网络编程、网络编程的三要素、TCP/UDP通信、三次握手和四次挥手

简介: 网络编程、网络编程的三要素、TCP/UDP通信、三次握手和四次挥手

一、初始网络编程

1.1什么是网络编程

  • 在网络通信协议下,不同的计算机上运行的程序,进行的数据传输,
  • 应用场景:即时通信、网游对战、金融证券、国际贸易、邮件等。
  • 不管是什么场景,都是计算机跟计算机之间通过网络进行数据传输
  • Java中可以使用java.net包下的技术轻松开发出常见的网络应用程序。
  • 常见的软件架构:
  • C/S:Client/Server(客户端/服务器)
  • 在用户本地需要下载并安装客户端程序,在远程有一个服务端程序。
  • B/S:Browser/Server(浏览器/服务器)
  • 只需要一个浏览器,用户通过不同的网址,客户访问不同的服务器。

1.2BS/CS的优缺点

BS CS
不需要开发客户端 画面可以做的非常精美,用户体验好
用户不需要下载,打开浏览器就能使用 需要开发客户端,也需要开发服务端
如果应用过大,用户体验受到影响 用户需要下载和更新的时候太麻烦

二、网络编程三要素

2.1IP

  • 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。
  • 唯一的
  • 分类:IPv4、IPv6
  • IPv4:是给每个连接在网络上的主机分配一个32bit地址。按照TCP/IP规定,IP地址用二进制来表示,每个IP地址长32bit,也就是4个字节。例如一个采用二进制形式的IP地址是“11000000 10101000 00000001 01000010”,这么长的地址,处理起来也太费劲了。为了方便使用,IP地址经常被写成十进制的形式,中间使用符号“.”分隔不同的字节。于是,上面的IP地址可以表示为“192.168.1.66”。IP地址的这种表示法叫做“点分十进制表示法”,这显然比1和0容易记忆得多。
  • IPv6:由于互联网的蓬勃发展,IP地址的需求量愈来愈大,但是网络地址资源有限,使得IP的分配越发紧张。为了扩大地址空间,通过IPv6重新定义地址空间,采用128位地址长度,每16个字节一组,分成8组十六进制数,这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。
  • DOS常用命令:
  • ipconfig:查看本机IP地址
  • ping IP地址:检查网络是否连通


  • 特殊IP地址:
  • 127.0.0.1:是回送地址,可以代表本机地址,一般用来测试使用

2.1.1 InetAddress

InetAddress:此类表示Internet协议(IP)地址

方法名 说明
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 com.practice;
import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;
public class InetAddressDemo {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        //获取InetAddress对象
          //一台电脑的对象
    InetAddress address = InetAddress.getByName("DESKTOP-MB3PIVP");
        //InetAddress address = InetAddress.getByName("192.168.1.66");
        System.out.println(address);
        //public String getHostName():获取此IP地址的主机名
        String name = address.getHostName();
        //public String getHostAddress():返回文本显示中的IP地址字符串
        String ip = address.getHostAddress();
        System.out.println("主机名:" + name);
        System.out.println("IP地址:" + ip);
    }
}

2.2端口

  • 设备上应用程序的唯一标识
  • 端口号
  • 用两个字节表示的整数,它的取值范围是0 ~ 65535。其中,0 ~ 1023之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用。
  • 普通的应用程序需要使用1024以上的端口号,如果端口号被另外一个服务或应用所占用,会导致当前程序启动失败。
  • 一个端口号只能被一个应用程序使用。

2.3协议

  • 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
  • UDP协议
  • 用户数据报协议(User Datagram Protocol)
  • 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。
  • 由于使用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
  • 例如视频会议通常采用UDP协议,因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包,也不会对接收结果产生太大影响。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
  • 传输控制协议 (Transmission Control Protocol)
  • TCP协议是面向连接的通信协议,即传输数据之前,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”
  • 三次握手:TCP协议中,在发送数据的准备阶段,客户端与服务器之间的三次交互,以保证连接的可靠
  • 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
  • 完成三次握手,连接建立后,客户端和服务器就可以开始进行数据传输了。由于这种面向连接的特性,TCP协议可以保证传输数据的安全,所以应用十分广泛。例如上传文件、下载文件、浏览网页等。

