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2022-08-11 java之 网络编程

2022-08-11 23:03:57  阅读:226  来源: 互联网

标签:11 UDP java 08 TCP IP地址 客户端 连接 out


目录

一、概述

  • 计算机网络
    是指将地理位置不同的具有 独立功能的多台计算机及其外部设备,通过通信线路连接起来,在网络操作系统,网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下,实现资源共享和信息传递的计算机系统
  • 网络编程
    在网络通信协议下,实现网络互连的不同计算机上运行的程序间可以进行数据交换

二、网络编程三要素

1.IP端口

要想让网络中的计算机能够 互相通信,必须为每台计算机指定一个标识号, 通过这个标识号来指定要接收数据的计算机和识别发送的计算机,而P地址就是这个标识号。也就是设备的标识

2.端口

网络的通信,本质上是两个应用程序的通信。每台计算机都有很多的应用程序,那么在网络通信时,如何区分这些应用程序呢?如果说IP地址可以唯一标识网络中的设备 ,那么端口号就可以唯一标识设备中的应用程序了。也就是应用程序的标识

3.协议

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定的规则,这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样。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、传输步骤等做了统规定,通信双方必须同时遵守才能完成数据交换。常见的协议有UDP协议和TCP协议

一、 IP地址

1. 是网络中设备的唯一标识 IP地址分为两大类 

  • 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

2. ip地址常用命令

  • 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 localhost

3. IP地址操作类-InetAddress

InetAddress类概述:
一个该类的对象就代表一个IP地址对象。

InetAddress类成员方法:
static InetAddress getLocalHost()

  • 获得本地主机IP地址对象。
    static InetAddress getByName(String host)
  • 根据IP地址字符串或主机名获得对应的IP地址对象。
    String getHostName()
  • 获得主机名。
    String getHostAddress()
  • 获得IP地址字符串。
/**
* @program: java20220808
* @description:IP地址操作类-InetAddress
* @author: beibei
* @create: 2022-08-11 22:18
*/
public class InetAddressDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 1.获取本机地址对象。
InetAddress ip1 = InetAddress.getLocalHost();
System.out.println("-------------------");
System.out.println(ip1.getHostName());
System.out.println(ip1.getHostAddress());

// 2.获取域名ip对象
InetAddress ip2 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
System.out.println("-------------------");
System.out.println(ip2.getHostName());
System.out.println(ip2.getHostAddress());

// 3.获取公网IP对象。
InetAddress ip3 = InetAddress.getByName("112.80.248.76");
System.out.println("-------------------");
System.out.println(ip3.getHostName());
System.out.println(ip3.getHostAddress());

// 4.判断是否能通: ping 5s之前测试是否可通
System.out.println(ip3.isReachable(5000));
}
}

二.端口

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065535中,01023之间的端口号用于些知名的网
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。(失败咋换个端口号就行!!!)

三.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

1.UDP协议

  • 用户数据报协议(User Datagram Protocol)
  • UDP是无连接通信协议,在数据传输时,数据的发送端和接收端不建立逻辑连接,就是一台计算机向另一台计算机发送数据是,发送端不会确认接收端是否存在,就会发送数,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协议消耗的资源少,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。

1.1 UDP通信原理

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

2.2 UDP发送数据

发送数据的步骤(粗略版)

  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

发送数据的步骤(详细版)

  1. 创建发送端的Socket对象(DatagramSocket)
    DatagramSocket)
  2. 创建数据, 并把数据打包
    DatagramPacket(byteI] buf, int length, InetAddress address, int port)
  3. 调用DatagramSocket对象的方法发送数据
    void send(DatagramPacket p)
  4. 关闭发送端
    void close0
public class UDPFa {
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.out.println("=====客户端启动======");

// 1、创建发送端对象:发送端自带默认的端口号(人)
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(6666);

// 2、创建一个数据包对象封装数据
/**
public DatagramPacket(byte buf[], int length,
InetAddress address, int port)
参数一:封装要发送的数据
参数二:发送数据的大小
参数三:服务端的主机IP地址
参数四:服务端的端口
*/
byte[] buffer = "北北,有一个好工作".getBytes();
DatagramPacket packet = new DatagramPacket( buffer, buffer.length,
InetAddress.getLocalHost() , 8888);

