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网络编程（TCP协议，UDP协议）

news 来源：原创 2024/9/29 21:21:55

网络编程三要素

IPv4

InetAddress类

端口号

协议

UDP协议

UDP协议发送数据

UDP协议接收数据

UDP的三种通信方式(代码实现)

TCP协议

TCP通信程序

三次握手和四次挥手

练习

1、客户端:多次发送数据服务器:接收多次接收数据，并打印

2、客户端:发送一条数据，接收服务端反馈的消息并打印

服务器:接收数据并打印，再给客户端反馈消息

3、客户端:将本地文件上传到服务器。接收服务器的反馈。服务器:接收客户端上传的文件，上传完毕之后给出反馈。

什么是网络编程?

在网络通信协议下，不同计算机上运行的程序，进行的数据传输。

常见软件架构有哪些?

CS/BS

通信的软件架构CS\BS的各有什么区别和优缺点

CS:客户端服务端模式需要开发客户端

BS:浏览器服务端模式不需要开发客户端,

CS:适合定制专业化的办公类软件如:IDEA、网游

BS:适合移动互联网应用，可以在任何地方随时访问的系统

C/S（Client/Server）架构是一种分布式计算模型，其中客户端和服务器分别承担不同的功能和责任。客户端是面向用户的界面和应用程序，负责向用户提供交互界面和功能。服务器则负责处理客户端发送的请求，进行数据处理和存储，并将处理结果返回给客户端。

B/S（Browser/Server）架构也是一种分布式计算模型，类似于c/s架构。不同之处在于，b/s架构中的客户端是基于浏览器的Web应用程序，通过浏览器访问Web服务器上的应用程序。服务器处理客户端请求，并将结果通过Web页面返回给客户端。

总体而言，c/s架构适用于需要实现复杂业务逻辑和功能的应用程序，而b/s架构适用于面向广大用户的Web应用程序。

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，常见的协议有UDP、TCP、http、https、ftp。

IP

全称:Internet Protocol，是互联网协议地址，也称IP地址。
是分配给上网设备的数字标签。

常见的IP分类为：IPv4、IPv6

IPv4

全称:Internet Protocol version4，互联网通信协议第四版

采用32位地址长度，分成4组

网际协议版本4（IPv4）是互联网通信中应用最广泛的网络协议之一，它负责将数据包从源头发送到目的地。IPv4使用32位地址格式，能够提供约43亿个独立的地址。这些地址被用于在互联网上唯一标识每个网络设备，如计算机、手机或其他终端设备。

IPv4的核心功能包括无连接的数据传输和最大努力交付。无连接意味着在数据传输之前，不需要建立持久的连接状态。每个数据包都是独立处理并路由至目标地址。最大努力交付则表明该协议尽力将数据包传送到目的地，但不保证所有数据包均能成功到达，也不保证它们会按顺序到达。这些特性需要由更高层的协议，如传输控制协议（TCP），来加以管理和修正。

IPv4的设计和结构对其普及和功能至关重要。IPv4数据包包含一个固定长度的头部，通常为20字节，后面可跟随可选的扩展部分。固定头部包括多个字段，如版本号、首部长度、总长度、标识、标志、片偏移、生存时间（TTL）、协议、首部校验和、源地址和目的地址等。这些字段共同确保了数据包的正确传输及其优先级、路由和错误校验。

由于IPv4地址的枯竭问题，互联网社区早在1990年代就开始研究替代方案。最终，网际协议版本6（IPv6）被开发出来，以解决地址空间不足的问题。IPv6使用128位地址格式，可以提供近乎无限的地址空间。尽管IPv6在技术上解决了IPv4的许多限制，但由于技术升级和迁移的复杂性，IPv6的普及速度相对较慢。

总结来说，IPv4作为互联网的基础协议，虽然存在一些限制，但它在过去几十年里成功地支撑了互联网的迅猛发展。然而，随着IPv4地址的耗尽和互联网需求的不断增长，向IPv6的过渡已成为不可逆转的趋势。未来，IPv6可能会完全取代IPv4，成为互联网通信的主流协议。