三、UDP通信程序

  • Java中的UDP通信:
  • UDP协议是一种不可靠的网络协议,它在通信的两端各建立一个Socket对象,但是这两个Socket只是发送,接收数据的对象,因此对于基于UDP协议的通信双方而言,没有所谓的客户端和服务器的概念
  • Java提供了DatagramSocket类作为基于UDP协议的Socket

3.1发送数据

  • 发送数据的步骤
  • 1.创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)
  • 2.创建数据,并把数据打包
  • 3.调用DatagramSocket对象的方法发送数据
  • 4.关闭发送端
package com.practice.udpdemo;
import java.io.IOException;
import java.net.*;
/**
 * @Author YJ
 * @Date 2023/7/29 10:44
 * Description:UDP发送数据
 */
public class SetMessageDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建对象
        //创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)
        //绑定端口,通过这个端口往外发送数据
        //空参:所有可用端口中随机一个进行使用
        //有参:指定端口进行绑定
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        String str = "你好呀!!!";
        byte[] bytes = str.getBytes();
        InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
        int port = 10086;
        //2.打包数据
        DatagramPacket  dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);
        //3.发送数据
        ds.send(dp);
        //4.释放资源
        ds.close();
    }
}

3.2接受数据

  • 接收数据的步骤
  • 创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)
  • 创建一个数据包,用于接收数据
  • 调用DatagramSocket对象的方法接收数据
  • 解析数据包,并把数据在控制台显示
  • 关闭接收端
package com.practice.udpdemo;
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
/**
 * @Author YJ
 * @Date 2023/7/29 10:55
 * Description:UDP接收数据
 */
public class ReceiveDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        1.创建对象
        //创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)
        //在接收的时候,一定要绑定端口
        //绑定的端口一定要跟发送的端口保持一致
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);
        //2.接受数据包
        byte[] bytes = new byte[1024];
        DatagramPacket dp= new DatagramPacket(bytes,bytes.length);
        //receive是阻塞的,会在这死等
        ds.receive(dp);
        //3.解析数据包
        byte[] data = dp.getData();
        int length = dp.getLength();
        InetAddress address = dp.getAddress();
        int port = dp.getPort();
        System.out.println("接收到数据:"+ new String(data,0,length));
        System.out.println("数据是从“"+ address + "”在这台电脑中的 "+ port+" 端口发出的");
        ds.close();
    }
}

3.3聊天室

package com.practice.udpdemo;
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
/**
 * @Author YJ
 * @Date 2023/7/29 11:09
 * Description:发送数据
 */
public class SendMessage {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        //2.打包数据
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            System.out.println("请输入消息:");
            String str = sc.next();
            if("886".equals(str)){
                break;
            }
            byte[] bytes = str.getBytes();
            InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
            int port = 10086;
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);
            //3.发送数据
            ds.send(dp);
        }
        ds.close();
    }
}
package com.practice.udpdemo;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
/**
 * @Author YJ
 * @Date 2023/7/29 11:10
 * Description:接收数据
 */
public class ReceiveMessage {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        1.创建对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);
        //2.接收数据包
        byte[] bytes = new byte[1024];
        while (true) {
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length);
            ds.receive(dp);
            //3.解析数据
            byte[] data = dp.getData();
            int length = dp.getLength();
            String ip = dp.getAddress().getHostAddress();
            String name = dp.getAddress().getHostName();
            System.out.println("ip为:" + ip + "主机名为:" + name + "的人,发送了:"+ new String(data,0,length));
        }
    }
}




3.4UDP的三种通信方式(单播、组播、广播)

