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此节多涉及计算机网络的内容

网络编程概述

计算机网络： 把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息、共享硬件、软件、数据信息等资源。

网络编程的目的：直接或间接地通过网络协议与其它计算机实现数据交换，进行通讯。

网络编程中有两个主要的问题：

  • 如何准确地定位网络上一台或多台主机；定位主机上的特定的应用
  • 找到主机后如何可靠高效地进行数据传输

通信要素概述

网络编程中的两个要素：

  • 1.对应问题一：IP和端口号
  • 2.对应问题二：提供网络通信协议：TCP/IP参考模型（应用层、传输层、网络层、物理+数据链路层）

通信要素一：IP和端口号

IP地址在java中用InetAddress这个类来表示
IP地址：
①唯一的标识 Internet 上的计算机（通信实体）
②本地回环地址(hostAddress)：127.0.0.1 主机名(hostName)：localhost
③IP地址分类方式1：IPV4 和 IPV6：

  • IPV4：4个字节组成，4个0-255。大概42亿，30亿都在北美，亚洲4亿。2011年初已经用尽。以点分十进制表示，如192.168.0.1
  • IPV6：128位（16个字节），写成8个无符号整数，每个整数用四个十六进制位表示，数之间用冒号（：）分开，如：3ffe:3201:1401:1280:c8ff:fe4d:db39:1984

IP地址分类方式2：公网地址(万维网使用)和私有地址(局域网使用)。192.168.开头的就是私有址址，范围即为192.168.0.0–192.168.255.255，专门为组织机构内部使用

端口号：
①标识正在计算机上运行的进程（程序）
②不同的进程有不同的端口号
③被规定为一个 16 位的整数 0~65535。
④端口分类：

  • 公认端口：0~1023。被预先定义的服务通信占用（如：HTTP占用端口80，FTP占用端口21，Telnet占用端口23）
  • 注册端口：1024~49151。分配给用户进程或应用程序。（如：Tomcat占用端口8080，MySQL占用端口3306，Oracle占用端口1521等）。
  • 动态/私有端口：49152~65535。

端口号与IP地址的组合得出一个网络套接字：Socket。

此处模拟一个通信场景：你用qq与你朋友进行交流

Java 网络编程系列① -- 网络编程概述，网络通信要素概述_开发语言


整个交流的过程其实就是一种数据传输的过程，左右分别是两台主机，其中每个主机上又有很多不同的进程，他们占用着不同的端口。比如此时左边的主机向右边的主机发送qq消息，它通过IP地址找到具体的主机之后，不是把数据直接扔给他就不管了，而是通过端口进行点对点的精确传输，保证左边主机发出的qq消息能被右边的主机的qq接收到。

InetAddress类

此类表示互联网协议 (IP) 地址
Internet上的主机有两种方式表示地址：

  • 域名(hostName)
  • IP 地址(hostAddress)

InetAddress类主要表示IP地址，两个子类：Inet4Address、Inet6Address。
InetAddress 类 对 象 含 有 一 个 Internet 主 机 地 址 的 域 名 和 IP 地 址
域名容易记忆，当在连接网络时输入一个主机的域名后，域名服务器(DNS)负责将域名转化成IP地址，这样才能和主机建立连接。 -------域名解析（这一步骤需要联网）

InetAddress类没有提供公共的构造器，而是提供了如下几个静态方法来获取InetAddress实例：

  • public static InetAddress getLocalHost()
  • public static InetAddress getByName(String host)

InetAddress提供了如下几个常用的方法：

  • public String getHostAddress()：返回 IP 地址字符串（以文本表现形式）
  • public String getHostName()：获取此 IP 地址的主机名
  • public boolean isReachable(int timeout)：测试是否可以达到该地址

通信要素二：网络协议

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。

计算机网络通信涉及内容很多，比如指定源地址和目标地址，加密解密，压缩解压缩，差错控制，流量控制，路由控制，如何实现如此复杂的网络协议呢？

这里我们引入了通信协议分层的思想

在制定协议时，把复杂成份分解成一些简单的成份，再将它们复合起来。最常用的复合方式是层次方式，即同层间可以通信、上一层可以调用下一层，而与再下一层不发生关系。各层互不影响，利于系统的开发和扩展

