一、网络通信协议
定义：对数据的传输格式、传输效率、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，在计算机网络中，这些链接和通信的规则被称为网络通信协议。
网络通信协议
网络通信协议有很多种，目前应用广泛的是TCP/IP协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol 传输控制协议/因特网互联协议），它是一个包括TCP协议，IP协议，UDP协议（User Datagram Protocol）、ICMP协议（Internet Control Message Protocol）和其他一些协议的协议组，先了解下TCP/IP协议组的层次结构。
TCP/IP协议中的四层分别是应用层，传输层，网络层和链路层。
TCP/IP网络模型
链路层：链路层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、双绞线提供驱动。
网络层：网络层是整个TCP/IP协议的核心，它主要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：主要使用网络程序进行通信，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，如HTTP协议，FTP协议。
1、1、IP地址和端口号
IP地址：一台计算机的唯一标识。
目前使用的是IPv4，是由4个字节大小的二进制数来表示。如00001010000000000000000000000001、由于二进制形式表示IP地址不便于记忆和处理，因此通常把Ip地址写成十进制的形式，每个字节用一个十进制数（0--255）表示，数字间用符号.隔开，如10.0.0.1；但是IPv4地址面临枯竭，因此IPv6便应运而生，IPv6使用16个字节表示IP地址，它拥有的地址容量约是IPv4的8*10^28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足的问题。
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，用户普遍应用程序需要使用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。
IP地址和端口号
从图可以看出，位于网络中的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。
1、2 InetAddress：：此类表示互联网协议 (IP) 地址。
JDK中提供了一个InetAdress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，以下列举了InetAdress类的一些常用方法：
InetAddress类的常用方法
方法的测试：
测试方法
结果
1、3 UDP与TCP协议
在TCP/IP通信协议的时候，提到传输层的两个重要的高级协议，分别是UDP和TCP协议，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，例如视频会议都使用UDP协议，因为这种情况及时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UDP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：
UDP客户端与服务器端
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，由客户端向服务器端发出连接请求，每次连接的创建都需要经过三次握手。第一次握手，客户端向服务器端发出连接请求，等待服务器端确认；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。整个交互过程如下图：
服务端与客户端连接
由于TCP协议的面向连接性，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，仔仔文件时必须采用TCP协议。
二、UDP通信
2、1 DatagramPacket类
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。UDP通信的过程就像是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载货物，UDP通信也是一样，发送和接收数据也需要使用集装箱进行打包（如果把DatagramSocket比作创建的港口码头，那么DatagramPacket就是发送和接收数据的集装箱。）。为此JDK中提供了一个DatagramPacket类，该类的实例对象就相当于一个集装箱，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。接下来根据API文档内容，对DatagramPacket的构造方法详细地讲解。
(1)DatagramPacket(byte[] buf,int length):
使用该构造方法在创建DatagramPacket对象时，指定了封装数据的字节数组和数据的大小，没有指定IP地址和端口号。很明显，这样的对象只能用于接收端，不能用于发送端。因为发送端一定要明确指出数据的目的地（IP地址和端口号），而接收端不需要明确知道数据的来源，只需要接收到数据即可。
(2)DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress addr,int port):
使用该构造方法在创建DatagramPacket对象时，不仅指定了封装数据的字节数组和数据的大小，还指定了数据包的目标IP地址（addr）和端口号（port）。该对象通常用于发送端，因为在发送数据时必须指定接收端的IP地址和端口号，就像发送货物的集装箱上面必须标明接收人的地址一样。
(3)DatagramPacket(byte[] buf,int offset,int length):
该构造方法与第一个构造方法类似，同样用于接收端，只不过在第一个构造方法的基础上，增加了一个offset参数，该参数用于指定接收到的数据在放入buf缓冲数组时是从offset处开始的。
(4)DatagramPacket(byte[] buf,int offset,int length,InetAddress addr,int port):
该构造方法与第二个构造方法类似，同样用于发送端，只不过在第二个构造方法的基础上，增加了一个offset参数，该参数用于指定一个数组中发送数据的偏移量为offset，即从offset位置开始发送数据。
讲过了DatagramPacket的构造方法，接下来对DatagramPacket类中常用方法进行详细地讲解：
