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《Android智能穿戴设备开发指南》——第6章,第6.1节Socket编程基础

简介:
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本节书摘来自异步社区《Android智能穿戴设备开发指南》一书中的第6章,第6.1节Socket编程基础,作者 王长青,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

6.1 Socket编程基础
Android智能穿戴设备开发指南
网络编程中有两个主要问题,一个是如何准确地定位网络中的一台或多台主机,另一个就是找到主机后如何可靠、高效地进行数据传输。在TCP/IP协议中IP层主要负责网络主机的定位,数据传输的路由,并通过IP地址可以唯一地确定Internet上的一台主机。TCP层提供面向应用的可靠(TCP)的或非可靠(UDP)的数据传输机制,这是网络编程的主要对象,一般不需要关心IP层是如何处理数据的。目前较为流行的网络编程模型是客户机/服务器(C/S)结构。即通信双方一方作为服务器等待客户提出请求并予以响应。客户端则在需要服务时向服务器提出申请。服务器一般作为守护进程始终运行,监听网络端口,一旦有客户端请求,就会启动一个服务进程来响应该客户端,同时自己继续监听服务端口,使后来的客户端也能及时得到服务。在接下来的内容中,将简要讲解TCP/IP和UDP协议的基本知识。

6.1.1 TCP/IP协议基础
TCP/IP是Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写,指传输控制协议/Internet互连协议,又名网络通信协议,是Internet最基本的协议、Internet的基础,由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP定义了电子设备如何连入Internet,以及数据如何在它们之间传输的标准。TCP/IP协议采用了4层的层级结构,每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。也就是说,TCP负责发现传输的问题,一旦发现问题便发出信号要求重新传输,直到所有数据安全、正确地传输到目的地。而IP的功能是给Internet的每一台计算机规定一个地址。

TCP/IP协议不是TCP和IP这两个协议的合称,而是指Internet整个TCP/IP协议族。从协议分层模型方面来讲,TCP/IP由4个层次组成,分别是网络接口层、网络层、传输层、应用层。

其实TCP/IP协议并不完全符合OSI(Open System Interconnect)的七层参考模型,OSI是传统的开放式系统互连参考模型,是一种通信协议的7层抽象的参考模型,其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。这7层是:物理层、数据链路层(网络接口层)、网络层(网络层)、传输层(传输层)、会话层、表示层和应用层(应用层)。而TCP/IP通信协议采用了4层的层级结构,每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。由于ARPANET的设计者注重的是网络互连,允许通信子网(网络接口层)采用已有的或是将来有的各种协议,所以这个层次中没有提供专门的协议。实际上,TCP/IP协议可以通过网络接口层连接到任何网络上,如X.25交换网或IEEE 802局域网。

6.1.2 UDP协议
UDP是User Datagram Protocol的简称,是一种无连接的协议,每个数据报都是一个独立的信息,包括完整的源地址或目的地址,它在网络上以任何可能的路径传往目的地,因此能否到达目的地,到达目的地的时间以及内容的正确性都不能保证。

在现实网络数据传输过程中,大多数功能是由TCP协议和UDP协议实现的,在接下来的内容中,将列出上述两种协议的主要特点,以便区分这两种数据传输协议。

1.TCP协议的特点
① 面向连接的协议,在Socket之间进行数据传输之前必然要建立连接,所以在TCP中需要连接时间。

② TCP传输数据大小限制,一旦连接建立起来,双方的Socket就可以按统一的格式传输大的数据。

③ TCP是一个可靠的协议,它确保接收方完全正确地获取发送方所发送的全部数据。

2.UDP协议的特点
① 每个数据报中都给出了完整的地址信息,因此不需要建立发送方和接收方的连接。

② UDP传输数据时是有大小限制的,每个被传输的数据报必须限定在64KB之内。

③ UDP是一个不可靠的协议,发送方所发送的数据报并不一定以相同的次序到达接收方。

在日常应用中,可以根据如下两点来选择使用哪一种传输协议。

① TCP在网络通信上有极强的生命力,例如,远程连接(Telnet)和文件传输(FTP)都需要不定长度的数据被可靠地传输。但是可靠的传输是要付出代价的,对数据内容正确性的检验必然占用计算机的处理时间和网络的带宽,因此TCP传输的效率不如UDP高。

② UDP操作简单,而且仅需要较少的监护,因此,通常用于局域网高可靠性的分散系统中Client/Server应用程序。例如,视频会议系统并不要求音频视频数据绝对的正确,只要保证连贯性就可以了,这种情况下显然使用UDP会更合理一些。

6.1.3 基于Socket的Java网络编程
网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换,这个双向链路的一端称为一个Socket。Socket通常用来实现客户端和服务器端的连接。Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面,一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。但是,Socket所支持的协议种类也不光TCP/IP一种,因此,两者之间是没有必然联系的。在Java环境下,Socket编程主要是指基于TCP/IP协议的网络编程。

1.Socket通信的过程
Server端Listen(监听)某个端口是否有连接请求,Client端向Server 端发出Connect(连接)请求,Server端向Client端发回Accept(接受)消息。一个连接就建立起来了。Server端和Client端都可以通过Send、Write等方法与对方通信。

在Java网络编程应用中,对于一个功能齐全的Socket来说,其工作过程包含如下步骤。

① 创建Socket。

② 打开连接到Socket的输入/出流。

③ 按照一定的协议对Socket进行读/写操作。

④ 关闭Socket(在实际应用中,并未使用到显示的close,虽然很多文章都推荐如此,不过在笔者的程序中,可能因为程序本身比较简单,要求不高,所以并未造成什么影响)。

2.创建Socket
在Java网络编程应用中,在包java.net中提供了两个类Socket和ServerSocket,分别用来表示双向连接的客户端和服务端。这是两个封装得非常好的类,其中包含了如下构造方法。

① Socket(InetAddress address, int port)。

② Socket(InetAddress address, int port, boolean stream)。

③ Socket(String host, int prot)。

④ Socket(String host, int prot, boolean stream)。

⑤ Socket(SocketImpl impl)。

⑥ Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort)。

⑦ Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort)。

⑧ ServerSocket(int port)。

⑨ ServerSocket(int port, int backlog)。

⑩ ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)。

在上述构造方法中,参数address、host和port分别是双向连接中另一方的IP地址、主机名和端口号,stream指明socket是流socket还是数据报socket,localPort表示本地主机的端口号,localAddr和bindAddr是本地机器的地址(ServerSocket的主机地址),impl是socket的父类,既可以用来创建serverSocket又可以用来创建Socket。count则表示服务端所能支持的最大连接数。例如:

Socket client = new Socket("127.0.01.", 80);
ServerSocket server = new ServerSocket(80);
Stnd001

必须小心地选择端口,每一个端口提供一种特定的服务,只有给出正确的端口,才能获得相应的服务。0~1 023的端口号为系统所保留,例如,HTTP服务的端口号为80,TELNET服务的端口号为21,FTP服务的端口号为23,所以我们在选择端口号时,最好选择一个大于1 023的数以防止发生冲突。另外,在创建Socket时如果发生错误,将产生IOException,在程序中必须对之做出处理。所以在创建Socket或ServerSocket时必须捕获或抛出例外。

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