网络编程基础与实践-优快云博客

本文详细介绍了网络编程的基础概念，包括网络模型、IP地址、端口及协议，并通过多个实例展示了如何使用Java进行UDP和TCP协议的编程，涵盖数据发送、接收、文件传输等功能。

网络编程(网络模型概述和图解)

网络模型概述
计算机网络之间以何种规则进行通信，就是网络模型研究问题。
网络模型一般是指OSI（Open System Interconnection开放系统互连）七层参考模型
TCP/IP四层参考模型：
主机至网络层(物理层 , 数据链路层) , 网际层 , 传输层 , 应用层(应用层 , 表示层 , 会话层)

网络模型7层概述：
1.物理层：主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。
它的主要作用是传输比特流（就是由1、0转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后在转化为1、0）。
这一层的数据叫做比特。
2. 数据链路层：主要将从物理层接收的数据进行MAC地址（网卡的地址）的封装与解封装。常把这一层的数据叫做帧。在这一层工作的设备是交换机，数据通过交换机来传输。
3. 网络层：主要将从下层接收到的数据进行IP地址（例192.168.0.1)的封装与解封装。在这一层工作的设备是路由器，常把这一层的数据叫做数据包。
4. 传输层：定义了一些传输数据的协议和端口号（WWW端口80等），如：TCP（传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据），UDP（用户数据报协议，与TCP特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的）。
主要是将从下层接收的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段。
5.会话层：通过传输层（端口号：传输端口与接收端口）建立数据传输的通路。
主要在你的系统之间发起会话或者接受会话请求（设备之间需要互相认识可以是IP也可以是MAC或者是主机名）
6.表示层：主要是进行对接收的数据进行解释、加密与解密、压缩与解压缩等（也就是把计算机能够识别的东西转换成人能够能识别的东西（如图片、声音等）。
7.应用层：主要是一些终端的应用，比如说FTP（各种文件下载），WEB（IE浏览），QQ之类的（可以把它理解成我们在电脑屏幕上可以看到的东西．就是终端应用）。
画图演示: 网络模型图解

网络编程(网络编程三要素概述)

IP地址:InetAddress: 网络中设备的标识，不易记忆，可用主机名
端口号: 用于标识进程的逻辑地址，不同进程的标识
传输协议: 通讯的规则常见协议：TCP，UDP

网络编程(网络编程三要素之IP概述)

IP概述:所谓IP地址就是给每个连接在Internet上的主机分配的一个32bit地址。
IP地址的组成
IP地址 = 网络地址+主机地址
A类IP地址:第一段号码为网络地址，剩下的三段号码为本地计算机的号码
B类IP地址:前二段号码为网络地址，剩下的二段号码为本地计算机的号码
C类IP地址:前三段号码为网络地址，剩下的一段号码为本地计算机的号码
IP地址分类
A类 1.0.0.1—127.255.255.254
(1)10.X.X.X是私有地址(私有地址就是在互联网上不使用，而被用在局域网络中的地址)
(2)127.X.X.X是保留地址，用做循环测试用的。
B类 128.0.0.1—191.255.255.254 172.16.0.0—172.31.255.255是私有地址。
C类 192.0.0.1—223.255.255.254 192.168.x.X是私有地址
D类 224.0.0.1—239.255.255.254
E类 240.0.0.1—247.255.255.254
特殊地址
127.0.0.1 回环地址,可用于测试本机的网络是否有问题. ping 127.0.0.1
DOS命令 ipconfig:查看本机IP地址
xxx.xxx.xxx.255 广播地址

网络编程(InetAddress类的概述和使用)

获取主机名的 DOS 命令：hostname

InetAddress类的概述
为了方便我们对IP地址的获取和操作，java提供了一个类InetAddress 供我们使用
此类表示互联网协议 (IP) 地址。
InetAddress类的常见功能
public static InetAddress getByName(String host)
public String getHostAddress()//获取IP
public String getHostName()//获取主机名
getLocalHost();
案例演示: InetAddress类的常见功能
InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName(“SHEN-MOU-MOU”) ;
InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName(“192.168.3.120”) ;

public class MyTest {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        InetAddress address = InetAddress.getByName("Shen-Mou-Mou");
        //获取iP
        String ip = address.getHostAddress();
        //获取主机名  dos 命令 hostname
        String hostName = address.getHostName();
        System.out.println(ip);
        System.out.println(hostName);
        //通过getLocalHost() 获取InetAddress对象
        InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
        String hostName1 = localHost.getHostName();
        System.out.println(hostName1);
        String hostAddress = localHost.getHostAddress();
        System.out.println(hostAddress);
    }
}