Java 网络编程系列① -- 网络编程概述，网络通信要素概述_开发语言_02


Java 网络编程系列① -- 网络编程概述，网络通信要素概述_数据_03


上图就代表了数据的传输的过程，当主机A向主机B传输数据时，主机A会向下一层层的将数据进行封装，在物理层与主机B进行交互，主机B接收到数据之后，再一层层的向上拆封。（注意此图中使用的OSI参考模型）

TCP/IP 以其两个主要协议：传输控制协议(TCP)和网络互联协议(IP)而得
名，实际上是一组协议，包括多个具有不同功能且互为关联的协议。所以我们又叫他TCP/IP协议簇。

IP(Internet Protocol)协议是网络层的主要协议，支持网间互连的数据通信。

传输层协议中有两个非常重要的协议：

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

TCP协议：

  • 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，点对点通信，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
  • 传输完毕，需释放已建立的连接，效率低（相对于UDP来说）

UDP协议：

  • 将数据、源、目的封装成数据包，不需要建立连接
  • 每个数据报的大小限制在64K内
  • 发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，故是不可靠的
  • 可以广播发送
  • 发送数据结束时无需释放资源，开销小，速度快

两者的使用场景：
TCP：对数据准确性要求高，速度可以相对较慢的。eg: 文件传输、邮件的发送与接收等。

UDP：即时通信。面向数据报方式；网络数据大多为短消息；拥有大量客户端；对数据安全性无特殊要求；网络负担重但对响应速度要求高的场景。eg: IP电话、实时视频会议等。

三次握手以及四次挥手

在建立连接的时候：三次握手

Java 网络编程系列① -- 网络编程概述，网络通信要素概述_开发语言_04


你可以形象的理解为：

第一次：A发送请求给B

第二次：B告诉A已经收到请求

第三次：A确认B收到了A的请求

（这三次握手让双方均确认了自己的接收能力和发送能力正常）在释放连接的时候： 四次挥手

Java 网络编程系列① -- 网络编程概述，网络通信要素概述_开发语言_05


你同样可以形象的理解为：

第一次：A对B说我要断开链接了

第二次：B回复A说我知道了

第三次：断开连接，B对A说我们已经断开链接了

第四次：A对B说真的吗（无人应答）

Socket

注意点：
①网络上具有唯一标识的IP地址和端口号组合在一起才能构成唯一能识别的标识符套接字。
②通信的两端都要有Socket，是两台机器间通信的端点
③网络通信其实就是Socket间的通信
④Socket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
⑤Socket分类：

  • 流套接字（stream socket）：使用TCP提供可依赖的字节流服务
  • 数据报套接字（datagram socket）：使用UDP提供“尽力而为”的数据报服务

Socket类的常用构造器：
public Socket(InetAddress address,int port)创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。
public Socket(String host,int port)创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。

Socket类的常用方法：
①public InputStream getInputStream()返回此套接字的输入流。可以用于接收网络消息
②public OutputStream getOutputStream()返回此套接字的输出流。可以用于发送网络消息
③public InetAddress getInetAddress()此套接字连接到的远程 IP 地址；如果套接字是未连接的，则返回 null。
④public InetAddress getLocalAddress()获取套接字绑定的本地地址。 即本端的IP地址
⑤public int getPort()此套接字连接到的远程端口号；如果尚未连接套接字，则返回 0。
⑥public int getLocalPort()返回此套接字绑定到的本地端口。 如果尚未绑定套接字，则返回 -1。即本端的端口号。
⑦public void close()关闭此套接字。套接字被关闭后，便不可在以后的网络连接中使用（即无法重新连接或重新绑定）。需要创建新的套接字对象。 关闭此套接字也将会关闭该套接字的 InputStream 和OutputStream。
⑧public void shutdownInput()如果在套接字上调用 shutdownInput() 后从套接字输入流读取内容，则流将返回 EOF（文件结束符）。 即不能在从此套接字的输入流中接收任何数据。
⑨public void shutdownOutput()禁用此套接字的输出流。对于 TCP 套接字，任何以前写入的数据都将被发送，并且后跟 TCP 的正常连接终止序列。 如果在套接字上调用 shutdownOutput() 后写入套接字输出流，则该流将抛出 IOException。 即不能通过此套接字的输出流发送任何数据。