建立发送端，接收端        3. 建立数据报        4. 调用Socket的发送、接收方法        5. 关闭Socket ● 发送端与接收端是两个独立的运行程序 发送端

DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
byte[] by = “hello,baidu.com”.getBytes();
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(by,0,by.length,
InetAddress.getByName(“127.0.0.1”),10000);
ds.send(dp);
ds.close();

接收端，要指定监听的端口。

DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);
byte[] by = new byte[1024];
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(by,by.length);
ds.receive(dp);
String str = new String(dp.getData(),0,dp.getLength());
System.out.println(str+"--"+dp.getAddress());
ds.close();

完整过程，代码示例

//发送端
public class Send {public static void main(String[] args) throws IOException {//基于UDP协议发送，接收的SocketDatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();byte[] b = "你好接收端".getBytes();//创建数据报while (true) {DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(b, b.length, InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 9999);datagramSocket.send(datagramPacket);}}
}//接收端
public class Receive {public static void main(String[] args) throws IOException {DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(9999);byte[] b = new byte[1024];while(true){DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(b,b.length);//接收数据到数据报中datagramSocket.receive(datagramPacket);String s = new String(b,datagramPacket.getLength());System.out.println(s);}}
}