Java 网络编程（一） --- 概念，客户端和服务器通信代码实现
文章目录
- 网络
- IP地址
- 端口号
- 协议
- 五元组
- 协议分层
- 封装和分用
- 发送方
- 接收方
- 网络编程
- TCP和UDP的区别（网络原理的重点）
- UDP的socket api的使用
- 服务器端
- 客户端
- 理解客户端和服务器的交互过程
网络
- 网络：网络原理和网络编程
IP地址
-
ip地址：描述一个设备在网络上的地址
-
ipconfig：查看电脑上的ip地址
端口号
- 1 - 1023 这些是知名的端口号
22 -> ssh
80 -> http
443 -> https
23 -> telnet - 一个程序可以对应多个端口号，但是一个端口号只能对应一个程序
- 实际的通信过程中ip和端口往往是一对
协议
- 协议：是一种约定，约定了通信双方以何种方式传输数据
协议：双方都能够认同的一种约定
五元组
- 源IP，源端口，目标IP，目标端口，协议类型
- 协议类型：达到目标约定的类型
比如：送快递，要有收件人地址，收件人电话，发件人地址，发件人电话，送快递的类型，顺风，邮政…
协议分层
为什么要分层？
- 我们通常把一个大的协议拆分成多个小的协议，每个小的协议只专注做一小部分事情，使每个小的协议都不会太复杂（化繁为简）
比如就像写代码一样，我们的代码写的越多，就越复杂，我们往往把代码拆成多个部分
- 由于网络通信实在是太复杂了，拆成的小的协议就会越来越多，这么多小的协议不太好管理，就需要我们对协议进行分层了
分层：按照协议的定位/作用进行分类
3. 协议分层的好处：
1.协议分层之后，上层和下层之间就进行了封装
使用上层协议，不必过多关注下层
使用下层协议，也不必过多关注上层
比如：只要会说话就能够打电话
2.每一层协议都可以根据需要进行灵活替换
OSI七层网络模型 — 只存在于教课书中
TCP/IP五层网络模型 — 是OSI七层网络模型的简化版本
3. TCP/IP五层模型的具体内容：
每一层的作用需要重点理解
5）应用程序：如何使用这个数据
（程序员最关心的一点）
比如买的衣架，可以用来晒衣服，还可以用来打人
4 -> 3 -> 2 关注的细节越来越多
例子：传输层
网络层：
数据链路层：
网络上一些说成是四层TCP/IP，因为他们没有把物理层算上
驱动程序 + 硬件的例子：
经典的笔试题：
真实的路由器和交换机的情况分析：
封装和分用
- 描述了网络通信过程中，基本的数据传输流程
下面是网络传输的基本流程：
发送方
举个例子：
A通过qq把一个 hello 发送给B
应用层：
传输层：
网络层：
数据链路层：
主要是关注两个相邻节点之间的数据传输
把数据交给物理层
物理层：
封装：从上层协议到下层协议，层层给数据报添加报头
这里的封装不是面向对象的封装了，只是作用有点像
接收方
过程：
还有一些其他的情况：
网络编程
- 概念：通过网络，让两个主机之间能够通信，基于这样的通信来完成一定的功能
- 进行网络通信的时候，需要操作系统给我们提供一组API，通过这些API才能完成编程
- API可以认为是应用层和传输层之间的交互的路径
- API 是Socket（插座） API，通过这一套Socket API可以完成不同主机之间，不同系统之间的网络通信
- 传输层存在两套不同的网络协议：TCP和UDP
TCP和UDP的区别（网络原理的重点）
1. TCP 是有连接的，UDP是无连接的
（连接是抽象的概念）
计算机中，这种抽象的连接是很常见的。此处的连接本质上就是建立连接的双方，各自保存对方的信息
连接：
两台计算机建立连接，就是彼此保存了对方的信息
例子：
2. TCP是可靠传输，UDP是不可靠传输
传输是尽力而为的，不一定是百分百送达的，如果传输失败，我这边是可以感知到的，也可以进行下次的传输
TCP内置了可靠传输机制（知道有没有传输成功）
UDP没有内置可靠传输机制（传了就不管了）
可靠传输的代价：
3. TCP 是面向字节流的，UDP是面向数据报的
字节流：可以一次传一个，分多次传，也可以一次传10个，分多次传，也可以一次传输完
4. TCP和UDP都是全双工的
UDP的socket api的使用
服务器端
- 写一个简单的 UDP 客户端/服务器通信的程序
只是使用api进行网络通信的过程
请求发了什么，响应就发了什么
以下三个步骤，就是开发服务器程序的基本步骤：
package network;
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
public class UdpEchoServer {
// 创建一个DatagramSocket 对象,后续操作网卡的基础
private DatagramSocket socket = null;
public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
// 手动指定端口号
socket = new DatagramSocket(port);
// 系统自动分配端口号
// socket = new DatagramSocket();
}
public void start() throws IOException {
// 通过这个方法启动服务器
System.out.println("服务器启动!");
// 一个服务器是长时间运行的(7*24)
// 不知道客户端什么时候来,随时来都有可能
// 所以一个服务器中经常能看到 while true 这样的代码
while(true){
// 1. 读取请求并解析
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
socket.receive(requestPacket);