// 3、发送数据出去
socket.send(packet);

socket.close();
}
}

2.3UDP接收数据

接收数据的步骤

  1. 创建接收端的Socket对象(DatagramSocket)
    DatagralfiSocket(int port)
  2. 创建一个数据包, 用于接收数据
    DatagramPacket(byte[] buf, int length)
  3. 调用DatagramSocke对象的方法接收数据
    void receive(DatagramPacketp)
  4. 解析数据包, 并把数据在控制台显示
    byte[] getData()
    int getLength()
  5. 关闭接收端
    void close()
public class UDPShou {
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.out.println("=====服务端启动======");
// 1、创建接收端对象:注册端口(人)
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);

// 2、创建一个数据包对象接收数据(韭菜盘子)
byte[] buffer = new byte[1024 * 64];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);

// 3、等待接收数据。
socket.receive(packet);

// 4、取出数据即可
// 读取多少倒出多少
int len = packet.getLength();
String rs = new String(buffer,0, len);
System.out.println("收到了:" + rs);

// 获取发送端的ip和端口
String ip =packet.getSocketAddress().toString();
System.out.println("对方地址:" + ip);

int port = packet.getPort();
System.out.println("对方端口:" + port);

socket.close();
}
}

2.TCP协议

2.1 OSI 七层协议 -> Tcp/Ip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

2.2TCP协议详情

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,在发送端和接收端机理逻辑连接,然后再传输数据,它提供了两台计算机之间可靠没有差错的数据传输,在TCP连接中必须明确客户端和服务端,向客户端向服务端发出连接请求,每次连接的创建都经过“三次握手”
  • 三次握手:即在TCP协议中,在发送数据的准备阶段时,客户端和服务端需要进行三次握手,来保证连接的可靠
    · 完成三次握手,建立连接后,客户端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,应用在上传文件、下载文件、浏览网页

2.3 三次握手

  • 第一次握手:客户端向服务器端发送请求,等待服务器确认
  • 第二次握手:服务器向客户端回送一个响应,通知客户端收到了连接请求
  • 客户端再次向服务器端发送确认信息,确认连接

在这里插入图片描述
TCP发送:

public class Client {
public static void main(String[] args) throws IOException {

System.out.println("客户端发送数据");
//1.Socket(ip,port)确实连接到哪里
Socket socket=new Socket("localhost",6666);
//2.获取流对象,输出流
OutputStream os=socket.getOutputStream();
//3.组装数据
os.write("你好 TCP,我来了".getBytes());
System.out.println("========接收并回写==========");
//4.通过Socket,获取输入流对象
InputStream in=socket.getInputStream();
//5.读写数据
byte[] b=new byte[100]; int len=in.read(b);
System.out.println(new String(b,0,len));

//6.关闭资源
in.close();
os.close();
socket.close();

}
}

TCP接收:

public class Server {
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("服务器端启动,等待连接.....");
//1.创建ServerSocket对象,绑定端口,开始等待连接
ServerSocket ss=new ServerSocket(6666);
//2.接收accept方法,返回的是Socket对象
Socket serverSocket=ss.accept();
InputStream is=serverSocket.getInputStream();
//4.一次性读取数据
//4.1创建了字节数组
byte[] b=new byte[1024];
//4.2 将数据读取到字节数组中
int len=is.read(b);
//4.3 解析数组,打印字符串信息
String msg=new String(b,0,len);
System.out.println(msg);
System.out.println("===========回写数据==============");
//5 通过socket获取输出流
OutputStream out= serverSocket.getOutputStream();
//6.回写数据
out.write("我很好,谢谢你".getBytes());
//7.关闭资源
is.close();
ss.close();
}

}

2.4(面试题)TCP 三次握手(详细)

  1. 第一次握手,客户端发送syn(SYN 同步序列编号)包到服务器端,客户端进入syn进入syn_send状态,等待服务器
    端确认
  2. 第二次握手,服务器端向客户端回送一个SYN+ACK包(Aclkownledge character)即是确认字符,服务端进入syn_recv状态
  3. 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,ACK包,此时客户端和服务器进入established状态
  4. 握手过程中传送的包不包含任何数据,连接建立后才会开始传送数据,理想状态下, TCP连接一旦建立,在通信双方的任何一方主动关闭连接前,TCP连接都会一直保持下去

2.4(面试题)为什么TCP握手需要三次?

