Java网络编程基础部分_"datagramsocket socket = null; inetaddress address

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网络通信协议

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。关于计算机书中讲的五层协议模型的物理层是不属于TCP/IP协议簇的。

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。

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。

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。

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。

1 public class Example01 {
2     public static void main(String[] args) throws Exception {
3         InetAddress local = InetAddress.getLocalHost();
4         InetAddress remote = InetAddress.getByName("www.itcast.cn");
5         System.out.println("本机的IP地址：" + local.getHostAddress());
6         System.out.println("itcast的IP地址：" + remote.getHostAddress());
7         System.out.println("itcast的主机名为：" + remote.getHostName());
8     }
9 } 

 UDP与TCP协议

　　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。

 UDP协议

　　UDP是无连接通信协议，即在数据传输时，数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说，当一台计算机向另外一台计算机发送数据时，发送端不会确认接收端是否存在，就会发出数据，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协议消耗资源小，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都使用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。UDP的交换过程如下图所示。

 TCP协议

　　TCP协议是面向连接的通信协议，即在传输数据前先在发送端和接收端建立逻辑连接，然后再传输数据，它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。在TCP连接中必须要明确客户端与服务器端，由客户端向服务端发出连接请求，每次连接的创建都需要经过“三次握手”。第一次握手，客户端向服务器端发出连接请求，等待服务器确认，第二次握手，服务器端向客户端回送一个响应，通知客户端收到了连接请求，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。整个交互过程如下图所示。

由于TCP协议的面向连接特性，它可以保证传输数据的安全性，所以是一个被广泛采用的协议，例如在下载文件时，如果数据接收不完整，将会导致文件数据丢失而不能被打开，因此，下载文件时必须采用TCP协议

UDP通信

 　　前面介绍了UDP是一种面向无连接的协议，因此，在通信时发送端和接收端不用建立连接。UDP通信的过程就像是货运公司在两个码头间发送货物一样。在码头发送和接收货物时都需要使用集装箱来装载货物，UDP通信也是一样，发送和接收的数据也需要使用“集装箱”进行打包，为此JDK中提供了一个DatagramPacket类，该类的实例对象就相当于一个集装箱，用于封装UDP通信中发送或者接收的数据。

想要创建一个DatagramPacket对象，首先需要了解一下它的构造方法。在创建发送端和接收端的DatagramPacket对象时，使用的构造方法有所不同，接收端的构造方法只需要接收一个字节数组来存放接收到的数据，而发送端的构造方法不但要接收存放了发送数据的字节数组，还需要指定发送端IP地址和端口号。

接下来根据API文档的内容，对DatagramPacket的构造方法进行逐一详细地讲解。

　　使用该构造方法在创建DatagramPacket对象时，指定了封装数据的字节数组和数据的大小，没有指定IP地址和端口号。很明显，这样的对象只能用于接收端，不能用于发送端。因为发送端一定要明确指出数据的目的地(ip地址和端口号)，而接收端不需要明确知道数据的来源，只需要接收到数据即可。

　　使用该构造方法在创建DatagramPacket对象时，不仅指定了封装数据的字节数组和数据的大小，还指定了数据包的目标IP地址（addr）和端口号（port）。该对象通常用于发送端，因为在发送数据时必须指定接收端的IP地址和端口号，就好像发送货物的集装箱上面必须标明接收人的地址一样。

上面我们讲解了DatagramPacket的构造方法，接下来对DatagramPacket类中的常用方法进行详细地讲解，如下表所示。

DatagramSocket

　　DatagramPacket数据包的作用就如同是“集装箱”，可以将发送端或者接收端的数据封装起来。然而运输货物只有“集装箱”是不够的，还需要有码头。在程序中需要实现通信只有DatagramPacket数据包也同样不行，为此JDK中提供的一个DatagramSocket类。DatagramSocket类的作用就类似于码头，使用这个类的实例对象就可以发送和接收DatagramPacket数据包，发送数据的过程如下图所示。

　　　　在创建发送端和接收端的DatagramSocket对象时，使用的构造方法也有所不同，下面对DatagramSocket类中常用的构造方法进行讲解。

　　　该构造方法用于创建发送端的DatagramSocket对象，在创建DatagramSocket对象时，并没有指定端口号，此时，系统会分配一个没有被其它网络程序所使用的端口号。

　　该构造方法既可用于创建接收端的DatagramSocket对象，又可以创建发送端的DatagramSocket对象，在创建接收端的DatagramSocket对象时，必须要指定一个端口号，这样就可以监听指定的端口。

上面我们讲解了DatagramSocket的构造方法，接下来对DatagramSocket类中的常用方法进行详细地讲解。

 UDP网络程序

　　讲解了DatagramPacket和DatagramSocket的作用 要实现UDP通信需要创建一个发送端程序和一个接收端程序，很明显，在通信时只有接收端程序先运行，才能避免因发送端发送的数据无法接收，而造成数据丢失。因此，首先需要来完成接收端程序的编写。

l UDP完成数据的发送

package com.xujingyang.UDP;
 
