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天空闲话 发表于 2024-6-21 14:51:27

Java网络编程

1. 常见的软件架构

1.1 CS布局

常见的CS布局的软件有QQ、微信、Steam等
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/7767279e3c1943258ad0498d9c0c0060.png
1.2 BS架构

https://img-blog.csdnimg.cn/direct/f12ac46d9e6b447db690a559dff329bc.png
2. 网络编程三要素

https://img-blog.csdnimg.cn/direct/1eed30c14b4a47de81029f9b662ee48e.png
3.InetAddress利用

InetAddress 是 Java 中用于表示 IP 地点的类，位于 java.net 包中。它可以表示一个 IP 地点（IPv4 或 IPv6），并提供用于解析主机名的静态方法。以下是 InetAddress 类的详细介绍及其常用方法：
InetAddress 类的根本概念

[*]IP 地点: InetAddress 对象可以表示一个互联网协议 (IP) 地点。
[*]主机名解析: 它提供了将主机名解析为 IP 地点的方法，以及将 IP 地点解析为主机名的方法。
[*]静态工厂方法: 用于获取 InetAddress 实例。
import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class InetAddressStudy {
public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
   // 获取本地主机地址
   InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
   System.out.println("Local host: " + localHost.getHostName() + " (" + localHost.getHostAddress() + ")");

   // 根据主机名获取 InetAddress 对象
   InetAddress address = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
   System.out.println("Host: " + address.getHostName() + ", IP Address: " + address.getHostAddress());

   // 根据主机名获取所有关联的 InetAddress 对象
   InetAddress[] addresses = InetAddress.getAllByName("www.baidu.com");
   for (InetAddress addr : addresses) {
         System.out.println("Host: " + addr.getHostName() + ", IP Address: " + addr.getHostAddress());
   }

   // 获取本地回环地址
   InetAddress loopbackAddress = InetAddress.getLoopbackAddress();
   System.out.println("Loopback Address: " + loopbackAddress.getHostAddress());

   // 判断地址是否为多播地址
   boolean isMulticast = address.isMulticastAddress();
   System.out.println("Is multicast address: " + isMulticast);
}
}

结果：
Local host: fanzhendembp-2 (192.168.1.4)
Host: www.baidu.com, IP Address: 39.156.66.14
Host: www.baidu.com, IP Address: 39.156.66.14
Host: www.baidu.com, IP Address: 39.156.66.18
Host: www.baidu.com, IP Address: 2409:8c00:6c21:104f:0:ff:b03f:3ae
Host: www.baidu.com, IP Address: 2409:8c00:6c21:1051:0:ff:b0af:279a
Loopback Address: 127.0.0.1
Is multicast address: false
4. 端标语

https://img-blog.csdnimg.cn/direct/53e4b7ac7cb44080bbae369a1cf55576.png
端口（Port）是计算机网络中的一个重要概念，用于标识传输层协议（如 TCP 或 UDP）所利用的通信端点。端标语是一个 16 位的数字，范围从 0 到 65535，每个端标语代表一个特定的网络服务或应用程序。以下是关于端口的详细介绍：
端口的根本概念

[*]端标语: 端标语是一个整数，用于标识网络上的特定服务或应用程序。每个网络连接通过 IP 地点和端标语的组合来唯一标识。
[*]传输层协议: 端标语与传输层协议（如 TCP 或 UDP）结合利用，用于区分差别类型的网络通信。
[*]知名端口（Well-Known Ports）: 范围为 0-1023，用于常见的网络服务和协议，例如 HTTP（80 端口）、HTTPS（443 端口）、FTP（21 端口）等。
[*]注册端口（Registered Ports）: 范围为 1024-49151，分配给特定的服务和应用程序。
[*]动态端口（Dynamic/Private Ports）: 范围为 49152-65535，通常用于客户端临时连接。
端口的分类