TCP是可靠的传输控制协议,三次握手能保证数据可靠传输又能提高传输效率。
如果TCP握手二次:
客户端发送syn,进入到closeed状态,服务端一直等待,这样浪费了服务器端资源。

如果TCP握手四次:

  1. client给 server发送SYN同步报文;
  2. server收到SYN后,给 client回复ACK确认报文;
  3. server给 client发送SYN同步报文;
  4. client给 server发送ACK确认报文。

相当于服务器多发了一次TCP报文,降低了连接速度和效率。

2.5 四次挥手(TCP断开连接)

第一次挥手:TCP客户端发送一个FIN报文,用来关闭服务器的数据传送,告诉对方步伐数据
第二次挥手:服务区收到这个报文,给他发回一个报文,确认序号为收到的序号加1
第三次挥手:服务器端关闭客户端的连接,告诉对方,我不给你发送数据了,发送一个FIN报文给客户端
第四次挥手:主动关闭方客户端发回ACK确认,并将确认序列号设置为收到序号加1.完成四次挥手
在这里插入图片描述

2.6(面试题)为什么TCP挥手需要四次?

因为TCP连接是全双工的网络协议,允许同时通信的双方同时进行数据的收发,同样也允许收发 两个方向的连接被独立关闭,关闭TCP连接需要进行四次连接,每次关闭一个方向上的连接需要 FIN和ACK两次握手。

2.7(面试题)TCP和UDP的区别

TCP和UDP都属于传输层协议,他们之前的区别在于:

  • TCP是面向连接的,UDP是无连接的
  • TCP是可靠的,UDP是不可靠的
  • TCP只支持点对点通信;UDP支持一对一、一对多、多对一、多对多的通信模式
  • TCP是面向字节流的;UDP是面向报文的
  • TCP有拥塞控制机制;UDP没有拥塞控制,适合媒体通信。
  • TCP首部开销(20个字节),比UDP的首部开销(8个字节)要大。

2.8(面试题)用户在浏览器输入一个URL并回车,这个过程设计那些网络协议

首先:根据解析域名根据DNS服务器找到对应的IP地址,DNS服务器是基于UDP的,因此会用到UDP协议
得到IP后浏览器与服务去器要建立一个连接,这就需要TCP协议,HTTP生成一个请求报文,接下来到传输层,要选择传输协议,用TCP或者UDP,然后到达网络层,将通过P协议将IP地址封装为IP数据报,然后会用到ARP协议。

详细:

  1. 首先进行域名解析,浏览器搜索自己的DNS缓存,缓存中维护一张域名与IP地址的对应表。 若没有,则搜索操作系统的DNS缓存;若没有,则将域名发送至本地域名服务器(递归査询 方式),本地域名服务器査询自己的DNS缓存,查找成功则返回结果,否则,本地的DNS服 务器向根域名服务器发出查询请求,根域名服务器告知该域名的级域名服务器,然后本地服 务器给该一级域名服务器发送查询请求,然后依次类推直到查询到该域名的IP地址。DNS服 务器是基于UDP的,因此会用到UDP协议。
  2. 得到IP地址以后,浏览器就要与服务器建立一个HTTP连接,因此要用到HTTP协议。HTTP 生成一个GET请求报文。
  3. 接下来到了传输层,选择传输协议,TCP或者UDP,TCP是可靠的传输控制协议,对HTP请 求进行封装,加入了端口号等信息。
  4. 然后到了网络层,通过IP协议将IP地址封装为IP数据报;然后此时会用到ARP协议,主机发 送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机,并接收返回消息,以此确 定目标的物理地址,找到目的MAC地址。
  5. 接下来到了数据链路层,把网络层交下来的IP数据报添加首部和尾部,封装为MAC帧,现在 根据目的mac开始建立TCP连接,三次握手,接收端在收到物理层上交的比特流后,根据首 尾的标记,识别帧的开始和结束,将中间的数据部分上交给网络层,然后层层向上传递到应 用层
  6. 服务器响应请求并请求客户端要的资源,传回给客户端。
  7. 断开TCP连接,浏览器对页面进行渲染呈现给客户端。

标签:11,UDP,java,08,TCP,IP地址,客户端,连接,out
来源: https://www.cnblogs.com/beibei725/p/16578193.html

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