InetAddress类

static InetAddress getByName(string host)        确定主机名称的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

package InetAddress24_6_21;import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;public class InetAddressDemo1 {public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {//1.获取InetAddress的对象// IP的对象 一台电脑的对象InetAddress address=InetAddress.getByName("努力敲代码的小火龙");System.out.println(address);String name = address.getHostName();System.out.println(name);String ip = address.getHostAddress();System.out.println(ip);}
}

端口号

应用程序在设备中唯一的标识。

端口号: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。

我们自己使用1024以上的端口号就可以了。

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参考模型和TCP/IP参考模型是网络通信中常用的两种参考模型，用于描述计算机网络中不同层次的协议和功能。两种参考模型的各层对应的协议如下：

OSI参考模型的七层对应协议：
1. 物理层：主要负责传输比特流，按照电气、光学或者机械方式传送信号。没有具体的协议对应。
2. 数据链路层：主要负责将比特流分成具有特定意义的帧，并进行错误检测和纠正。常用的协议有以太网（Ethernet）和无线局域网（Wi-Fi）。
3. 网络层：主要负责将数据包从源主机传输到目标主机，包括寻址、路由选择和包分片等功能。常用的协议有Internet协议（IP）。
4. 传输层：主要负责提供端到端的可靠数据传输，包括流量控制和拥塞控制等功能。常用的协议有传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。
5. 会话层：主要负责建立、管理和终止应用程序之间的通信会话。没有具体的协议对应。
6. 表示层：主要负责处理数据的表示和转换，确保不同主机上的应用程序能够解释和理解数据的意义。没有具体的协议对应。
7. 应用层：最上层的应用程序直接面向用户，并提供特定的网络服务，例如电子邮件（SMTP）、文件传输（FTP）和域名系统（DNS）等。

TCP/IP参考模型的四层对应协议：
1. 网络接口层（网络接入层）：主要负责将数据链路层的帧封装为IP数据包，并进行物理传输。常用的协议有以太网（Ethernet）和无线局域网（Wi-Fi）。
2. 网际层（互联网层）：主要负责将数据包从源主机传输到目标主机，包括寻址、路由选择和包分片等功能。常用的协议有Internet协议（IP）。
3. 传输层：主要负责提供端到端的可靠数据传输，包括流量控制和拥塞控制等功能。常用的协议有传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。
4. 应用层：最上层的应用程序直接面向用户，并提供特定的网络服务，例如电子邮件（SMTP）、文件传输（FTP）和域名系统（DNS）等。

需要注意的是，TCP/IP参考模型的网络接口层对应了OSI参考模型的物理层和数据链路层。因此，TCP/IP参考模型只有四层，而OSI参考模型有七层。

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，有大小限制一次最多发送64K，数据不安全，易丢失数据

UDP协议发送数据

package UDPDemo;import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;public class SendMessageDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {//发送数据//创建Datagramsocket对象//绑定端口，以后我们就是通过这个端口往外发送// 空参:所有可用的端口中随机一个进行使用// 有参:指定端口号进行绑定DatagramSocket ds=new DatagramSocket();//打包数据String str="hello world";byte[] bytes=str.getBytes();InetAddress address=InetAddress.getByName("127.0.0.1");int port=10086;//数据打包DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);//发送数据ds.send(dp);//释放资源ds.close();}
}

UDP协议接收数据

package UDPDemo;import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;public class ReceiveMessageDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {//1.创建Datagramsocket对象(快递公司)//在接收的时候，一定要绑定端口//而且绑定的端口一定要跟发送的端口保持一致DatagramSocket ds=new DatagramSocket(10086);//接收数据包byte[] bytes=new byte[1024];DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes,bytes.length);//该方法是阻塞的，程序执行到这一步的时候，会在这里死等，等发送端发送消息ds.receive(dp);//解析数据包byte[] data=dp.getData();int len=dp.getLength();InetAddress address=dp.getAddress();int port=dp.getPort();System.out.println("接收到数据"+new String(data,0,len));System.out.println("这个数据是从"+address+"这台电脑中的"+port+"这个端口发出的");//释放资源ds.close();}
}

