16 Java网络编程(计算机网络+网络模型OSI/TCP/IP+通信协议等)

本文涉及的产品
公共DNS(含HTTPDNS解析),每月1000万次HTTP解析
.cn 域名,1个 12个月
全局流量管理 GTM,标准版 1个月
简介: 16 Java网络编程(计算机网络+网络模型OSI/TCP/IP+通信协议等)

16.1 网络概述


16.1.1 概念

由点和线构成,表示诸多对象间的相互联系。

16.1.2 计算机网络

为实现资源共享和信息传递,通过通信线路连接起来的若干主机(Host)。

常见计算机网络:

  • 互联网:(Internet)点与点相连。
  • 万维网:(WWW – World Wide Web)端与端相连。
  • 物联网:( IoT - Internet of things) 物与物相连。
  • 网络编程:让计算机与计算机之间建立连接、进行通信。

16.1.3 网络模型

16.1.3.1 OSI参考模型

OSI(Open System Interconnect),即开放式系统互联。

  • 是ISO组织在1985年研究的网络互联模型。

每层功能:

  • 第七层:应用层负责文件访问和管理、可靠运输服务、远程操作服务。(HTTP、FTP、SMTP)。
  • 第六层:表示层负责定义转换数据格式及加密,允许选择以二进制或ASCII格式传输。
  • 第五层:会话层负责使应用建立和维持会话,使通信在失效时继续恢复通信。(断点续传)。
  • 第四层:传输层负责是否选择差错恢复协议、数据流重用、错误顺序重排。(TCP、UDP)。
  • 第三层:网络层负责定义了能够标识所有网络节点的逻辑地址。(IP地址)。
  • 第二层:链路层在物理层上,通过规程或协议(差错控制)来控制传输数据的正确性。(MAC)。
  • 第一层:物理层为设备之间的数据通信提供传输信号和物理介质。(双绞线、光导纤维)。
16.1.3.2 TCP/IP模型
  • TCP/IP模型是因特网使用的参考模型,基于TCP/IP的参考模型将协议分成四个层次。
  • 该模型中最重要的两个协议是TCP和IP协议

每层功能:

  • 第四层:应用层负责传送各种最终形态的数据,是直接与用户打交道的层,典型协议是HTTP、FTP等。
  • 第三层:传输层负责传送文本数据,主要协议是TCP、UDP协议。
  • 第二层:网络层负责分配地址和传送二进制数据,主要协议是IP协议。
  • 第一层:接口层负责建立电路连接,是整个网络的物理基础,典型的协议包括以太网、ADSL等等。

16.1.4 网络编程总结

  1. 计算机网络:为实现资源共享、信息传递通过传出介质将若干台主机连接到一起的一个网络
  2. 计算机网络模型:

OSI

应用层 主要指的是程序
表示层 讲数据加密或者解密成二进制的数据
会话层 保持主机之间的连接
传输层 通过网络协议传输数据(TCP协议、UDP协议)
网络层 分配IP地址(IP地址)
网络数据链路层 保证准确性(MAC地址物理地址)
物理层 进行数据传输

  • TCP/IP
应用层
传输层
网络层
物理层

  1. 网络编程需要什么【重点 】
  1. 通信协议(TCP\UDP\HTTP)
  2. IP地址
  3. 端口号

网络编程三要素:协议、地址、端口号

16.2 常见协议

16.2.1 IP协议概述

IP协议:Internet Protocol Address 互联网协议地址/网际协议地址:

  • 分配给互联网设备的数字标签(唯一标识)。

IP地址版本:

  • IPV4:4字节32位整数,并分成4段8位的二进制数,每8位之间用圆点隔开,每8位整数可以转换为一个0~255的十进制整数。
    格式:D.D.D.D 例如:255.255.255.255
  • IPV6:16字节128位整数,并分成8段十六进制数,每16位之间用圆点隔开,每16位整数可以转换为一个0~65535的十进制数。
    格式:X.X.X.X.X.X.X.X 例如:FFFF.FFFF.FFFF.FFFF.FFFF.FFFF.FFFF.FFFF

IP地址分类:

A类地址 大型网络:网络地址.主机地址.主机地址.主机地址

B类地址 中型网络:网络地址.网络地址.主机地址.主机地址

C类地址 个人网络:网络地址.网络地址.网络地址.主机地址

A类:政府机构,1.0.0.1 ~ 126.255.255.254

B类:中型企业,128.0.0.1 ~ 191.255.255.254

C类:个人用户,192.0.0.1 ~ 223.255.255.254

D类:用于组播,224.0.0.1 ~ 239.255.255.254

E类:用于实验,240.0.0.1 ~ 255.255.255.254

  • 回环地址:127.0.0.1,指本机,一般用于测试使用。

查看IP命令:ipconfig

测试IP命令:ping D.D.D.D

/**
 * 网络三要素之ip地址
 * 1、概念
 *   a、什么是IP地址  (了解)
 *      分配给每一台主机的唯一数字标识
 *
 *   b、ipv4和ipv6  (了解)
 *      ipv4:4个字节32位组成,每一段由8位组成。使用0~255之间的数字表示(应用)
 *      ipv6:16个字节128位组成,每一段由32位组成。使用0~65535之间的数字表示
 *   c、ip地址的分类
A类地址     大型网络:网络地址.主机地址.主机地址.主机地址
B类地址     中型网络:网络地址.网络地址.主机地址.主机地址
C类地址     个人网络:网络地址.网络地址.网络地址.主机地址
 *   d、回路地址(自己与自己通信IP地址)  (重要)
 *                     域名
 *      127.0.0.1     localhost
 *
 *      DNS域名解析器:将域名解析成ip地址。一个ip地址可以对应多个域名  一个域名职能对应一个ip地址
 *      默认情况下:DNS解析回去找到C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts文件去查找对应的域名解析,
 *                 如果找不到会去DNS服务器中取查找
 *      常见的DNS域名器:114.114.114.114   8.8.8.8
 *
 *    e、ip相关的命令    (重要)
 *      ipconfig(查看本机的ip地址信息)   ifconfig(Linux操作系统,查看本机的ip地址信息)
 *      ping命令 (检查是否连接上了目标主机)
 *
 *      https://www.baidu.com:80/
 *
 * 2、应用
 *      java是面向对象的编程语言,在java使用InetAddress类表示ip地址信息
 */

16.2.2 InetAddress类

概念:表示互联网协议(IP)地址对象,封装了与该IP地址相关的所有信息,并提供获取信息的常用方法。

常见方法:

方法名 描述
public static InetAddress getLocalHost() 获得本地主机地址对象
public static InetAddress getByName(String host) 根据主机名称获得地址对象
public static InetAddress[] getAllByName(String host) 获得所有相关地址对象
public String getHostAddress() 获取IP地址字符串
public String getHostName() 获得IP地址主机名
public class TestIP {
/**
 *
 *  //方式一:获取本机的InetAddress对象
 *         //通过本地的ip地址信息获取InetAddress对象
 *         InetAddress ia = InetAddress.getLocalHost();
 *         //InetAddress对象的常用方法
 *         //获取主机名(域名)
 *         String hostName = ia.getHostName();
 *         System.out.println(hostName);
 *         //获取ip地址
 *         String hostAddress = ia.getHostAddress();
 *         System.out.println(hostAddress);
 *  //方式二:根据指定的主机名获取InetAddress对象
 *         InetAddress ia = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
 *         //InetAddress对象的常用方法
 *         String hostName = ia.getHostName();
 *         System.out.println(hostName);
 *         String hostAddress = ia.getHostAddress();
 *         System.out.println(hostAddress);
 *  //方式三:根据指定的ip地址获取InetAddress对象
 *          InetAddress ia = InetAddress.getByName("14.215.177.38");
 *          System.out.println(ia.getHostName());
 *          System.out.println(ia.getHostAddress());
 */
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        //创建InetAddress对象
        //方式四:根据指定的主机名获取所有的InetAddress
        InetAddress[] ias = InetAddress.getAllByName("www.baidu.com");
        //使用lambda表达式遍历
        /*Arrays.stream(ias).forEach(ia ->{
            System.out.println(ia.getHostAddress());
            System.out.println(ia.getHostName());
        });*/
        //使用foreach循环遍历
        for (InetAddress ia : ias) {
            System.out.println(ia.getHostAddress());
            System.out.println(ia.getHostName());
        }
    }
}

16.3 端口号

16.3.1 端口号概述

端口号:在通信实体上进行网络通讯的程序的唯一标识。

端口分类(端口的范围:0~65535之间):

  • 公认端口:0~1023
  • 注册端口:1024~49151
  • 动态或私有端口:49152~65535 (指的是程序没有设置端口号系统默认随机分配的端口号)

常用端口号:

  • MySql:3306
  • Oracle:1521
  • redis:6379
  • Tomcat:8080
  • SMTP:25
  • Web服务器:80
  • FTP服务器:21

注意:以后自己编写的程序的端口号最好设置在1024~65535之间即可

16.4 通信协议

16.4.1 通信协议概述

  1. 概念:
    TCP:传输控制协议
特点:面向连接、安全可靠、效率低、基于字节流进行通信、数据大小无限制。
建立连接三次握手、断开连接四次挥手
 
通俗解释:打电话

UDP:数据报协议

特点:面向无连接、不安全、效率高、基于数据报包的形式通信、数据包大概在64kb

在java中使用Socket类来进行网络编程
Socket:套接字、指的是网络间的一个通信设备

2.基于TCP协议进行通信

  • 案例:客户端发送消息,服务端进行接收
  • 案例: 客户端通过Scanner录入数据发送消息。服务端进行使用多线程接收
  • 案例:客户端上传图片到服务端,服务端发送数据到客户端

