网络编程基础及代码实现
一、网络编程概述
1.计算机网络的相关概念
什么是计算机网络？
指分布在不同地域的计算机，通过外部设备连接起来，实现了资源共享（数据和设备的共享），实现数据传输的计算机系统。外部设备有：计算机、路由器、交换机等等。
什么是网络编程？
网络编程关注的是数据的传输，在Java中又称为Socket编程。主要处理计算机与计算机之间的数据通信问题。
计算机网络的三要素：
IP地址：（家庭住址）是指互联网协议地址（Internet Protocol Address），是IP Address的缩写。IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址。
端口号：（门牌号）计算机中有很多软件与外界网络进行通信，每个通信的软件都会分配一个操作的端口号，用来区分不同的软件。
协议：（快递的方式和格式）是网络上所有设备（网络服务器、计算机、交换机、路由器、防火墙等）之间通信规则的集合，它规定了通信时信息必须采用的格式和这些格式的意义，以及数据的传输方式等规定。
资源的查找方式：
通过IP地址找计算机，通过端口号找软件，通过协议来约定数据传输的格式
2.IP地址
查看IP地址的DOS命令：ipconfig
检测网路是否连通的DOS命令：ping 对方的IP地址
ping不通的结果：
ping通的结果：
IPV4的格式：
Internet上的每台主机(Host)都有一个唯一的IP地址。IP地址的长度为32位二进制，分为4段，每段8位。使用十进制数字表示，则每段数字范围为0～255，段与段之间用句点隔开。例如159.226.1.1。（四个字节）
1) 格式：网络号+主机号
2) 分类：
A类：网络号.主机号.主机号.主机号
网络号占1个字节（0-127），主机号占3个字节。2^24 = 1677万
B类： 网络号.网络号.主机号.主机号
网络号占2个字节，主机号占2个字节。 16000多个网络，每个网络中的主机数是：65534
C类：网络号.网络号.网络号.主机号
网络号占3个字节，主机号占1个字节。200多万的网络，每个网络的主机数是254
IPV6的介绍：
IPv4从理论上讲，编址1600万个网络、40亿台主机。但采用A、B、C三类编址方式后，可用的网络地址和主机地址的数目大打折扣，以至IP地址已于2011年2月3日分配完毕。其中北美占有3/4，约30亿个，而人口最多的亚洲只有不到4亿个，中国截止2010年6月IPv4地址数量达到2.5亿，落后于4.2亿网民的需求。地址不足，严重地制约了中国及其他国家互联网的应用和发展。
IPv6具有更大的地址空间,IPv6中IP地址的长度为128位，即最大地址个数为2^128。分为8个16位的块。每个块，然后转换成由冒号分隔的4位十六进制数。如：2001:0000:3238:DFE1:0063:0000:0000:FEFB
本机的IP地址：
IPV4： 127.0.0.1 （点号分隔）
IPV6： 0:0:0:0:0:0:0:1 （冒号分隔）
3.端口号
如果把IP地址比作一间房子 ，端口就是出入这间房子的门。真正的房子只有几个门，但是一个IP地址的端口 可以有65536（即：2^16）个之多！端口是通过端口号来标记的，端口号只有整数，范围是从0 到65535（2^16-1）。
不同的软件通信，端口号不能相同，不能有冲突。
4.协议
计算机之间又是如何交换信息的呢？就像我们说话用某种语言一样，在网络上的各台计算机之间也有语言，这就是网络协议，不同的计算机之间必须使用相同的网络协议才能进行通信。
网络协议是网络上所有设备（网络服务器、计算机及交换机、路由器、防火墙等）之间通信规则的集合，它规定了通信时信息必须采用的格式和这些格式的意义。
常用协议和端口号：
5.网络模型
网络模型：是计算机网络通讯规范
OSI（Open System Interconnection开放系统互连）模型：
从上到下分七层：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层
1) 应用层：老板
2) 表示层：相当于公司中演示文稿、替老板写信的助理
3) 会话层：相当于公司中收寄信、写信封与拆信封的秘书
4) 传输层：相当于公司中跑邮局的送信职员
5) 网络层：相当于邮局中的对邮件分类的工人
6) 数据链路层：相当于邮局中的装拆箱工人
7) 物理层：相当于邮局中的搬运工人
TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol 传输控制协议/互联网协议) 模型：
分四层：应用层、传输层、网络层、网络接口层
1) 应用层：应用层是应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等
2) 传输层：使源端和目的端机器上可以进行会话。在这一层定义了两个端到端的协议：传输控制协议(TCP，Transmission Control Protocol)和用户数据报协议(UDP，User Datagram Protocol)。
3) 网络层：主要解决主机到主机的通信问题。它所包含的协议设计数据包在整个网络上的逻辑传输。
4) 网络接口层：它负责监视数据在主机和网络之间的交换。
6.InetAddress类：
java.net.InetAddress：
此类表示互联网协议 (IP) 地址。IP 地址是 IP 使用的 32 位或 128 位无符号数字，它是一种低级协议，UDP 和 TCP 协议都是在它的基础上构建的。
InetAddress类的方法：
得到本机IP对象：
//静态方法，会抛出UnknownHostException（不知道的主机异常）
InetAddress address = InetAddress.getLocalHost();得到其它机器的IP对象：
//通过IP地址的字符串
//通过对方的主机名
//通过域名
InetAddress.getByName(String ip)得到IP地址的信息：
//返回 IP 地址字符串(以文本表现形式)
String getHostAddress()
//获取此 IP 地址的主机名
String getHostName()
//返回此 InetAddress对象的原始 IP 地址，返回一个字节数组
byte[] getAddress() Demo示例：
public class Demo1 {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//得到主机：
//得到自己的机器
//InetAddress address = InetAddress.getLocalHost();
//通过IP地址的字符串
//InetAddress address = InetAddress.getByName("192.168.151.6");
//通过主机名
//InetAddress address = InetAddress.getByName("NEWBOY-PC");
//通过域名
InetAddress address = InetAddress.getByName("www.163.com");
//输出IP地址