先运行接收端，再运行发送端

UDP的三种通信方式(代码实现)

单播

之前的代码就是单播

组播

组播地址:224.0.0.0~239.255.255.255
其中224.0.0.0~224.0.0.255 为预留的组播地址

三个接收端：

package UDPDemo2;import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;public class ReceiveMessageDemo3 {public static void main(String[] args) throws IOException {MulticastSocket ms=new MulticastSocket(10000);//将当前本机，添加到224.0.0.1的这一组当中InetAddress address=InetAddress.getByName("224.0.0.1");ms.joinGroup(address);//接收数据包byte[] bytes=new byte[1024];DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes,bytes.length);ms.receive(dp);//解析数据包byte[] data=dp.getData();int len=dp.getLength();int port=dp.getPort();System.out.println("这个数据是从"+address+"这台电脑中的"+port+"这个端口发出的,发出的数据为"+new String(data,0,len));//释放资源ms.close();}
}

发送端

package UDPDemo2;import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;public class SendMessageDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {MulticastSocket ms=new MulticastSocket();//打包数据String str="hello world";byte[] bytes=str.getBytes();InetAddress address=InetAddress.getByName("224.0.0.1");int port=10000;//数据打包DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);//发送数据ms.send(dp);//释放资源ms.close();}
}

广播

广播地址:255.255.255.255

package UDPDemo;import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;public class SendMessageDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {//发送数据//创建Datagramsocket对象//绑定端口，以后我们就是通过这个端口往外发送// 空参:所有可用的端口中随机一个进行使用// 有参:指定端口号进行绑定DatagramSocket ds=new DatagramSocket();//打包数据String str="hello world";byte[] bytes=str.getBytes();InetAddress address=InetAddress.getByName("255.255.255.255");int port=10086;//数据打包DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);//发送数据ds.send(dp);//释放资源ds.close();}
}

TCP协议

传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)

TCP协议是面向连接的通信协议。

速度慢，没有大小限制，数据安全。

TCP通信程序

TCP通信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I0流来进行网络通信

客户端

创建客户端的Socket对象(Socket)与指定服务端连接 Socket(string host,int port)
获取输出流，写数据 Outputstream getoutputstream(）
释放资源

package TCPDemo;import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {//创建Socket对象// 在创建对象的同时会连接服务端,如果连接不上，代码会报错Socket socket=new Socket("127.0.0.1",10001);//可以从连接通道中获取输出流OutputStream os=socket.getOutputStream();//写出数据os.write("你好你好".getBytes());//释放资源os.close();socket.close();}
}

服务器

创建服务器端的Socket对象(ServerSocket) ServerSocket(int port)
监听客户端连接，返回一个Socket对象 Socket accept()
获取输入流，读数据，并把数据显示在控制台 InputStream getInputstream()
释放资源 void close()

package TCPDemo;import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {//创建对象ServerSockerServerSocket ss=new ServerSocket(10001);//监听客户端的链接Socket socket=ss.accept();//从连接通道中获取输入流读取数据InputStream is=socket.getInputStream();InputStreamReader isr=new InputStreamReader(is);int b;while ((b=isr.read())!=-1){System.out.println((char)b);}//释放资源socket.close();ss.close();}
}