[*]TCP 端口: 用于基于连接的通信，例如 HTTP、HTTPS、FTP、SMTP 等。
[*]UDP 端口: 用于无连接的通信，例如 DNS、DHCP、SNMP 等。
端口的作用
端口用于在同一台计算机上区分多个网络服务。例如，一台服务器可以同时运行 Web 服务（HTTP，80 端口）和邮件服务（SMTP，25 端口），客户端可以通过差别的端标语连接到相应的服务。
端口的工作原理
当一个程序必要通过网络进行通信时，它会绑定到一个特定的端标语并监听来自其他计算机的连接请求。以下是一个简单的例子：

[*]服务器端: 服务器程序在特定的端口上监听连接请求。例如，Web 服务器通常监听 80 端口上的 HTTP 请求。
[*]客户端: 客户端程序通过指定服务器的 IP 地点和端标语来建立连接。例如，Web 欣赏器通过访问特定的 URL（如 http://example.com）来连接到服务器的 80 端口。
[*]数据传输: 一旦连接建立，数据就可以在客户端和服务器之间传输。服务器通过端标语来辨认并处理差别的请求。
5. 协议

https://img-blog.csdnimg.cn/direct/dfbaa8350699439fa1c018f4f60bf64a.png
5.1 UDP协议

https://img-blog.csdnimg.cn/direct/763275b7768b48a6a093de7f25191e95.png
UDP（用户数据报协议，User Datagram Protocol）是一种面向无连接的传输层协议，属于TCP/IP协议族中的一个重要组成部分。UDP提供了一种简单但不可靠的服务，主要用于对速度和效率要求高，而对数据传输的正确性和可靠性要求相对较低的应用场景。
主要特点

[*] 无连接：
UDP不必要建立连接就可以发送数据报。每个数据报都是独立的，没有任何关系，如许可以减少开销和延迟。
[*] 不可靠传输：
UDP没有提供包管数据包到达的机制，也没有重传机制。数据包可能会丢失、重复或乱序。
[*] 快速：
由于不必要连接建立和维护过程，UDP传输速度较快，适用于及时应用。
[*] 简单的首部：
UDP报文头部很简单，只有8个字节，包括源端口、目的端口、长度和校验和。
[*] 数据报格式：
每个UDP数据报包括一个UDP首部和一个数据部分。
应用场景

[*] 及时应用：
如视频会议、网络电话、在线游戏等，这些应用对时延和速度要求高，对数据可靠性要求相对较低。
[*] 简单请求-响应协议：
如DNS（域名系统）查询，由于查询数据包小且丢失后可以重新发送，因此利用UDP协议效率更高。
[*] 广播和组播：
UDP支持广播和组播，适用于向多个吸收者发送相同数据的场景，如IPTV等。
优缺点
长处：

[*]速度快，开销小，适合对延迟敏感的应用。
[*]实现简单，资源消耗少。
缺点：

[*]不包管数据的可靠传输，可能会丢包、乱序或重复。
[*]没有流量控制和拥塞控制机制。
5.1.1 代码演示

import java.io.IOException;
import java.net.*;

public class SendMessageDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
   //发送数据

   //1.创建DatagramSocket对象(快递公司)
   //细节：
   //绑定端口，以后我们就是通过这个端口往外发送
   //空参：所有可用的端口中随机一个进行使用
   //有参：指定端口号进行绑定
   DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

   //2.打包数据
   String str = "你好威啊！！！";
   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);

   //4.释放资源
   ds.close();
}
}
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class ReceiveMessageDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
   //接收数据

   //1.创建DatagramSocket对象（快递公司）
   //细节：
   //在接收的时候，一定要绑定端口
   //而且绑定的端口一定要跟发送的端口保持一致
   DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);

   //2.接收数据包
   byte[] bytes = new byte;
   DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes,bytes.length);

