Java第三阶段学习（八：网络通信协议、UDP与TCP协议）

一、网络通信协议

1.概念：

通过计算机网络可以使多台计算机实现连接，位于同一个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，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 Protoal传输控制协议/英特网互联协议)，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，在学习具体协议之前首先了解一下TCP/IP协议组的层次结构。

2.TCP/IP协议的层次结构：

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、网线提供的驱动。 硬件方面的

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。

3.IP地址和端口号

在TCP/IP协议中，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，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”。

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之间的端口号已经被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。

 4.InetAddress类：IP地址类

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，下表中列出了InetAddress类的一些常用方法。

package com.oracle.Demo01;

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class Demo01 {

    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        //获得本地主机的对象
        InetAddress inet=InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println(inet);
        //
//        String [] str=inet.toString().split("/");
//        System.out.println(str[0]);
//        System.out.println(str[1]);
        //获取本地IP地址
        System.out.println(inet.getHostAddress());
        //获取本地主机名
        System.out.println(inet.getHostName());
        //根据目标主机名获取同一个局域网内的InetAddress对象，里面包含主机名与IP地址
        InetAddress in=InetAddress.getByName("LAPTOP-42J1FCTO");
        System.out.println(in);
    }

}

二、UDP与TCP协议

 UDP协议：

UPD协议是无连接通信协议，即在数据传输时，数据的发送端和接收端不建立逻辑联系。也就是在发送数据时，发送端不会确定是否存在接收端就会发送数据，接收端在接收到数据时，也不会向发射端反馈信息。

由于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。比如广播、视频会议、电视信号。就算传输过程中丢失一两个数据包，也不会对传输结果产生影响。

但是，由于UDP协议传输的无定向性，也不能保证数据的完整性。所以不能用来传输重要的数据。

注意：UDP协议传输数据被限制在64kb之内。

示例图：

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。整个交互过程如下图所示。

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。

 三、UDP通信

DatagramPacket类的构造方法：

接收端的构造代码：没有指定的IP地址与端口号，只是用来接收数据包。

发射端的构造代码：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）

DatagramPacket类中的常用方法：

package com.oracle.Demo01;

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class Demo01 {

    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        //获得本地主机的对象
        InetAddress inet=InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println(inet);
        //
//        String [] str=inet.toString().split("/");
//        System.out.println(str[0]);
//        System.out.println(str[1]);
        //获取本地IP地址
        System.out.println(inet.getHostAddress());
        //获取本地主机名
        System.out.println(inet.getHostName());
        //根据目标主机名获取同一个局域网内的InetAddress对象，里面包含主机名与IP地址
        InetAddress in=InetAddress.getByName("LAPTOP-42J1FCTO");
        System.out.println(in);
    }

}

 DatagramSocket类的构造方法：

发射端：系统会自动分配一个没有被其他应用所使用的端口号

接收端：必须自己制定一个端口号。其实也可以用于发射端，不过也需要设置端口号。

DatagramSocket类的常用方法：

发射端：

package com.oracle.Demo01;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class UDPSend {
//发送端
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.创建数据包对象，封装要发送的数据，接收端的IP，接收端的端口
        byte[] bytes="你好".getBytes();
        InetAddress inet=InetAddress.getLocalHost();
        DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes,bytes.length,inet,8000);
        //2.创建码头对象，然后进行数据包的发送
        DatagramSocket ds=new DatagramSocket();
        ds.send(dp);
        //3.关闭资源
        ds.close();
    }

}

接收端：

package com.oracle.Demo01;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

public class UDPRecieve {
//接收端
    public static void main(String[] args) throws IOException  {
        //1.创建码头，绑定端口号
        DatagramSocket ds=new DatagramSocket(8000);
        //2.创建字节数组，接收发来的数据
        byte[] bytes=new byte[1024];
        //3.创建数据包对象
        DatagramPacket dp=new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
        //4.接收数据
        ds.receive(dp);
        //5.拆包
        int length=dp.getLength();
        String ip=dp.getAddress().getHostAddress();
        int port=dp.getPort();
        System.out.println("ip地址为："+ip+" 端口号为："+port+"的用户发送的内容为"+new String(bytes,0,length));
        //6.释放资源
        ds.close();
    }

}

 四、TCP通信

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。

1、ServerSocket类  服务器端  构造方法：

2、ServerSocket类  常用方法：

3、Socket类  客户端类

使用该构造方法在创建Socket对象时，会根据参数去连接在指定地址和端口上运行的服务器程序，其中参数host接收的是一个字符串类型的IP地址。（IP地址和端口号）