DatagramPacket类中的常用方法
2、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。在程序中需要实现通信只有DatagramPacket数据包也同样不行，为此JDK提供了一个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，发送数据的过程如图：
UDP通信
DatagramSocket类中常用的构造方法如下：
（1）DatagramSocket（）：
改构造方法用于创建发送端的DatagramSocket对象，在创建DatagramSocket对象时，并没有指定端口号，此时，系统会分配一个没有被其他网络程序所使用的端口号。
（2）DatagramSocket（int port）:
该构造方法既可用于创建接收端的DatagramSocket对象，又可以创建发送端的DatagramSocket对象，在创建接收端的DatagramSocket对象时，必须要指定一个端口号，这样就可以监听指定的端口；
（3）DatagramSocket(int port ,InerAddress addr):
使用该构造方法在创建DatagramSocket时，不仅指定了端口号，还指定了相关的IP地址，这种情况适用于计算机上有多块网卡的情况，可以明确规定数据通过哪块网卡向外发送和接收哪块网卡的数据。由于计算机中针对不同的网卡会分配不同的IP，因此在创建DatagramSocket对象时需要通过指定IP地址来确定使用哪块网卡进行通信。
DatagramSocket类中的常用方法如下：
（1）void receive(DatagramPacket p)
该方法用于将接收到的数据填充到DatagramPacket数据包中，在接收到数据之前会一直处于阻塞状态，只有当接收到数据包时，该方法才会返回。
(2)void send(DatagramPacket p)
该方法用于发送DatagramPacket数据包，发送的数据包中包含将要发送的数据、数据的长度、远程主机的IP地址和端口号。
(3)void close()
关闭当前的Socket，通知驱动程序释放为这个Socket保留的资源。
2、3 UDP网络程序
三、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的发送数据。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，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请求，服务器端响应请求，两者建立连接开始通信。整个过程如图下：
Socket与ServerSocket通信
三次握手协议
3、1、TCP连接
TCP(Transmission Control Protocol) 传输控制协议。TCP是主机对主机层的传输控制协议，提供可靠的连接服务，采用三次握确认建立一个连接。位码即tcp标志位，有6种 标示:SYN(synchronous建立联机) ACK(acknowledgement 确认) PSH(push传送) FIN(finish结束) RST(reset重置) URG(urgent紧急)Sequence number(顺序号码) Acknowledge number(确认号码)。
手机能够使用联网功能是因为手机底层实现了TCP/IP协议，可以使手机终端通过无线网络建立TCP连接。TCP协议可以对上层网络提供接口，使上层网络数据的传输建立在“无差别”的网络之上。建立起一个TCP连接需要经过“三次握手”：
第一次握手：客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；
第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；
第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。握手完成后，两台主机开始传输数据了。
握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP 连接都将被一直保持下去。断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求，断开过程需要经过“四次握手”（过程就不细写了，就是服务器和客户端交互，最终确定断开）。
实例一:
IP 192.168.1.116.3337 > 192.168.1.123.7788: S 3626544836:3626544836
IP 192.168.1.123.7788 > 192.168.1.116.3337: S 1739326486:1739326486 ack 3626544837
IP 192.168.1.116.3337 > 192.168.1.123.7788: ack 1739326487,ack 1
第一次握手：192.168.1.116发送位码syn＝1,随机产生seq number=3626544836的数据包到192.168.1.123,192.168.1.123由SYN=1知道192.168.1.116要求建立联机;
第二次握手：192.168.1.123收到请求后要确认联机信息，向192.168.1.116发送ack number=3626544837,syn=1,ack=1,随机产生seq=1739326486的包;
第三次握手：192.168.1.116收到后检查ack number是否正确，即第一次发送的seq number+1,以及位码ack是否为1，若正确，192.168.1.116会再发送ack number=1739326487,ack=1，192.168.1.123收到后确认seq=seq+1,ack=1则连接建立成功。
实例二:
TCP的作用是流量控制，主要是控制数据流的传输。下面以浏览网页为例，根据自身理解来解释一下这个过程。（注：第二个ack属于代码段ack位）
pc浏览服务器网页此过程不包括域名查询，只描述TCP与http数据流的变化。
pc与http服务器进行三次握手来建立连接。
1.pc：seq=0 ack=0 syn=1 ack=0 发送给服务器建立同步请求。
2.server： seq=0 ack=1 syn=1 ack=1 发送给客户端建立同步响应.
3.pc:seq=1 ack=1 syn=0 ack=1 发送给服务器,三次握手完成建立同步信息成功.
4.pc产生http数据消息,向服务器发送get请求.
5.服务器收到请求并发送TCP确认,然后发送http数据信息给客户端的浏览器.
6.客户端收到服务器的http信息,然后发送TCP确认信息给服务器.
7.客户端发送FIN+ACK给服务器,要求结束数据传输.
