网络编程

计算机网络是指将地理位置不同的的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统、网络管理系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。

位于同一个网络中的计算机若想实现彼此间的通信，必须通过编写网络程序来实现，即在不同的计算机上编写一些实现了网络连接的程序，通过这些程序可以实现数据的交换。

网络通信协议

位于同一个网络中的计算机在进行连接和通信时要遵守一定的规则，这就好像在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则。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。

网络协议有很多种，目前应用最广泛的有TCP/IP协议、UDP协议、ICMP协议和其他一些协议的协议组。

以下网络编程知识就是基于TCp/IP协议中的内容。我们首先要了解以下TCP/IP协议。TCP/IP协议是一组用于实现网络互联的通信协议，其名称来源于该协议簇中两个重要的协议（TCP协议和IP协议）。基于TCP/IP的参考模型将协议分成4个层次。如图所示

TCP/IP网络模型

TCP/IP协议中的4层分别是链路层、网络层、传输层和应用层，每层分别负责不同的通信功能。

链路层：监视数据在主机上和网络之间的交换。
网络层：TCP/IP协议的核心。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：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。

IP地址和端口号

要想使网络计算机能够进行通信，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收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，它由4个字节大小的二进制数来表示，如0000101000000000000000000000001。由二进制形式表示的IP地址十分不便于记忆和处理，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，数字键用符号“.”分开，如“10.0.0.1”。

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这种用4个字节表示的IP地址将面临使用枯竭的局面。为解决此问题，Ipv6便应运而生。IPv6使用16个字节表示IP地址，它所拥有的地址容量约是IPv4的8乘10的28次方倍，达到了2的128次方个（包括全零的值），就这样解决了网路地址资源数量不足的问题。

IP地址由两部分组成，即“网络.主机”的形式。其中网络部分表示其属于互联网的哪一个网络，是网络的地址编码，主机部分表示其属于该网络的哪一台主机，是网络中一个主机的地址编码，二者是主从关系。IP地址总共分为5段，常用的有3类，介绍如下：

A类地址：由第一段的网络地址和其余三段的主机地址组成。
B类地址：由前两段的网络地址和其余两段的主机地址组成。
C类地址：由前三段的网络地址和最后一段的主机地址组成。

另外还有一个送回地址127.0.0.1，指本机地址，该地址一般用来测试使用，例如ping127.0.0.1用于测试本机TCP/IP是否正常。

通过IP地址可以连接到指定的计算机，但如果想访问目标计算机中的某个应用程序，还需要指定的端口号。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之间的端口号由操作系统的网络服务所占用，用户的普通应用程序需要使用1024以上的端口号，从而避免被另外一个应用或服务所占用。

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，并通过端口号访问计算机中的某个应用程序。

InetAddress

在JDK中提供了一个与IP地址相关的InetAddress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。

需要注意的是，getHostName（）方法用于得到某个主机的域名。
如果创建的InetAddress对象是用主机名创建的，则将该主机名返回，否则，将根据IP地址反向查找对应的主机名，如果找到将其返回，否则返回IP地址。

UDP与TCP协议

在介绍TCP/IP协议时，提到传输层的两个重要的高级协议，分别是UDP和TCP。UDP称为用户数据报协议；TCP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。UDP协议由于消耗资源小，通信效率高，所以通常会用于音频、视频和普通数据的传输，例如视频会议使用UDP协议，因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接受结果产生太大影响。但是在使用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。

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。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，因此TCP协议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，下载时必须采用TCP协议。

UDP通信

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

要想创建一个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，使用的构造方法不同，接收端的构造方法只需要创建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数据的字节数组，还需要指定发送端的IP地址和端口号。

TCP通信

TCP通信同UDP一样，也能实现两台计算机之间的通信，但TCP通信的两端需要创建socket对象。UDP通信与TCP通信的区别在于，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机端与服务器端的，在通信时，必须先由客户机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中提供了两个用于实现TCP程序的类，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，首先要创建代表服务器端的ServerSocket对象，创建该对象相当于开启一个服务，此服务会等待客户端的连接；然后创建代表客户端的Socket对象，使用该对象向服务器端发出连接请求，服务器端相应请求后，两者才建立连接，开始通信。