网络编程(网络编程三要素之端口和协议)

端口
物理端口网卡口
逻辑端口我们指的就是逻辑端口
a:每个网络程序都会有一个逻辑端口
b:用于标识进程的逻辑地址，不同进程的标识
c:有效端口：0_{65535（两个字节），其中0}1023系统使用或保留端口。
协议
UDP
将数据源和目的封装成数据包中，不需要建立连接；
每个数据报的大小在限制在64k；
因无连接，是不可靠协议；
不需要建立连接，速度快
TCP
建立连接，形成传输数据的通道；
在连接中进行大数据量传输；
需要连接所以是可靠协议；
必须建立连接，效率会稍低

网络编程(Socket通信原理)

Socket=IP+端口号

Socket套接字概述：
网络上具有唯一标识的IP地址和端口号组合在一起才能构成唯一能识别的标识符套接字。
Socket原理机制：
通信的两端都有Socket。
网络通信其实就是Socket间的通信。
数据在两个Socket间通过IO传输。

网络编程(UDP协议发送数据)

案例演示: UDP协议发送数据(DatagramSocket)
- 步骤:
- a: 创建UDP通讯客户端对象(DatagramSocket)
- b: 创建数据报包 public DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address,int port)
- c: 发送数据
- d: 释放资源

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        InetAddress name = InetAddress.getByName(InetAddress.getLocalHost().getHostAddress());
        byte[] bytes = "既然选择了远方，便只顾风雨兼程".getBytes();

        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,name,8765);
        ds.send(packet);
        ds.close();
    }
}

网络编程(UDP协议接收数据)

案例演示: UDP协议接收数据
- 步骤:// public DatagramSocket(int port)
- a: 创建UDP通讯协议服务器端对象(DatagramSocket) 注意要用有参数构造指定端口号
- b: 创建数据报包,作用用来接收数据 // public DatagramPacket(byte[] buf, int length)
- c: 接收数据 receive(dp) ;
- d: 解析数据报包,拿出数据 dp.getData() ; dp.getLength() ;
- e: 释放资源

public class Serviver {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8765);
        System.out.println("等待获取数据....");
        byte[] bytes = new byte[1024];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
        ds.receive(packet);
        byte[] data = packet.getData();
        String s = new String(data, 0,packet.getLength());
        System.out.println(s);
        ds.close();
    }
}

网络编程(UDP协议发送端的数据来自于键盘录入)

案例演示: UDP协议发送端的数据来自于键盘录入
DOS窗口演示: 开启两个DOS窗口，分别演示发送端和接受端

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
        System.out.println("请输入内容");
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        while (sc.hasNext()){
            System.out.println("请输入内容");
            String s = sc.nextLine();
            byte[] bytes = s.getBytes();
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,InetAddress.getByName(InetAddress.getLocalHost().getHostAddress()),6969);
            socket.send(packet);
        }
        socket.close();
    }
}

网络编程(多线程实现聊天室程序)

*案例演示: 多线程改进聊天小程序

public class Chat {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                try {
                    //System.out.println("等待服务器连接...");

                    while (true){
                        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(2343);
                        byte[] bytes = new byte[1024];
                        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
                        ds.receive(packet);
                        byte[] data = packet.getData();
                        String s = new String(data, 0, packet.getLength());
                        System.out.println("你的小伙伴给你发来了消息："+s);
                        ds.close();
                    }
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }.start();
        try {
            System.out.print("请输入你要发送的消息：");
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            while (sc.hasNext()){
                DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
                InetAddress name = InetAddress.getByName("192.168.11.41");
                String s = sc.nextLine();
                if(s.equals("886")){
                    break;
                }
                byte[] bytes = s.getBytes();
                DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, name,3333 );
                ds.send(packet);
                ds.close();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