   //该方法是阻塞的
   //程序执行到这一步的时候，会在这里死等
   //等发送端发送消息
   System.out.println(11111);
   ds.receive(dp);
   System.out.println(2222);

   //3.解析数据包
   byte[] data = dp.getData();
   int len = dp.getLength();
   InetAddress address = dp.getAddress();
   int port = dp.getPort();

   System.out.println("接收到数据" + new String(data,0,len));
   System.out.println("该数据是从" + address + "这台电脑中的" + port + "这个端口发出的");

   //4.释放资源
   ds.close();
}
}
5.2 UDP的三种通信方式

单播、组播、广播
5.2.1 单播

https://img-blog.csdnimg.cn/direct/a07d66fdaaa44625a173c40db5cf9779.png
5.2.2 组播

组播地点：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255
此中 224.0.0.0. ~ 224.0.0.255 为预留的组播地点
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/071d1bb21d56463f83738247c94f6456.png
组播发送端代码

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;

public class SendMessageDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
      /*
         组播发送端代码
   */

   //创建MulticastSocket对象
   MulticastSocket ms = new MulticastSocket() ;

   // 创建DatagramPacket对象
   String s = "你好,你好!" ;
   byte[] bytes = s.getBytes();
   InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.0.1");
   int port = 10000;

   DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, port) ;

   // 调用MulticastSocket发送数据方法发送数据
   ms.send(datagramPacket);

   // 释放资源
   ms.close();
}
}
接收端1

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;

public class ReceiveMessageDemo1 {
public static void main(String[] args) throws IOException {
   /*
         组播接收端代码
   */

   //1. 创建MulticastSocket对象
   MulticastSocket ms = new MulticastSocket(10000);

   //2. 将将当前本机，添加到224.0.0.1的这一组当中
   InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.0.1");
   ms.joinGroup(address);

   //3. 创建DatagramPacket数据包对象
   byte[] bytes = new byte;
   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 len = 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，发送了数据：" + new String(data,0,len));

   //6. 释放资源
   ms.close();
}
}
接收端2

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;

public class ReceiveMessageDemo2 {
public static void main(String[] args) throws IOException {
   /*
         组播接收端代码
   */

   //1. 创建MulticastSocket对象
   MulticastSocket ms = new MulticastSocket(10000);

   //2. 将将当前本机，添加到224.0.0.1的这一组当中
   InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.0.1");
   ms.joinGroup(address);

   //3. 创建DatagramPacket数据包对象
   byte[] bytes = new byte;
   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 len = 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，发送了数据：" + new String(data,0,len));

   //6. 释放资源
   ms.close();
}
}
接收端3

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;

public class ReceiveMessageDemo3 {
public static void main(String[] args) throws IOException {
   /*
         组播接收端代码
   */

   //1. 创建MulticastSocket对象
   MulticastSocket ms = new MulticastSocket(10000);

   //2. 将将当前本机，添加到224.0.0.1的这一组当中
   InetAddress address = InetAddress.getByName("224.0.0.1");
   ms.joinGroup(address);

   //3. 创建DatagramPacket数据包对象
   byte[] bytes = new byte;
   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 len = 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，发送了数据：" + new String(data,0,len));

   //6. 释放资源
   ms.close();
}
}
5.2.3 广播

广播地点255.255.255.255
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/0c8e021f13364ebd915e3c20e74487b4.png
只必要修改为255.255.255.255
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/6fcc899e6d6248e4bad73227771fe311.png
5.3 TCP通信

https://img-blog.csdnimg.cn/direct/fd6dacae546a4595ade11c3196d9511d.png
TCP（传输控制协议，Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议，它是Internet协议栈中的核心协议之一。TCP提供了可靠的数据传输、流量控制和拥塞控制等功能，广泛用于网络应用，如HTTP、FTP、SMTP等。
5.3.1 TCP的根本特性

