2022-08-11 java之网络编程

迷南。 2023-09-30 14:48 11阅读 0赞

#### 目录 ####

*  一、概述
 *  二、网络编程三要素
 *   *  1.IP端口
     *  2.端口
     *  3.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 
         *  2. ip地址常用命令
         *  3. IP地址操作类-InetAddress
     *  二.端口
     *  三.协议
     *   *  1.UDP协议
         *   *  1.1 UDP通信原理
             *  2.2 UDP发送数据
             *  2.3UDP接收数据
         *  2.TCP协议
         *   *  2.1 OSI 七层协议 -> Tcp/Ip协议
             *  2.2TCP协议详情
             *  2.3 三次握手
             *  2.4（面试题）TCP 三次握手（详细）
             *  2.4（面试题）为什么TCP握手需要三次？
             *  2.5 四次挥手（TCP断开连接）
             *  2.6(面试题)为什么TCP挥手需要四次？
             *  2.7(面试题)TCP和UDP的区别
             *  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

## 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));
        }
    }

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### 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();
        }
    }

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#### 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][9594af08a4ad454badaf74224ef46759.png]

##### 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][c3527b92c54944f4b538f69db2094037.png]  
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();
        }
             
    }

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##### 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][18fe0e3a29c94507a5fd5a745347411b.png]

##### 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。

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