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网络编程

网络编程

作者: yangliangliang | 来源:发表于2017-04-04 23:22 被阅读33次

    今日介绍内容

    1、网络通信协议

    2、UDP通信

    3、TCP通信

    第一章 网络通信协议

            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。

            网络通信协议有很多种,目前应用最广泛的是TCP/IP协议(Transmission Control Protocal/Internet Protocol 传输控制协议/因特网互联协议),它是一个包括TCP协议和IP协议,UDP(User Datagram Protocol)协议和其它一些协议的协议组,

          在进行数据传输时,要求发送的数据和收到的数据完全一样,这时,就需要在原有的数据上添加很多信息,以保证数据在传输过程中数据格式完全一致。TCP/IP协议的层次结构比较简单,共分为四层,如图所示:

    TCP/IP协议组的层次结构

           上图中:TCP/IP协议中的四层分别是应用层、传输层、网络层和链路层,每层分别负责不同的通信功能。四层详解如下:

    链路层:链路层是用于定义物理传输通道,通常是对某些网络连接设备的驱动协议,例如针对光纤、网络提供的驱动。

    网络层:网络层是整个TCP/IP协议的核心,它主要用于将传输的数据进行分组,将分组数据发送到目标计算机或者网络。

    传输层:主要使网络程序进行通信,在进行网络通信时,可以采用TCP协议,也可以采用UDP协议。

    应用层:主要负责应用程序的协议,例如HTTP协议、FTP协议等。

    1.1  IP地址和端口号

           要想使网络中的计算机能够通信,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接受数据的计算机或者发送数据的计算机。

           在TCP/IP协议中,这个标识号就是IP地址,它可以唯一标识一台计算机,目前,IP地址广泛使用的版本是IPv4,它是由4个字节大小的二进制数来表示,如:0000010100000000000000000000001由于二进制形式表示的IP地址非常不便记忆和处理,因此通常会将IP地址写成十进制的形式,每个字节用一个十进制数字(0-255)表示,数字间用符号“.”分开,如:“192.168.1.100”。

          随着计算机网络规模的不断扩大,对IP地址的需求也越来越多,IPv4这种4个字节表示的IP地址面临枯竭,因此IPv6便应用而生了,IPv6使用16个字节表示IP地址,它所拥有的地址容量约十IPv4的8*10^28倍,(8乘以10的28次幂倍)达到2^128个(算上全零的),这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。

    通过IP地址可以连接到指定计算机,但如果想访问目标计算机中的某个应用程序,还需要指定端口号。在计算机中,不同的应用程序是通过端口号区分的,端口号是用两个字节(16位的二进制数)表示的,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,用户的普通应用程序需要使用1024以上的端口号,从而避免端口号被另外一个应用或服务所占用。我们通过一个图来描述IP地址和端口号的作用,如图:

    从上图中可以清楚地看到,位于网络中一台计算机可以通过IP地址去访问另一台计算机,并通过端口号访问目标计算机中的某个应用程序。

    上述归纳如下:

    IP地址 :(1)网络中设备的标识。(2)不易记忆,可用主机名 (3)本地回环地址:127.0.0.1 主机名:localhost   

    端口号:(1)用于识别进程的逻辑地址,不同的进程的标识。(2)有效端口:0~65535,其中0~1024系统使用或者保留端口。

    传输协议:通讯的规则,常见协议:TCP UDP

    1.2 InetAdderss

    了解了IP地址的作用,在java中,JDK提供了一个InetAdderss类,该类用于封装一个IP地址,并提供了一系列与IP地址相关的方法,如下表

    其中,前两个方法用于获得该类的实例对象,第一个方法用于获得表示指定主机的InterAddress对象,第二个方法用于获得表示本地的InteAddress对象,通过InetAddress对象便可获取指定主机名,IP地址等,案例演示如下:

    第二章 UDP与TCP协议

             在介绍TCP/IP结构时  ,提到传输层的两个重要的高级协议,分别是UDP和TCP,其中UDP是User Datagram Protocol 的简称,称为用户数据报协议,TCP是Transmission Control Protocol 的简称,称为传输控制协议。