System.out.println("IP地址是：" + address.getHostAddress());
System.out.println("主机名是：" + address.getHostName());
System.out.println("IP地址的字节表示：" + Arrays.toString(address.getAddress()));
}
}二、UDP协议
1.UDP协议的特点：
概念：User Datagram Protocol 用户数据报协议，以包的方式在网上传送数据，每个包都有传送和接受地址的讯息。
1) 连接：发送数据不需创建连接，分为发送端和接收端。
2) 大小：发送数据是以包为单位进行发送的，每个包的大小限制在64K
3) 丢失：传输速度快，可能会造成数据丢失。
4) 速度：相比TCP协议来说传输速度更快
应用：视频通话， CS
2.UDP类的API：
使用到的类：
java.net.DatagramSocket //发送端或接收端
java.net.DatagramPacket //封装数据的包
发送端：
1) 创建发送端DatagramSocket
DatagramSocket() //将其绑定到本地主机上任何可用的端口。会抛出SocketException异常2) 创建数据包对象DatagramPacket
//buf 字节数组：用来封装任意的二进制数据
//length：数据的长度，length 参数必须小于等于 buf.length，一般与数组的长度相同
//address：接收方的IP地址
//port: 接收方的端口号
DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port) 3) 发送方法
void send(DatagramPacket p) //从此套接字发送数据报包 4) 关闭DatagramSocket
void close() //关闭此数据报套接字接收端：
1) 创建接收端DatagramSocket
//创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。端口号与发送端数据包中的端口号相同
DatagramSocket(int port)
2) 创建数据包对象DatagramPacket
//构造 DatagramPacket，用来接收长度为 length 的数据包
DatagramPacket(byte[] buf, int length) 3) 接收方法：
//从此套接字接收数据报包，这是一个阻塞型的方法，如果数据没有来，则一定等待
void receive(DatagramPacket p) 4) 关闭DatagramSocket
//关闭此数据报套接字
void close()3.实现UDP的发送端和接收端
#发送端
public class UdpSender {
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println("发送端发出数据");
//1) 创建发送端DatagramSocket,将其绑定到本地主机上任何可用的端口
DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
//2) 创建数据包对象DatagramPacket
byte[] buf = "你好，NewBoy!".getBytes();
//创建接收方的IP地址对象和端口号
InetAddress address = InetAddress.getByName("192.168.151.88");
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, address, 9999);
//3) 发送 socket.send(packet)
socket.send(packet);
//4) 关闭DatagramSocket
socket.close();
}
}
#接收端
public class UdpReceiver {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("接收端启动。。。");
//1) 创建接收端DatagramSocket，本方的端口号
try(DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9999);) {
//创建字节数组
byte[] buf = new byte[1024];
//2) 创建数据包对象DatagramPacket
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
//3) 接收,阻塞型的方法
socket.receive(packet);
//把数据输出
byte[] data = packet.getData(); //从包中取出数据
int len = packet.getLength(); //取出了长度
//要求获取到发送者的IP地址和端口号
InetAddress address = packet.getAddress();
int port = packet.getPort();
System.out.println("发送方的IP是：" + address + ",端口号：" + port);
System.out.println("收到数据：" + new String(data,0,len));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}4.UDP聊天大厅代码实现
需求：使用UDP协议实现群聊的功能，发送信息和接收信息同时进行，输入端输入exit，则结束程序的运行。
1) 采用多线程的技术
2) 创建一个线程发送方，在键盘输入信息。输入exit退出聊天室。
3) 创建一个线程接收方，在控制台输出接收到的信息。
4) 注：给一个网段中所有的用户发送信息使用IP广播地址：192.168.x.255
#1.开启聊天功能
public class ChatRoom {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("聊天室开启");
//开启发送端信息
new ChatReceiver().start();
//开启接收端信息
new ChatSender().start();
}
}
#2.发送端线程
class ChatSender extends Thread {
@Override
public void run() {
// 从键输入聊天的信息
Scanner sc = new Scanner(System.in);
// 创建发送端
try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket();) {
// 声明包的对象
DatagramPacket packet = null;
while (true) {
String words = sc.nextLine();
if ("exit".equalsIgnoreCase(words)) {
break;
}