3.基于UDP协议进行通信

  • 案例:发送端发送消息,接收端进行接收
  • 案例:使用udp协议给飞秋发送数据

16.5 基于TCP协议通信

Socket编程:

  • Socket(套接字)是网络中的一个通信节点。
  • 分为客户端Socket与服务器ServerSocket。
  • 通信要求:IP地址 + 端口号。

开发步骤:

  • 建立通信连接(会话):
  • 创建ServerSocket,指定端口号。
  • 调用accept等待客户端接入。
  • 客户端请求服务器:
  • 创建Socket,指定服务器IP + 端口号。
  • 使用输出流,发送请求数据给服务器。
  • 使用输入流,接收响应数据到客户端(等待)
  • 服务器响应客户端。
  • 使用输入流,接收请求数据到服务器(等待)。
  • 使用输出流,发送响应数据给客户端。

16.5.1 案例1

通过客户端向服务端发送信息

/**
 * 客户端程序
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1、创建客户端Socket对象
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",6666);
        //2、通过Socket对象获取输出流对象
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        //3、通过输出流对象写出数据
        //将字符串转换成字节数组   字符串.getBytes("字符集");
        out.write("hello,我是客户端!!!".getBytes());
        //4、关闭资源
        out.close();
        socket.close();
    }
}
/**
 * 服务端程序
 */
public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1、创建服务端端Socket对象
        ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);
        //2、通过ServerSocket对象获取Socket对象
        //ss.accept()阻塞式方法。直到有客户端与之建立连接才会继续向下执行
        Socket socket = ss.accept();
        //3、通过Socket对象获取输入流对象
        InputStream in = socket.getInputStream();
        //4、通过输入流对象读出数据
        int len; //表示读取到的字节的长度
        byte[] buf = new byte[1024]; // 表示缓冲区
        while((len = in.read(buf)) != -1){
            //将字节数组转转成字符串
            String str = new String(buf,0,len);
            System.out.println(str);
        }
        //5、关闭资源
        in.close();
        socket.close();
        ss.close();
    }
}

16.5.2 案例2

基于多线程实现客户端服务端通信

/**
 * 客户端程序
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建Scanner对象
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
       while(true){
           //1、创建客户端Socket对象
           Socket socket = new Socket("localhost",6677);
           //2、获取输出流对象
           OutputStream out = socket.getOutputStream();
           //3、通过输出流对象写出数据
           //获取输入的内容  next():用于获取输入的字符串(以空格为标记进行获取)   nextLine():用于获取输入的字符串(以回车为标记进行获取)
           String words = sc.next();
           if("886".equals(words)||"over".equals(words)){
               //4、释放资源
               out.close();
               socket.close();
               break;
           }
           out.write(words.getBytes());
           //4、释放资源
           out.close();
           socket.close();
       }
    }
}
 
/**
 * 服务端程序
 */
public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1、创建服务端Socket对象
        ServerSocket ss = new ServerSocket(6677);
        System.out.println("服务端已开启等待客户端连接....");
        while(true){
            //2、获取Socket对象
            Socket socket = ss.accept();
            //获取客户端发送的信息
            String ip = socket.getInetAddress().getHostAddress();
            //创建线程来处理客户端的请求
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        //3、通过Socket对象获取输入流
                        InputStream in = socket.getInputStream();
                        //4、通过输入流读取内容
                        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(in));
                        String readLine = br.readLine();
                        System.out.println(ip+":"+readLine);
                        //5、释放资源
                        in.close();
                        socket.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }).start();
        }
    }
}

16.5.3 案例3

实现客户端文件上传功能,并从服务端向客户端发送数据

/**
 * 客户端程序
 */
public class Client {
    //客户端向服务端发送图片
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1、创建Socket对象
        Socket socket = new Socket("192.168.73.210",8899);
        //2、通过Socket获取输出流对象
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        //思路:从本地将图片读取出来,然后通过socket输出流立马写出去
        FileInputStream fis = new FileInputStream("d:\\41.jpg");
        byte[] buf = new byte[1024];
        int len;
        while((len = fis.read(buf))!=-1){
            //3、通过输出流写出数据
            out.write(buf,0,len);
        }
        //告知服务器这边已经写完了
        socket.shutdownOutput();