该方法在使用上与第二个构造方法类似，参数address用于接收一个InetAddress类型的对象，该对象用于封装一个IP地址。

在以上Socket的构造方法中，最常用的是第一个构造方法。

4、Socket的常用方法

在Socket类的常用方法中，getInputStream()和getOutStream()方法分别用于获取输入流和输出流。当客户端和服务端建立连接后，数据是以IO流的形式进行交互的，从而实现通信。

演示代码：

客户端：

package com.oracle.Demo03;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

//客户端
public class TCPClient {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
    //上传部分
        // 1.创建Socket对象，连接服务器
        Socket socket=new Socket("127.0.0.1",8000);
        //2.通过客户端的套接字对象，Socket方法获取字节输出流，将数据写向服务器
        OutputStream out=socket.getOutputStream();
        //3.写数据
        out.write("你好吗".getBytes());
    //接收服务器的回复
        InputStream in=socket.getInputStream();
        byte[] bytes=new byte[1024];
        int len=in.read(bytes);
        //获取本地的地址
        String ip=socket.getInetAddress().getHostAddress();
        System.out.println("客户端ip为"+ip+"接收的回复为:"+new String(bytes,0,len));
    //释放资源
        socket.close();
    }

}

服务器端：

package com.oracle.Demo03;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class TCPServer {
//服务器端
    public static void main(String[] args) throws IOException {
    //收到客户端
        //1.创建服务器,绑定端口号
        ServerSocket service=new ServerSocket(8000);
        //2.调用服务器套接字对象的accept方法，建立连接，获取套接字对象
        Socket socket=service.accept();
        //3.用Socket获取输入流
        InputStream in=socket.getInputStream();
        //4.读取数据
        byte[] bytes=new byte[1024];
        int len=in.read(bytes);
        String ip=socket.getInetAddress().getHostAddress();
        System.out.println("服务器端ip为"+ip+"接收到的数据为:"+new String(bytes,0,len));

    //给客户端回复
        OutputStream out=socket.getOutputStream();
        out.write("收到".getBytes());
        //释放资源
        in.close();
        out.close();
        socket.close();
        service.close();
    }

}

 练习题：给服务器端上传文件：

服务器端：

package com.oracle.Demo04;

import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Random;

public class TCPServer {
//服务器端
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建服务器套接字，绑定端口
        ServerSocket server=new ServerSocket(8000);
        //2.接收套接字对象
        Socket socket=server.accept();
        //3.获取输入流
        InputStream in=socket.getInputStream();
        //4.获取文件夹(如果没有就创建)
        File upload=new File("d:\\upload");
        if(!upload.exists()){  //如果没有就创建，有的话本步不执行
            upload.mkdirs();
        }
        //5.创建文件输出流
            //防止重复，防止大量传输数据时覆盖
        String filename="oracle"+System.currentTimeMillis()+
                new Random().nextInt(999999)+".png";
            //File.separator  分隔符，等于“\\”
        FileOutputStream fos=new FileOutputStream(upload+File.separator+filename);
        //6.写入数据
        byte[] bytes=new byte[1024];
        int len=0;
        while((len=in.read(bytes))!=-1){
            fos.write(bytes,0,len);
        }
        //服务器回复上传成功
        OutputStream out=socket.getOutputStream();
        out.write("上传成功".getBytes());
        //释放资源
        fos.close();
        socket.close();
        server.close();

    }

}

客户端：

package com.oracle.Demo04;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
//客户端向服务器传输文件
public class TCPClient {
//客户器端
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.创建Socket对象，连接服务器
        Socket socket=new Socket("192.168.1.136",8888);
        //2.通过套接字获取输出流
        OutputStream out=socket.getOutputStream();
        //3.获取数据源
        FileInputStream fis=new FileInputStream("e:\\java\\outint.png");
        //4.读取数据
        int len=0;
        byte[] bytes=new byte[1024];
        while((len=fis.read(bytes))!=-1){
            //写入目的地
            out.write(bytes,0,len);
        }
        //置于流的末尾，提示服务器传输结束语句
        socket.shutdownOutput();
    //接收服务器的回复：
        InputStream in=socket.getInputStream();
        len=in.read(bytes);
        System.out.println(new String(bytes,0,len));
    //释放资源
        fis.close();
        socket.close();
    }

}