// 完成receive之后,数据是以二进制的形式保存到DatagramPacket中了
// 想要把这里的数据给显示出来还要将二进制数转为字符串
String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());
// 2. 根据请求计算响应(一般服务器都需要经历的过程)
// 这是回显服务器的特点,请求是什么样,响应就是什么样
String response = process(request);
// 3. 把响应写回客户端,
// 搞一个响应对象 DatagramPacket
// 往 DatagramPacket 里构造刚才的数据,再通过send返回
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,
requestPacket.getSocketAddress());
socket.send(responsePacket);
// 4. 打印一个日志,把这次数据交互的详情打印出来
System.out.printf("[%s:%d] req=%s, resp=%s
",requestPacket.getAddress().toString(),
responsePacket.getPort(),request,response);
}
}
public String process(String request){
return request;
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(9090);
server.start();
}
}
服务器的 socket 需要指定一个端口号的原因和客户端的 socket 不需要指定一个端口号的原因：
服务器这边手动指定端口号，就不会出现冲突了吗？为什么客户端在意这个冲突，服务器不在意这个冲突呢？
2. receive，从网卡中读数据
receive，start一启动，数据还没有来，就执行receive，会阻塞
将二进制数据转为字符串数据
3. 根据请求计算响应（一般服务器都需要有这个步骤）（最核心的步骤）
4. 把响应写回客户端，搞一个响应对象 DatagramPacket，往 DatagramPacket 里构造刚才的数据,再通过send返回
5. 使用response.getBytes.length和response.length()的区别？
6. 这里为什么不用close关闭socket?
因为socket不需要使用的时候就关闭了，程序就结束了，进程也就结束了，随之文件描述符表就销毁了（PCB都销毁了），就不会泄露了，随着销毁的过程，这些文件描述符表会被系统回收
客户端
- 3个DatagramPacket的构造方法：
package network;
import sun.dc.pr.PRError;
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
public class UdpEchoClient {
private DatagramSocket socket = null;
private String serverIp = "";// ip地址
private int serverPort = 0;// 端口号
public UdpEchoClient(String ip, int port) throws SocketException {
// 创建这个对象,不能手动指定端口
socket = new DatagramSocket();
// 由于UDP自身不会持有对端的信息,就需要再应用程序中把对端的信息给记录下来
// 这里记录的是对端的ip和端口号
serverIp = ip;
serverPort = port;
}
public void start() throws IOException {
System.out.println("客户端启动!");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while(true){
// 1. 从控制台读取数据,作为请求
System.out.print("->");
String request = scanner.next();
// 2. 把请求内容构造成 DatagramPacket 对象,发给服务器
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,
InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);
socket.send(requestPacket);
// 3. 尝试读取服务器中返回的响应了
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
socket.receive(responsePacket);
// 4. 把响应转化为字符串,然后显示出来
String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
System.out.println(response);
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1",9090);
client.start();
}
}
理解客户端和服务器的交互过程
-
理解这里的交互逻辑
-
问题：
-
云服务器的概念：
-
把我们写的 UDP 服务器部署到云服务器上，进一步就可以让大家来访问了
（部署的操作后续会介绍）
这样就可以实现跨主机通信（聊天）了