        //从服务端接收到返回信息
        InputStream in = socket.getInputStream();
        BufferedReader br =  new BufferedReader(new InputStreamReader(in));
        System.out.println(br.readLine());


        //4、释放资源
        in.close();
        fis.close();
        out.close();
        socket.close();
    }
}
/**
 * 服务端程序
 */
public class Server {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1、创建ServerSocket对象
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8899);
        System.out.println("图片服务器已开启....");

        while(true){
            //2、获取Socket对象
            Socket socket = ss.accept();
            //开启线程执行上传图片操作
            new Thread(new UploadThread(socket)).start();

        }
    }
}
class UploadThread implements Runnable{
    Socket socket;
    public  UploadThread(Socket socket){
        this.socket = socket;
    }

    @Override
    public void run() {
        //通过socket对象获取输入流
        try {
            InputStream in = socket.getInputStream();
            //思路:文件上传,读取到图片之后将图片保存在服务器上的upload文件夹中
            String newFilename = UUID.randomUUID().toString().replace("-","");
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("upload\\"+newFilename+".jpg");

            byte[] buf = new byte[1024];
            int len ;
            while((len = in.read(buf))!=-1){
                fos.write(buf,0,len);
            }
            //获取输出流向客户端发送数据
            OutputStream out = socket.getOutputStream();
            out.write(("success!!!"+"upload\\"+newFilename+".jpg").getBytes());

            //4、关闭资源
            out.close();
            fos.close();
            in.close();
            socket.close();

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

16.6 基于UDP协议通信

16.6.1 案例1

发送端发送数据到接收端

public class Send {
    public static void main(String[] args) throws  Exception {
        //1、基于UDP协议创建Socket对象   无需指定端口号ip地址
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        //2、创建数据包对象
        byte[] buf = "你好接收端".getBytes();
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length, InetAddress.getByName("192.168.73.210"),9999);
        //3、发送数据包
        ds.send(dp);
        //4、释放资源
        ds.close();
    }
}

public class Receive {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1、基于UDP协议创建Socket对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(9999);
        //2、创建数据包对象
        byte[] buf = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length);
        //3、接受数据包  receive阻塞式的方法
        ds.receive(dp);

        //4、解析数据包的数据
        //从数据包中获取数据
        byte[] data = dp.getData();
        //从数据包中获取InetAddress对象
        InetAddress inetAddress = dp.getAddress();
        //从数据包中获取端口号
        int port = dp.getPort();
        //获取数据包的数据字节数长度
        int length = dp.getLength();


        String str = new String(data,0,length);
        System.out.println("ip:"+inetAddress.getHostAddress());
        System.out.println("port:"+port);
        System.out.println("data:"+str);

        //5、释放资源
        ds.close();
    }
}

16.6.2 案例2

使用UDP协议向飞秋发送数据

public class Send {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //分析:只要搞清楚飞秋的数据包的格式
        //1:100:主机名:昵称:32:hello,飞秋
        //1、创建Socket对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        //2、创数据包对象
        byte[] buf = "1:100:主机名:昵称:32:hello,飞秋".getBytes("GBK");
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf,buf.length, InetAddress.getByName("192.168.73.210"),2425);
        //3、发送数据包
        ds.send(dp);
        //4、释放资源
        ds.close();
    }
}
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计算机网络常见面试题(一):TCP/IP五层模型、TCP三次握手、四次挥手,TCP传输可靠性保障、ARQ协议
计算机网络常见面试题(一):TCP/IP五层模型、应用层常见的协议、TCP与UDP的区别,TCP三次握手、四次挥手,TCP传输可靠性保障、ARQ协议、ARP协议
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19天前
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JSON Java API
JAVA网络编程新纪元:URL与URLConnection的神级运用,你真的会了吗?
本文深入探讨了Java网络编程中URL和URLConnection的高级应用,通过示例代码展示了如何解析URL、发送GET请求并读取响应内容。文章挑战了传统认知,帮助读者更好地理解和运用这两个基础组件,提升网络编程能力。
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23天前
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Java
[Java]Socket套接字(网络编程入门)
本文介绍了基于Java Socket实现的一对一和多对多聊天模式。一对一模式通过Server和Client类实现简单的消息收发;多对多模式则通过Server类维护客户端集合,并使用多线程实现实时消息广播。文章旨在帮助读者理解Socket的基本原理和应用。
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30天前
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存储 分布式计算 负载均衡
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9天前
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安全 Java 测试技术
Java并行流陷阱:为什么指定线程池可能是个坏主意
本文探讨了Java并行流的使用陷阱,尤其是指定线程池的问题。文章分析了并行流的设计思想,指出了指定线程池的弊端,并提供了使用CompletableFuture等替代方案。同时,介绍了Parallel Collector库在处理阻塞任务时的优势和特点。