8.服务器发送TCP确认消息用于确认pc的TCP的FIN消息
9.服务器向客户端发送FIN+ACK消息用于结束TCP会话.
10.客户端发送确认信息给服务器,整个会话结束.
3、2、HTTP连接
HTTP协议即超文本传送协议(Hypertext Transfer Protocol )，是Web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。
HTTP连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。
1）在HTTP 1.0中，客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接，在处理完本次请求后，就自动释放连接。
2）在HTTP 1.1中则可以在一次连接中处理多个请求，并且多个请求可以重叠进行，不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。
由于HTTP在每次请求结束后都会主动释放连接，因此HTTP连接是一种“短连接”，要保持客户端程序的在线状态，需要不断地向服务器发起连接请求。通常的做法是即时不需要获得任何数据，客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求，服务器在收到该请求后对客户端进行回复，表明知道 客户端“在线”。若服务器长时间无法收到客户端的请求，则认为客户端“下线”，若客户端长时间无法收到服务器的回复，则认为网络已经断开。
3、3、SOCKET原理
3、3、1 套接字（socket）概念
套接字（socket）是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议，本地主机的IP地址，本地进程的协议端口，远地主机的IP地址，远地进程的协议口。
应用层通过传输层进行数据通信时，TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个 TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP／IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应用层可以和传输层通过Socket接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。
3、3、2 建立socket连接
建立Socket连接至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为ClientSocket ，另一个运行于服务器端，称为ServerSocket 。
套接字之间的连接过程分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。
服务器监听：服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。
客户端请求：指客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后就向服务器端套接字提出连接请求。
连接确认：当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时，就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发 给客户端，一旦客户端确认了此描述，双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。
Socket与ServerSocket的通信：
服务器端ServerSocket（先开启，等待客户端连接）
Socket客户端，需要服务器端的ip地址和端口号
3、3、4、SOCKET连接与TCP连接
创建Socket连接时，可以指定使用的传输层协议，Socket可以支持不同的传输层协议（TCP或UDP），当使用TCP协议进行连接时，该Socket连接就是一个TCP连接。
3、3、5、Socket连接与HTTP连接
由于通常情况下Socket连接就是TCP连接，因此Socket连接一旦建立，通信双方即可开始相互发送数据内容，直到双方连接断开。但在实际网络应用中，客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点，例如路由器、网关、防火墙等，大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致 Socket 连接断连，因此需要通过轮询告诉网络，该连接处于活跃状态。而HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式，不仅在请求时需要先建立连接，而且需要客户端向服务器发出请求后，服务器端才能回复数据。
很多情况下，需要服务器端主动向客户端推送数据，保持客户端与服务器数据的实时与同步。此时若双方建立的是Socket连接，服务器就可以直接将数据传送给客户端；若双方建立的是HTTP连接，则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端，因此，客户端定时向服务器端发送连接请求，不仅可以保持在线，同时也是在“询问”服务器是否有新的数据，如果有就将数据传给客户端。
3、3、6、IP协议
IP是英文Internet Protocol（网络之间互连的协议）的缩写，中文简称为“网协”，也就是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。在因特网中，它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。任何厂家生产的计算机系统，只要遵守 IP协议就可以与因特网互连互通。IP地址具有唯一性，根据用户性质的不同，可以分为5类。另外，IP还有进入防护，知识产权，指针寄存器等含义。
IP是怎样实现网络互连设备，如以太网、分组交换网等，它们相互之间不能互通，不能互通的主要原因是因为它们所传送数据的基本单元（技术上称之为“帧”）的格式不同。IP协议实际上是一套由软件、程序组成的协议软件，它把各种不同“帧”统一转换成“IP数据包”格式，这种转换是因特网的一个最重要的特点，使所有各种计算机都能在因特网上实现互通，即具有“开放性”的特点。
IP协议中还有一个非常重要的内容，那就是给因特网上的每台计算机和其它设备都规定了一个唯一的地址，叫做“IP 地址”。由于有这种唯一的地址，才保证了用户在连网的计算机上操作时，能够高效而且方便地从千千万万台计算机中选出自己所需的对象来。如今电信网正在与 IP网走向融合，以IP为基础的新技术是热门的技术，如用IP网络传送话音的技术（即VoIP）就很热门，其它如IP overATM、IPoverSDH、IP over WDM等等，都是IP技术的研究重点。
常见面试题链接：
http://blog.csdn.net/nysyxxg/article/details/8789597
http://blog.csdn.net/baidu_37107022/article/details/76890290
网友评论