[*]面向连接：在数据传输开始之前，通信双方必须建立一个连接（通过三次握手）。
[*]可靠传输：通过序列号、确认机制、重传机制等包管数据的完备性和正确性。
[*]流量控制：防止发送方发送数据过快，导致吸收方来不及处理。
[*]拥塞控制：防止网络拥塞，包管网络资源的有用利用。TCP采取多种算法来进行拥塞控制，如慢启动（Slow Start）、拥塞避免（Congestion Avoidance）、快重传（Fast Retransmit）和快恢复（Fast Recovery）。
5.3.2 TCP的工作原理

5.3.2.1 三次握手（建立连接）

TCP连接的建立必要三次握手过程：

[*]第一次握手：客户端向服务器发送一个SYN（synchronize）包，请求建立连接。
[*]第二次握手：服务器收到SYN包后，向客户端发送一个SYN-ACK包，表示同意连接。
[*]第三次握手：客户端收到SYN-ACK包后，向服务器发送一个ACK（acknowledge）包，连接建立完成。
5.3.2.2 数据传输

[*]数据分片：数据被分割成若干个TCP报文段，每个报文段都有一个序列号。
[*]序列号和确认号：吸收方会返回确认号（ACK）来确认收到的数据。发送方如果在肯定时间内没有收到ACK，会重传该报文段。
[*]窗口机制：TCP利用滑动窗口机制来进行流量控制。发送窗口大小由吸收方的吸收窗口和网络状况决定。
[*]超时重传：如果发送方在超时时间内未收到ACK，将重新发送该报文段。
5.3.2.3 四次挥手（断开连接）

TCP连接的断开必要四次挥手过程：

[*]第一次挥手：自动关闭方发送一个FIN（finish）包，表示没有数据要发送了。
[*]第二次挥手：被动关闭方收到FIN包后，发送一个ACK包，确认关闭请求。
[*]第三次挥手：被动关闭方发送一个FIN包，表示同意关闭连接。
[*]第四次挥手：自动关闭方收到FIN包后，发送一个ACK包，连接关闭完成。
5.3.2 TCP报文布局

TCP报文段的布局主要包括以下字段：

[*]源端口和目的端口：标识发送方和吸收方的应用程序端口。
[*]序列号：标识报文段在整个字节流中的位置。
[*]确认号：表示吸收到的数据的下一个字节序号。
[*]头部长度：TCP头部的长度。
[*]控制标志：包括SYN、ACK、FIN、RST等。
[*]窗口大小：吸收方当前的吸收窗口大小。
[*]校验和：用于检验报文段的完备性。
[*]告急指针：指示告急数据的位置（如果有）。
[*]选项：可选字段，如最大报文段长度（MSS）等。
5.3.3 TCP应用场景

TCP广泛用于必要可靠传输的网络应用，如：

[*]网页欣赏：HTTP/HTTPS协议基于TCP。
[*]文件传输：FTP协议基于TCP。
[*]电子邮件：SMTP、IMAP、POP3协议基于TCP。
5.3.4 代码演示

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class Client {
public static void main(String[] args) throws IOException {
   //TCP协议，发送数据

   //1.创建Socket对象
   //细节：在创建对象的同时会连接服务端
   //    如果连接不上，代码会报错
   Socket socket = new Socket("127.0.0.1",10000);

   //2.可以从连接通道中获取输出流
   OutputStream os = socket.getOutputStream();
   //写出数据
   os.write("aaa".getBytes());

   //3.释放资源
   os.close();
   socket.close();
}
}
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Server {
public static void main(String[] args) throws IOException {
   //TCP协议，接收数据

   //1.创建对象ServerSocker
   ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);

   //2.监听客户端的链接
   Socket socket = ss.accept();

   //3.从连接通道中获取输入流读取数据
   InputStream is = socket.getInputStream();
   int b;
   while ((b = is.read()) != -1){
         System.out.print((char) b);
   }

   //4.释放资源
   socket.close();
   ss.close();
}
}

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