3.4.1单播

一对一的形式,之前的代码都是单播的形式

package com.practice.udpdemo;
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
/**
 * @Author YJ
 * @Date 2023/7/29 11:09
 * Description:单播
 */
public class SendMessage {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        //2.打包数据
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            System.out.println("请输入消息:");
            String str = sc.next();
            if("886".equals(str)){
                break;
            }
            byte[] bytes = str.getBytes();
            InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
            int port = 10086;
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);
            //3.发送数据
            ds.send(dp);
        }
        ds.close();
    }
}

3.4.2组播

组播地址:224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

  • 其中224.0.0.0 ~ 224.0.0.255为预留组播地址
package com.practice.udpdemo;
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;
/**
 * @Author YJ
 * @Date 2023/7/29 11:39
 * Description:组播发送  -- 发送端
 */
public class SendMessage1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建MulticastSocket对象
        MulticastSocket ms = new MulticastSocket();
        String str = "你好~";
        byte[] bytes = str.getBytes();
        InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.0.1");
        int port = 10000;
        //2.打包数据
        DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);
        //3.发送数据
        ms.send(datagramPacket);
        //4.释放资源
        ms.close();
    }
}
package com.practice.udpdemo;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;
/**
 * @Author YJ
 * @Date 2023/7/29 11:10
 * Description:接收数据 -- 接收端1
 */
public class ReceiveMessage1 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        1.创建对象
        MulticastSocket ms = new MulticastSocket(10000);
        //2.将当前本机,添加到224.0.0.1这一组中
        InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.0.1");
        ms.joinGroup(address);
        //3.打包数据
        byte[] bytes = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length);
        //4.接收数据
        ms.receive(dp);
        //5.解析数据
        byte[] data = dp.getData();
        int length = dp.getLength();
        String ip = dp.getAddress().getHostAddress();
        String name = dp.getAddress().getHostName();
        System.out.println("ip为:" + ip + "主机名为:" + name + "的人,发送了:"+ new String(data,0,length));
    }
}
package com.practice.udpdemo;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;
/**
 * @Author YJ
 * @Date 2023/7/29 11:10
 * Description:接收数据 -- 接收端2
 */
public class ReceiveMessage2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        1.创建对象
        MulticastSocket ms = new MulticastSocket(10000);
        //2.将当前本机,添加到224.0.0.1这一组中
        InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.0.1");
        ms.joinGroup(address);
        //3.打包数据
        byte[] bytes = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length);
        //4.接收数据
        ms.receive(dp);
        //5.解析数据
        byte[] data = dp.getData();
        int length = dp.getLength();
        String ip = dp.getAddress().getHostAddress();
        String name = dp.getAddress().getHostName();
        System.out.println("ip为:" + ip + "主机名为:" + name + "的人,发送了:"+ new String(data,0,length));
    }
}

3.4.3广播

广播地址:255.255.255.255

package com.practice.udpdemo;
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
/**
 * @Author YJ
 * @Date 2023/7/29 11:09
 * Description:广播
 */
public class SendMessage {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        //2.打包数据
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            System.out.println("请输入消息:");
            String str = sc.next();
            if("886".equals(str)){
                break;
            }
            byte[] bytes = str.getBytes();
            InetAddress address = InetAddress.getByName("255.255.255.255");
            int port = 10086;
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,port);
            //3.发送数据
            ds.send(dp);
        }
        ds.close();
    }
}