else {
// 创建包对象
packet = new DatagramPacket(words.getBytes(), words.getBytes().length,InetAddress.getByName("192.168.59.255"), 8888);
socket.send(packet);
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
// 退出
System.out.println("退出聊天室");
System.exit(0);
}
}
#3.接收端线程
class ChatReceiver extends Thread {
@Override
public void run() {
try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);) {
// 创建一个数组容器，存放数据
byte[] buf = new byte[1024 * 2];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
while (true) {
// 开始接收
socket.receive(packet);
// 输出信息
System.out.println(new Time(System.currentTimeMillis()) + " " + packet.getAddress().getHostAddress() + "说：" + new String(packet.getData(), 0, packet.getLength()));
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}三、TCP协议
1.TCP协议的特点：
1) 连接：数据传输可靠，传输之前需要创建连接。
2) 大小：因为有连接，一旦连接成功，数据通过IO流的方式进行传输，可以传输无限大小的数据。
3) C/S：有服务端和客户端之分，也就是平时所说的C/S(Client / Server)结构。
4) 速度：相比UDP协议，传输速度更慢。
2.TCP的API：
客户端： Socket类（套接字）
1) 构造方法：
Socket(String host, int port)
Socket(InetAddress address, int port) //指定服务端的主机名(或IP地址)和端口号2) 方法：
void close() //关闭此套接字。
InputStream getInputStream() //返回此套接字的输入流。 如果从输入流中读取数据，就相当于接收信息。
OutputStream getOutputStream() //返回此套接字的输出流。 如果向输出流中写入数据，就相当于发送信息。服务端： ServerSocket类
1) 构造方法：
ServerSocket(int port) //创建绑定到特定端口的服务器套接字，这个端口号是本机的端口号，不能有冲突。2) 关闭此套接字
void close()3.为什么ServerSocket服务端类没有得到输入输出流的方法？
Socket accept() //是一个阻塞型的方法，每来一个客户端，就创建一个Socket对象与其对应，进行数据的通信3.实现客户端与服务端之间的通信
#1.客户端向服务器端发送一条数据
public class TcpClient {
public static void main(String[] args) {
// 1.创建Socket
try (Socket socket = new Socket("192.168.151.88", 9898);
// 2. 发送数据，得到输出流
OutputStream os = socket.getOutputStream();
InputStream is = socket.getInputStream();) {
// 3.写数据
os.write("你好，我是客户端！".getBytes());
// 创建字节数组
byte[] buf = new byte[1024];
// 接收服务端发回的数据
int len = is.read(buf);
System.out.println(new String(buf, 0, len));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
#2.服务端也向客户端发送一条数据回应
public class TcpServer {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("服务器启动。。。");
//创建ServerSocket对象
try(ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9898);) {
//等待客户端的连接
Socket socket = serverSocket.accept();
//创建输入流，读取
InputStream is = socket.getInputStream();
OutputStream os = socket.getOutputStream(); //发送
byte[] buf = new byte[1024];
int len = is.read(buf); //读取客户端发送过来的数据
System.out.println("服务器收到客户端的信息：" + new String(buf,0,len));
//发送信息回客户端
os.write("你好，我是服务端，收到你的消息!".getBytes());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}4.实现服务端循环读取客户端发送的数据
需求：
1) 客户端和服务端都使用键盘输入的方式，把信息发送给对方。
2) 使用字符流的方式，处理字符数据更加方便。
3) BufferedReader中readLine();读取一行数据，使用BufferedWriter write(“字符串的数据”) 写数据
2.技术要点：
1) 因为字符流有缓存，所以如果要发送数据到对方的话，需要flush()，如果没有调用flush()会导致数据发送失败，对方无法收到数据。
2) 写入数据给对方，一定要换行，调用newLine()，否则对方无法使用readLine()读取到数据。
#1.客户端代码
public class ChatClient {
public static void main(String[] args) {
// 创建Socket对象
try (Scanner sc = new Scanner(System.in);
Socket socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 8888);
// 字符输入流
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
// 字符输出流
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));) {