网络编程(TCP协议发送数据)

案例演示: TCP协议发送数据(Scoket)
- 步骤:
- a: 创建TCP通讯协议客户端对象(Socket) // public Socket(String host, int port)
- b: 获取输出流对象
- c: 写数据
- d: 释放资源

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket = new Socket("192.168.3.220",7373);
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        out.write("既然选择了远方，便只顾风雨兼程".getBytes());
        socket.close();
        out.close();
    }
}

网络编程(TCP协议接收数据)

案例演示: TCP协议接收数据(ServerSocket)
- 步骤:
- a: 创建TCP通讯协议服务器端对象(ServerSocket)
- b: 监听客户端
- c: 获取输入流对象
- d: 读取数据
- e: 释放资源

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket socket = new ServerSocket(7373);
        Socket accept = socket.accept();
        InputStream in = accept.getInputStream();
        int len=0;
        byte[] bytes = new byte[1024];
        while ((len=in.read(bytes))!=-1){
            System.out.println(new String(bytes,0,len));
        }
        in.close();
        socket.close();
        accept.close();
    }
}

网络编程(服务器给客户端一个反馈)

案例演示: 客户端发送数据，服务器接受数据并给出反馈

客户端发完数据接收服务的反馈

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket = new Socket("192.168.3.220",7373);
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        InputStream in = socket.getInputStream();
        out.write("既然选择了远方，便只顾风雨兼程".getBytes());
        socket.shutdownOutput();
        int len=0;
        byte[] bytes = new byte[1024];
        while ((len=in.read(bytes))!=-1){
            System.out.println(new String(bytes,0,len));
        }
        socket.close();
    }
}
-----------------------------------------------------------------------
public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket socket = new ServerSocket(7373);
        Socket accept = socket.accept();
        InputStream in = accept.getInputStream();
        OutputStream out = accept.getOutputStream();
        int len=0;
        byte[] bytes = new byte[1024];
        while ((len=in.read(bytes))!=-1){
            System.out.println(new String(bytes,0,len));
        }
        accept.shutdownInput();
        out.write("数据接收成功...".getBytes());
        socket.close();
        accept.close();
    }
}

网络编程(客户端键盘录入服务器控制台输出)

案例演示: 客户端键盘录入服务器控制台输出

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket = new Socket("192.168.3.220",7373);
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        out.write("既然选择了远方，便只顾风雨兼程".getBytes());
        socket.close();
        out.close();
    }
}
-----------------------------------------------------------------------
public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket socket = new ServerSocket(7373);
        Socket accept = socket.accept();
        InputStream in = accept.getInputStream();
        int len=0;
        byte[] bytes = new byte[1024];
        while ((len=in.read(bytes))!=-1){
            System.out.println(new String(bytes,0,len));
        }
        in.close();
        socket.close();
        accept.close();
    }
}

网络编程(客户端键盘录入服务器写到文本文件)

案例演示: 客户端键盘录入服务器写到文本文件

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket = new Socket("192.168.3.220", 3663);
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        System.out.println("请输入所要传输的内容");
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        while (sc.hasNext()){
            String s = sc.nextLine();
            out.write(s.getBytes());
        }
        out.close();
        socket.close();
    }
}
--------------------------------------------------------------------------
public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务端已开启...");
        ServerSocket socket = new ServerSocket(3663);
        Socket accept = socket.accept();
        InputStream in = accept.getInputStream();
        BufferedOutputStream out = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("test.txt"));
        int len=0;
        byte[] bytes = new byte[1024];
        while ((len=in.read(bytes))!=-1){
            out.write(bytes,0,len);
            out.write("\n".getBytes());
            out.flush();
        }
        in.close();
        out.close();
        socket.close();
        accept.close();
    }
}

网络编程(客户端读取文本文件服务器控制台输出)