三次握手和四次挥手

三次握手（Three-way Handshake）和四次挥手（Four-way Fin-Wait-RST）是TCP协议中建立和终止连接的过程。

1. 三次握手：

三次握手是指在TCP连接建立过程中，客户端和服务器端需要进行三次报文交换，以确保双方的发送和接收能力都正常。具体过程如下：

a) 客户端向服务器端发送一个带有SYN标志的报文，表示请求建立连接。

b) 服务器端收到客户端的SYN报文后，会回复一个带有SYN和ACK标志的报文，表示同意建立连接。

c) 客户端收到服务器端的SYN+ACK报文后，会回复一个带有ACK标志的报文，表示连接已建立。

2. 四次挥手：

四次挥手是指在TCP连接终止过程中，客户端和服务器端需要进行四次报文交换，以确保双方的数据都已经被对方接收并处理完毕。具体过程如下：

a) 客户端向服务器端发送一个带有FIN标志的报文，表示请求终止连接。

b) 服务器端收到客户端的FIN报文后，会回复一个带有ACK标志的报文，表示已经收到了客户端的终止请求。

c) 服务器端在处理完所有数据后，向客户端发送一个带有FIN标志的报文，表示同意终止连接。

d) 客户端收到服务器端的FIN报文后，会回复一个带有ACK标志的报文，表示连接已终止。

练习

1、客户端:多次发送数据
服务器:接收多次接收数据，并打印

客户端

package Test1;import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {Socket socket=new Socket("127.0.0.1",10001);Scanner sc=new Scanner(System.in);OutputStream os=socket.getOutputStream();while (true){System.out.println("请输入数据");String str=sc.nextLine();//退出方法if("886".equals(str)){break;}//写出数据os.write(str.getBytes());}//释放资源}
}

服务器

package Test1;import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket ss=new ServerSocket(10001);//等待客户端来连接Socket socket = ss.accept();//读取数据InputStream is=socket.getInputStream();InputStreamReader isr=new InputStreamReader(is);int b;while ((b=isr.read())!=-1){System.out.print((char) b);}//释放资源socket.close();ss.close();}
}

2、客户端:发送一条数据，接收服务端反馈的消息并打印

服务器:接收数据并打印，再给客户端反馈消息

客户端

package Test2;import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {Socket socket=new Socket("127.0.0.1",10001);//写出数据String str="你好呀";OutputStream os = socket.getOutputStream();os.write(str.getBytes());//写出结束标记socket.shutdownOutput();//接收服务端的回写数据InputStream is=socket.getInputStream();InputStreamReader isr=new InputStreamReader(is);int b;while ((b=isr.read())!=-1){System.out.print((char) b);}//释放资源socket.close();}
}

服务端

package Test2;import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket ss=new ServerSocket(10001);//等待客户端链接Socket socket = ss.accept();//从socket中获取输入流读取数据InputStream is = socket.getInputStream();InputStreamReader isr=new InputStreamReader(is);int b;while ((b=isr.read())!=-1){System.out.print((char)b);}//回写数据String str="hello";OutputStream os = socket.getOutputStream();os.write(str.getBytes());//释放资源socket.close();ss.close();}
}

3、客户端:将本地文件上传到服务器。接收服务器的反馈。
服务器:接收客户端上传的文件，上传完毕之后给出反馈。

客户端

package Test3;import java.io.*;
import java.net.Socket;public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {Socket socket=new Socket("127.0.0.1",10001);//读取本地文件中的数据,并写到服务器当中BufferedInputStream bis=new BufferedInputStream(new FileInputStream("E:\\java\\net\\clientdir\\a.jpg"));BufferedOutputStream bos=new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());byte[] bytes=new byte[1024];int len;while ((len=bis.read(bytes))!=-1){bos.write(bytes,0,len);}bos.flush();//往服务器写出的结束标记socket.shutdownOutput();//接收服务器的回写数据BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));String line = br.readLine();System.out.println(line);//释放资源socket.close();}
}

服务端

package Test3;import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket ss=new ServerSocket(10001);//等待客户端链接Socket socket = ss.accept();//读取数据并保存到本地文件中BufferedInputStream bis=new BufferedInputStream(socket.getInputStream());BufferedOutputStream bos=new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("E:\\java\\net\\serverdir\\a.jpg"));int len;byte[] bytes=new byte[1024];while ((len=bis.read())!=-1){bos.write(bytes,0,len);}bos.flush();//回写数据BufferedWriter bw=new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));bw.write("上传成功");bw.newLine();bw.flush();//释放资源socket.close();ss.close();}
}

这一期就到这里啦

努力遇见更好的自己！！！