while (true) {
System.out.println("我说：");
// 接收键盘的输入字符串
String words = sc.nextLine();
if ("exit".equals(words)) {
break;
}
// 发送数据
bw.write(words);
// 换行
bw.newLine();
// 一定要flush()
bw.flush();
// 收取对方的数据
System.out.println("对方说：" + br.readLine());
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
#2.服务端代码
public class ChatServer {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("服务端启动。。。");
//创建服务端
try(
Scanner sc = new Scanner(System.in);
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
//得到客户端对应的对象
Socket socket = serverSocket.accept();
// 字符输入流
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
// 字符输出流
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));
) {
while(true) {
//接收对方的数据
System.out.println("客户端说：" + br.readLine());
System.out.println("我说：");
String words = sc.nextLine();
if ("exit".equals(words)) { //只要说了exit，结束循环
break;
}
//发送给对方
bw.write(words);
bw.newLine();
bw.flush();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
} 5.实现从服务器端下载一张图片文件
需求：编写一个TCP的服务端，可以接受多个客户端的连接，当接收到用户的连接请求以后，就要把一张图片传回给客户端。
分析：如果有一个用户连接上了，还在传输文件的过程中，又有新的用户连接，则会受到影响，所以要用到多线程的知识。每个用户使用一个专门的线程来服务，1对多的关系。
要点：
1) 只需创建一个ServerSocket对象
2) 每次accpet()得到一个Socket对象以后，通过构造方法传入到多线程类中，创建一个新的线程。
3) 多线程类的run方法读取本地服务器端的文件，通过字节流的方式写入到客户端中。
4) 注意：文件发送完成以后，是不会发送-1过去的，所以对方无法结束。需要调用方法：socket.shutdownOutput()
#1.服务器端代码
public class ImageServer extends Thread {
private Socket socket;
//创建一个带参数的构造方法
public ImageServer(Socket socket) {
this.socket = socket;
}
@Override
public void run() {
//读取图片文件
try(FileInputStream fis = new FileInputStream("d:/girl.jpg"); //文件的输入流
OutputStream os = socket.getOutputStream(); //网络输出流
) {
//创建字节数组
byte[] buf = new byte[1024 * 4];
int len = 0;
while((len = fis.read(buf))!=-1) {
os.write(buf, 0, len);
}
//关闭输出流
socket.shutdownOutput();
System.out.println(now() + "\t" + socket.getInetAddress().getHostAddress() + " 下载完成");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 得到当前的时间
*/
public static String now() {
return new Timestamp(System.currentTimeMillis()).toString();
}
//启动程序
public static void main(String[] args) {
System.out.println(now() + " 启动图片服务器");
//创建一个ServerSocket对象
try(ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9876);) {
while (true) {
//每次accpet()得到一个Socket对象以后，通过构造方法传入到多线程类中。
Socket socket = serverSocket.accept();
//得到IP地址
InetAddress address = socket.getInetAddress();
//输出连接的信息
System.out.println(now() + "\t" + address.getHostAddress() + " 开始下载图片");
//开启一个线程
new ImageServer(socket).start();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
#2.客户端
public class ImageClient {
public static void main(String[] args) {
//创建客户端
try(Socket socket = new Socket("192.168.151.88", 9876);
//网络的输入流
InputStream is = socket.getInputStream();
//文件的输出流
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("e:/a.jpg");
) {
byte[] buf = new byte[1024];
int len = 0;
//服务器端必须要shutdownOutput这里才能读取到-1
while((len = is.read(buf))!=-1) {
fos.write(buf,0,len);
}
System.out.println("图片下载成功");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
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