Java网络编程 - 网络编程介绍 - 网络通信三要素

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网络编程

网络编程介绍

什么是网络编程?

网络编程可以让程序与网络上的其他设备中的程序进行数据交互。

网络编程基本模式:

常见的通信模式有如下2种形式：Client-Server(CS: 客户端与服务器模式) 、 Browser/Server(BS: 浏览器与服务器模式)

Client-Server(CS)模式

Browser/Server(BS)模式

网络通信三要素

实现网络编程关键的三要素:

IP地址：设备在网络中的地址，是唯一的标识。

端口：应用程序在设备中唯一的标识。

协议: 数据在网络中传输的规则，常见的协议有UDP协议和TCP协议。

要素一: IP地址

IP地址基本介绍

IP（Internet Protocol）：全称”互联网协议地址”，是分配给上网设备的唯一标志。

常见的IP分类为：IPv4和IPv6

IPV4

IPV4: 32位(四个字节)

IPV4每个字节表示一个整数, 每个整数之间使用逗号隔开

IPV6

IPv6：128位（16个字节），由于IPV4不够用, 所以出现了IPV6, IPV6号称可以为地球每一粒沙子编号。

IPv6分成8个整数，每个整数用四个十六进制位表示， 数之间用冒号（：）分开。

IP地址形式:

公网地址、和私有地址(局域网使用)。

192.168. 开头的就是常见的局域网地址，范围即为192.168.0.0–192.168.255.255，专门为组织机构内部使用。

IP常用命令:

ipconfig：查看本机IP地址

ping IP地址：检查网络是否连通

特殊的IP地址:

本机IP: 127.0.0.1或者localhost：称为回送地址也可称本地回环地址，只会寻找当前所在本机。

IP地址的操作类

IP地址操作类InetAddress的使用

此类表示Internet协议（IP）地址。

InetAddress API如下:
名称说明static InetAddress getLocalHost()返回本主机的地址对象static InetAddress getByName(String host)得到指定主机的IP地址对象，参数是域名或者IP地址getHostName()获取此IP地址的主机名getHostAddress()返回IP地址字符串isReachable(int timeout)在指定毫秒内连通该IP地址对应的主机，连通返回true

前两个静态方法用于获取地址对象

publicstaticvoidmain(String[] args)throwsException{// 返回本机地址对象InetAddress ip1 =InetAddress.getLocalHost();System.out.println(ip1);// chenyqdeMacBook-Pro.local/127.0.0.1// 根据域名或IP地址返回地址对象InetAddress ip2 =InetAddress.getByName("www.baidu.com");System.out.println(ip2);// www.baidu.com/183.232.231.172}

获取地址对象后, 可以根据地址对象获取主机名、地址字符串、是否连通等等。

publicstaticvoidmain(String[] args)throwsException{// 返回本机地址对象InetAddress ip1 =InetAddress.getLocalHost();System.out.println(ip1);// chenyqdeMacBook-Pro.local/127.0.0.1// 主机名System.out.println(ip1.getHostName());// chenyqdeMacBook-Pro.local// 主机地址System.out.println(ip1.getHostAddress());// 127.0.0.1// 三秒内是否连通System.out.println(ip1.isReachable(3000));// true}

要素二: 端口号

端口号:

端口号：标识正在计算机设备上运行的进程（程序），被规定为一个 16 位的二进制，范围是 0~65535。

例如我们将IP地址看成是酒店名称, 那么端口号就是房间号; 有IP地址有端口号我们才可以准确的找到运行的程序

端口类型:

周知端口：0~1023，被预先定义的知名应用占用（如：HTTP占用 80，FTP占用21）

注册端口：1024~49151， 分配给用户进程或某些应用程序。（如：Tomcat占 用8080，MySQL占用3306）

动态端口：49152到65535，之所以称为动态端口，是因为它一般不固定分配某种进程，而是动态分配。

注意：我们自己开发的程序选择注册端口，且一个设备中不能出现两个程序的端口号一样，否则出错

要素三: 协议

通信协议:

连接和通信数据的规则被称为网络通信协议

网络通信协议有两套参考模型:

OSI参考模型：世界互联协议标准，全球通信规范，由于此模型过于理想化，未能在因特网上进行广泛推广。

TCP/IP参考模型(或TCP/IP协议)：事实上的国际标准。

OSI参考模型TCP/IP参考模型各层对应面向操作应用层应用层HTTP、FTP、DNS、SMTP…应用程序需要关注的：浏览器，邮箱。程序员一般在这一层开发表示层会话层传输层传输层TCP、UDP…选择使用的TCP , UDP协议网络层网络层IP、ICMP…封装源和目标IP，进行路径选择数据链路层数据链路层+物理物理寻址、比特流…物理设备中传输物理层
传输层的两个常见的协议:

TCP(Transmission Control Protocol) ：传输控制协议

UDP(User Datagram Protocol)：用户数据报协议

TCP协议

TCP协议特点:

使用TCP协议，必须双方先建立连接，它是一种面向连接的可靠通信协议。

传输前，采用“三次握手”方式建立连接，所以是可靠的 。

在连接中可进行大数据量的传输 。

连接、发送数据都需要确认，且传输完毕后，还需释放已建立的连接，通信效率较低。

TCP协议通信场景:

对信息安全要求较高的场景，例如：文件下载、金融等数据通信

TCP会进行三次握手确立连接:

第一次握手: 客户端发送网络包，服务端收到了。

• 服务器端得出结论: 客户端发送能力正常, 服务端接收能力正常

第二次握手: 服务端发包，客户端收到了。

• 客户端得出结论: 服务端的发送能力和接收能力正常, 客户端的发送能力和接收能力正常;
• 但是此时服务端并不知道客户端的接收能力是否正常, 所以就会进行第三次握手

第三次握手: 客户端发包，服务端收到了。

• 服务端得出结论: 客户端的接收、发送能力正常，服务器自己的发送、接收能力也正常。

TCP会进行四次挥手断开连接:

第一次挥手: 客户端向服务端发送一个数据包

• 告诉服务端：我要跟你断开连接了，不会再给你发数据了；

第二次挥手: 服务端收到数据包后, 向客户端发送一个数据包

• 服务端告诉客户端：我知道你要断开了，但是我还有数据没有发送完，等发送完了所有的数据就进行第三次挥手

第三次挥手: 服务端向客户端发送一个数据包

• 这是服务端告诉客户端：我的数据也发送完了，不再给你发数据了

第四次挥手: 客户端收到数据包之后，一样发送一个 ACK 报文作为应答; 并经过一段时间发送确认包

• 至此断开连接, 四次挥手结束

UDP协议

UDP协议:

UDP是一种无连接、不可靠传输的协议。

将数据源IP、目的地IP和端口封装成数据包，不需要建立连接

每个数据包的大小限制在64KB内

发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，故是不可靠的

可以广播发送 ，发送数据结束时无需释放资源，开销小，速度快。

UDP协议通信场景:

语言通话, 视频通话