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;
 
public class UDPSendDemo {
    public static void main(String[] args) {
        DatagramSocket socket = null;
        try {
            //建立基站
            socket = new DatagramSocket();
            byte[] buf = "hello,UDP".getBytes();
            InetAddress address;
            address = InetAddress.getByName("localhost");
            //建立仓库
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, address,12345);
            //发送数据
            socket.send(packet);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            //关闭基站
            socket.close();
        }
    }
}

l UDP完成数据的接收

package com.xujingyang.UDP;
 
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
 
public class UDPReceiveDemo {
    public static void main(String[] args) {
        DatagramSocket socket = null;
        try {
            socket = new DatagramSocket(12345);//建立基站
            byte[] buf = new byte[1024];
            DatagramPacket packet=new DatagramPacket(buf, buf.length);//建立机房
            socket.receive(packet);//开始接受数据
            
            //获取对方的主机信息
            InetAddress address = packet.getAddress();
            System.out.println(address.getHostAddress());
            //获取数据内容
            byte[] data = packet.getData();
            System.out.println("数据内容:"+new String(data,0,packet.getLength()));
            //获取数据长度
            int length = packet.getLength();
            System.out.println("数据长度:"+length);
            
            //获取接收端口号
            int port = packet.getPort();
            System.out.println("接收端口号是:"+port);
            
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            socket.close();
        }
    }
 
}

TCP通信

TCP通信同UDP通信一样，都能实现两台计算机之间的通信，通信的两端都需要创建socket对象。

区别在于，UDP中只有发送端和接收端，不区分客户端与服务器端，计算机之间可以任意地发送数据。

而TCP通信是严格区分客户端与服务器端的，在通信时，必须先由客户端去连接服务器端才能实现通信，服务器端不可以主动连接客户端，并且服务器端程序需要事先启动，等待客户端的连接。

在JDK中提供了两个类用于实现TCP程序，一个是ServerSocket类，用于表示服务器端，一个是Socket类，用于表示客户端。

通信时，首先创建代表服务器端的ServerSocket对象，该对象相当于开启一个服务，并等待客户端的连接，然后创建代表客户端的Socket对象向服务器端发出连接请求，服务器端响应请求，两者建立连接开始通信。

 ServerSocket

通过前面的学习知道，在开发TCP程序时，首先需要创建服务器端程序。JDK的java.net包中提供了一个ServerSocket类，该类的实例对象可以实现一个服务器段的程序。通过查阅API文档可知，ServerSocket类提供了多种构造方法，接下来就对ServerSocket的构造方法进行逐一地讲解。

使用该构造方法在创建ServerSocket对象时，就可以将其绑定到一个指定的端口号上（参数port就是端口号）。

接下来学习一下ServerSocket的常用方法，如表所示。

ServerSocket对象负责监听某台计算机的某个端口号，在创建ServerSocket对象后，需要继续调用该对象的accept()方法，接收来自客户端的请求。当执行了accept()方法之后，服务器端程序会发生阻塞，直到客户端发出连接请求，accept()方法才会返回一个Scoket对象用于和客户端实现通信，程序才能继续向下执行。

Socket

　　讲解了ServerSocket对象可以实现服务端程序，但只实现服务器端程序还不能完成通信，此时还需要一个客户端程序与之交互，为此JDK提供了一个Socket类，用于实现TCP客户端程序。

通过查阅API文档可知Socket类同样提供了多种构造方法，接下来就对Socket的常用构造方法进行详细讲解。

使用该构造方法在创建Socket对象时，会根据参数去连接在指定地址和端口上运行的服务器程序，其中参数host接收的是一个字符串类型的IP地址。

该方法在使用上与第二个构造方法类似，参数address用于接收一个InetAddress类型的对象，该对象用于封装一个IP地址。

在以上Socket的构造方法中，最常用的是第一个构造方法。

接下来学习一下Socket的常用方法，如表所示。

在Socket类的常用方法中，getInputStream()和getOutStream()方法分别用于获取输入流和输出流。当客户端和服务端建立连接后，数据是以IO流的形式进行交互的，从而实现通信。

接下来通过一张图来描述服务器端和客户端的数据传输，如下图所示。

总结

 知识点总结

l IP地址：用来唯一表示我们自己的电脑的，是一个网络标示

l 端口号： 用来区别当前电脑中的应用程序的

l UDP: 传送速度快，但是容易丢数据，如视频聊天，语音聊天

l TCP: 传送稳定，不会丢失数据，如文件的上传、下载

l UDP程序交互的流程

l 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

l 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

l TCP程序交互的流程

l 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

l 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