网络通信协议

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一定的规则，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、传输步骤等做了统一规定，通信双方必须同时遵守才能完成数据交换。

网络通信协议有很多种，目前应用最广泛的是TCP/IP协议(Transmission Control Protocal/Internet Protoal传输控制协议/英特网互联协议)，它是一个包括TCP协议和IP协议，UDP（User Datagram Protocol）协议和其它一些协议的协议组，在学习具体协议之前首先了解一下TCP/IP协议组的层次结构。

在进行数据传输时，要求发送的数据与收到的数据完全一样，这时，就需要在原有的数据上添加很多信息，以保证数据在传输过程中数据格式完全一致。TCP/IP协议的层次结构比较简单，共分为四层，如图所示。

 

图1-1 TCP/IP网络模型

上图中，TCP/IP协议中的四层分别是应用层、传输层、网络层和链路层，每层分别负责不同的通信功能，接下来针对这四层进行详细地讲解。

链路层：链路层是用于定义物理传输通道，通常是对某些网络连接设备的驱动协议，例如针对光纤、网线提供的驱动。

网络层：网络层是整个TCP/IP协议的核心，它主要用于将传输的数据进行分组，将分组数据发送到目标计算机或者网络。

传输层：主要使网络程序进行通信，在进行网络通信时，可以采用TCP协议，也可以采用UDP协议。

应用层：主要负责应用程序的协议，例如HTTP协议、FTP协议等。

1.1 IP地址和端口号

要想使网络中的计算机能够进行通信，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接受数据的计算机或者发送数据的计算机。

在TCP/IP协议中，这个标识号就是IP地址，它可以唯一标识一台计算机，目前，IP地址广泛使用的版本是IPv4，它是由4个字节大小的二进制数来表示，如：00001010000000000000000000000001。由于二进制形式表示的IP地址非常不便记忆和处理，因此通常会将IP地址写成十进制的形式，每个字节用一个十进制数字(0-255)表示，数字间用符号“.”分开，如 “192.168.1.100”。

随着计算机网络规模的不断扩大，对IP地址的需求也越来越多，IPV4这种用4个字节表示的IP地址面临枯竭，因此IPv6便应运而生了，IPv6使用16个字节表示IP地址，它所拥有的地址容量约是IPv4的8×10²⁸倍，达到2¹²⁸个（算上全零的），这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。

通过IP地址可以连接到指定计算机，但如果想访问目标计算机中的某个应用程序，还需要指定端口号。在计算机中，不同的应用程序是通过端口号区分的。端口号是用两个字节（16位的二进制数）表示的，它的取值范围是0~65535，其中，0~1023之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用，用户的普通应用程序需要使用1024以上的端口号，从而避免端口号被另外一个应用或服务所占用。

接下来通过一个图例来描述IP地址和端口号的作用，如下图所示。gfu

 

从上图中可以清楚地看到，位于网络中一台计算机可以通过IP地址去访问另一台计算机，并通过端口号访问目标计算机中的某个应用程序。

1.2 InetAddress

了解了IP地址的作用，我们看学习下JDK中提供了一个InetAdderss类，该类用于封装一个IP地址，并提供了一系列与IP地址相关的方法，下表中列出了InetAddress类的一些常用方法。

 

上图中，列举了InetAddress的四个常用方法。其中，前两个方法用于获得该类的实例对象，第一个方法用于获得表示指定主机的InetAddress对象，第二个方法用于获得表示本地的InetAddress对象。通过InetAddress对象便可获取指定主机名，IP地址等，接下来通过一个案例来演示InetAddress的常用方法，如下所示。

public class Example01 {

public static void main(String[] args) throws Exception {

InetAddress local = InetAddress.getLocalHost();

InetAddress remote = InetAddress.getByName("www.itcast.cn");

System.out.println("本机的IP地址：" + local.getHostAddress());

System.out.println("itcast的IP地址：" + remote.getHostAddress());

System.out.println("itcast的主机名为：" + remote.getHostName());

}

}

在介绍TCP/IP结构时，提到传输层的两个重要的高级协议，分别是UDP和TCP，其中UDP是User Datagram Protocol的简称，称为用户数据报协议，TCP是Transmission Control Protocol的简称，称为传输控制协议。

 知识点总结

 IP地址：用来唯一表示我们自己的电脑的，是一个网络标示

 端口号： 用来区别当前电脑中的应用程序的

 UDP: 传送速度快，但是容易丢数据，如视频聊天，语音聊天

 TCP: 传送稳定，不会丢失数据，如文件的上传、下载

 UDP程序交互的流程：

 * 发送端

    1,创建DatagramSocket对象

    2，创建DatagramPacket对象，并封装数据

    3，发送数据

    4，释放流资源

 * 接收端

    1,创建DatagramSocket对象

    2,创建DatagramPacket对象

    3,接收数据存储到DatagramPacket对象中

    4,获取DatagramPacket对象的内容

    5,释放流资源

 TCP程序交互的流程

 客户端

    1,创建客户端的Socket对象

    2,获取Socket的输出流对象

    3,写数据给服务器

    4,获取Socket的输入流对象

    5，使用输入流，读反馈信息

    6,关闭流资源

 服务器端

    1，创建服务器端ServerSocket对象，指定服务器端端口号

    2，开启服务器，等待着客户端Socket对象的连接，如有客户端连接，返回客户端的Socket对象

    3,通过客户端的Socket对象，获取客户端的输入流，为了实现获取客户端发来的数据

    4,通过客户端的输入流，获取流中的数据

    5,通过客户端的Socket对象，获取客户端的输出流，为了实现给客户端反馈信息

    6,通过客户端的输出流，写数据到流中

    7,关闭流资源