四、TCP通信程序

  • Java中的TCP通信:
  • Java对基于TCP协议的的网络提供了良好的封装,使用Socket对象来代表两端的通信端口,并通过Socket产生IO流来进行网络通信。
  • Java为客户端提供了Socket类,为服务器端提供了ServerSocket类
  • 客户端
  • 1.创建客户端的Socket对象与指定服务端连接Socket(String host,int port)
  • 2.获取输出流,写数据OutputStream getOutputStream()
  • 3.释放资源void close()
  • 服务器
  • 1.创建服务器端的Socket对象(ServerSocket)
  • 2.监听客户端连接,返回一个Socket对象
  • 3.获取输入流,读数据,并把数据显示在控制台
  • 4.释放资源
package com.practice.udpdemo;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建客户端的Socket对象(Socket)
        //Socket(String host, int port)
        //创建流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号
        Socket s = new Socket("127.0.0.1",10001);
        //获取输出流,写数据
        //OutputStream getOutputStream() 返回此套接字的输出流
        OutputStream os = s.getOutputStream();
        os.write("hello,tcp,我来了".getBytes());
        //释放资源
        s.close();
    }
}
package com.practice.udpdemo;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建服务器端的Socket对象(ServerSocket)
        //ServerSocket(int port) 创建绑定到指定端口的服务器套接字
        ServerSocket ss = new ServerSocket(10001);
        //监听客户端连接
        //Socket accept() 侦听要连接到此套接字并接受它
        Socket s = ss.accept();
        //3.从连接通道中获取输入流,读数据,并把数据显示在控制台
        InputStream is = s.getInputStream();
        /*byte[] bys = new byte[1024];
        int len = is.read(bys);*/
        int b;
        while ((b = is.read()) != -1) {
            System.out.println((char) b);
        }
        /*String data = new String(bys,0,len);
        System.out.println("数据是:" + data);*/
        //释放资源
        s.close();
        ss.close();
    }
}

4.1解决中文乱码问题

package com.practice.udpdemo;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建服务器端的Socket对象(ServerSocket)
        //ServerSocket(int port) 创建绑定到指定端口的服务器套接字
        ServerSocket ss = new ServerSocket(10001);
        //监听客户端连接
        //Socket accept() 侦听要连接到此套接字并接受它
        Socket s = ss.accept();
        //3.从连接通道中获取输入流,读数据,并把数据显示在控制台
        InputStream is = s.getInputStream();
        //转换流
        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
        int b;
        while ((b = isr.read()) != -1) {
            System.out.println((char) b);
        }
        //释放资源
        s.close();
        ss.close();
    }
}

4.2提高读取效率

  • 添加缓冲流
package com.practice.udpdemo;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建服务器端的Socket对象(ServerSocket)
        //ServerSocket(int port) 创建绑定到指定端口的服务器套接字
        ServerSocket ss = new ServerSocket(10001);
        //监听客户端连接
        //Socket accept() 侦听要连接到此套接字并接受它
        Socket s = ss.accept();
        //3.从连接通道中获取输入流,读数据,并把数据显示在控制台
        /*InputStream is = s.getInputStream();
        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
        BufferedReader bf = new BufferedReader(isr);*/
        //写成一行
        BufferedReader bf = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
        int b;
        while ((b = bf.read()) != -1) {
            System.out.print((char) b);
        }
        //释放资源
        s.close();
        ss.close();
    }
}

4.3三次握手和四次挥手

4.3.1三次握手(确保连接建立)

  • 1.客户端向服务器发出连接请求,等待服务器确认
  • 2.服务器向客户端返回一个相应,告诉客户端收到了请求
  • 3.客户端向服务器再次发出确认信息,连接建立


  • 1.客户端向服务器发出取消连接请求
  • 2.服务器向客户端返回一个响应,表示收到客户端取消请求
  • 3.服务器向客户端发出确认取消请求
  • 4.客户端再次发送确认消息,连接取消


总结

关于网络编程的基本知识我们都有了了解,希望对大家有所帮助,欢迎各位小伙伴点赞+关注!!!


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【6月更文挑战第4天】量子通信,基于量子力学原理,以安全传输信息为核心,通过量子密钥分发保障通信绝对安全。科研人员致力于解决量子比特的制备与操控难题,各国竞相布局量子通信技术,期待其在网络安全、金融与国防等领域发挥关键作用,开启全新安全通信时代。
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TCP传输协议与UDP传输协议的特点与分析
网络协议如同人与人之间相互交流是需要遵循一定的规则(如语言)一样,计算机之间能够进行相互通信是因为它们都共同遵守一定的规则,即网络协议。 OSI参考模型和TCP/IP模型在不同的层次中有许多不同的网络协议,如图所示: 我们今天主要讨论的是传输层的协议,即考虑应用程序之间的逻辑通信。简单来说就是数据该如何发送给其他机器;

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