            UDP是无连接通信协议,即在数据传输时,数据的发送端盒接收端不建立逻辑连接。简单来说,当一台计算机向另一台计算机发送数据时,发送端不会确认接收端是否存在,就会发送数据,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和普通数据的传输,例如视频会议都是用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。

    但时在使用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,UDP的交换过程如下图所示

    以上归纳:(1)将数据及源和目的封装成数据包,不需要建立连接。(2)每个数据报的大小限制在64K内(3)因无连接,是不可靠协议 (4)不需要建立连接,速度快

    2.1.1 DatagramPacket

    前面介绍了UDP是一种面向无连接的协议,因此,在通信时发送端和接收端不用建立连接。UDP通信的过程就像货运公司在两个码头间发送货物一样,在码头发送和接收货物时都需要使用集装箱来装卸货物,UDP通信也是一样,发送和接收的数据也需要使用“集装箱”进行打包,为此JDK中提供了一个DatagramPacket类,该类的实例对象相当于一个集装箱,用于封装UDP通信中发送或者接收的数据。

    想要创建一个DatagramPacket对象,首先需要了解一下它的构造方法。在创建发送端和接收端的DatagramPacket对象时,使用的构造方法有所不同,接收端的构造方法只需要接收一个字节数组来存放接收到的数据,而发送端的构造方法不但要接收存放了发送数据的字节数组,还需要指定发送端IP地址和端口号。通过API文档进行详细了解

    2.1.2 DatagramSocket

    DatagramPacket数据包的作用就如同是“集装箱”,可以将发送端或者接收端的数据封装起来。然而运输货物只有“集装箱 ”是不够的,还需要有码头。在程序中国年需要实现通信只有DatagramPacket数据包也同样不行,为此JDK中提供的一个DatagramSocket类。DatagramSocket类的作用就类似于码头,使用这个类的实例对象就可以发送和接收DatagramPacket数据包,发送数据的过程如下图所示:

    2.1.3 网络程序

    讲解了DatagramPacket和DatagramSocket的作用,接下来通过案例来学习在程序中的具体用法。下图是UDP发送端与接收端交互图解:

    要实现UDP通信需要创建一个发送端程序和一个接收端程序,很明显,在通信时只有接受收端程序先运行,才能避免因发送端发送的数据无法接受,而造成数据丢失,因此,首先需要来完成接受端程序的编写。

    UDP完成数据的发送:发送端

    2.2 TCP协议

    TCP协,议是面向连接的通信协议,即在传输数据前先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,由客户端向服务器发出连接请求,每次连接的创建都需要经过“三次握手”。第一次握手:客户端向服务器发出连接请求,等待服务器确认,第二次握手,服务器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,整个交互过程如下图:

    由于TCP协议的面向连接特性,它可以保证传输数据的安全性,所以是一个被广泛采用的协议,例如在下载文件时,如果数据接收不完整,将会导致文件数据丢失而不能被打开,因此,下载文件时必须采用TCP协议。

    以上归纳:(1)建立连接,形成传输数据的通道。(2)在连接中进行大数据量传输 (3)通过三次握手完成连接,是可靠协议 (4)必须建立连接,效率会稍低

    2.2.2 TCP通信

    TCP通信同UDP通信一样,都能实现两台计算机之间的通信,通信的两端都需要创建socket对象。区别在于,UDP中只有发送端和接收端,不区分客户端与服务器端,计算机之间可以任意地发送数据。

    而TCP通信是严格区分客户端与服务器端的,在通信时,必须先由客户端去连接服务器端才能实现通信,服务器端不可以主动连接客户端,并且服务器端程序需要事先启动,等待客户端的连接。

    在java中,JDK中提供了两个类用于实现TCP程序,一个是ServerSocket类,用于表示服务器端,就一个是Socket类,用于表示客户端。

    通信时,首先创建代表服务器端的ServerSocket对象,该对象相当于开启了一个服务,并等待客户端的连接,然后创建代表客户端的Socket对象向服务器端发出连接的请求,服务器端响应请求,两者建立连接开始通信。

    2.2.3简单的TCP网络程序

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