案例演示: 客户端读取文本文件服务器控制台输出

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket = new Socket("192.168.3.220", 3663);
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        FileInputStream in = new FileInputStream("test.txt");
        int len=0;
        byte[] bytes = new byte[1024];
        while ((len=in.read(bytes))!=-1){
            out.write(bytes,0,len);
        }
        out.close();
        socket.close();
    }
}
-------------------------------------------------------------------------
public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("服务端已开启...");
        ServerSocket socket = new ServerSocket(3663);
        Socket accept = socket.accept();
        InputStream in = accept.getInputStream();
        int len=0;
        byte[] bytes = new byte[1024];
        while ((len=in.read(bytes))!=-1){
            String s = new String(bytes, 0, len);
            System.out.println(s);
        }
        in.close();
        socket.close();
        accept.close();
    }
}

网络编程(TCP协议上传文本文件)

案例演示: TCP协议上传文本文件(客户端读取文本文件发送数据到服务器端,服务器端读取数据存储到文本文件中)
需求: 上传文本文件

public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket = new Socket("192.168.3.220", 5555);
        InputStream in= socket.getInputStream();
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        BufferedReader bfr = new BufferedReader(new FileReader("msg.txt"));
        String line=null;
        BufferedWriter bfw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(out));
        while ((line=bfr.readLine())!=null){
            bfw.write(line);
            bfw.newLine();
            bfw.flush();
        }
        bfr.close();
        socket.close();
    }
}
---------------------------------------------------------------------------
public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss = new ServerSocket(5555);
        System.out.println("服务器已经开启。。。");
        Socket sk = ss.accept();
        InputStream in = sk.getInputStream();
        OutputStream out = sk.getOutputStream();
        BufferedWriter bfw = new BufferedWriter(new FileWriter("msg2.txt"));
        BufferedReader bfr = new BufferedReader(new InputStreamReader(in));
        String line=null;
        while ((line=bfr.readLine())!=null){
            bfw.write(line);
            bfw.newLine();
            bfw.flush();
        }
        bfw.close();
        ss.close();
    }
}

网络编程(TCP上传文本文件并给出反馈)

案例演示: TCP上传文本文件并给出反馈
TCP传输容易出现的问题
客户端连接上服务端，两端都在等待，没有任何数据传输。
通过例程分析：
因为read方法或者readLine方法是阻塞式。
解决办法1：
1.自定义结束标记
解决办法2：使用shutdownInput，shutdownOutput方法。
//客户端上传文件结束后直接结束流对象
// public void shutdownOutput()
sk.shutdownOutput() ;

public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket = new Socket("192.168.3.220", 5555);
        InputStream in= socket.getInputStream();
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        BufferedReader bfr = new BufferedReader(new FileReader("msg.txt"));
        String line=null;
        BufferedWriter bfw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(out));
        while ((line=bfr.readLine())!=null){
            bfw.write(line);
            bfw.newLine();
            bfw.flush();
        }
        bfw.write("over");
        bfw.newLine();
        bfw.flush();
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = in.read(bytes);
        String s = new String(bytes, 0, len);
        System.out.println(s);
        bfr.close();
        socket.close();
    }
}
--------------------------------------------------------------------------
public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss = new ServerSocket(5555);
        System.out.println("服务器已经开启。。。");
        Socket sk = ss.accept();
        InputStream in = sk.getInputStream();
        OutputStream out = sk.getOutputStream();
        BufferedWriter bfw = new BufferedWriter(new FileWriter("msg2.txt"));
        BufferedReader bfr = new BufferedReader(new InputStreamReader(in));
        String line=null;
        while ((line=bfr.readLine())!=null){
            if("over".equals(line)){
                break;
            }
            bfw.write(line);
            bfw.newLine();
            bfw.flush();
        }
        out.write("文件上传成功".getBytes());
        bfw.close();
        ss.close();
    }
}

网络编程(多线程改进上传文本文件)

案例演示 : 多客户端上传文件,多线程改进

public class CopyFiles {
    public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {
        //多线程复制同一个文件
        //封装源文件
        File file = new File("领悟.mp3");
        //获取文件的总大小
        long totalLength = file.length();
        //totalLength=310;
        //定义线程数
        long threadNum=3;
        //平均每个线程复制的字节数
        long pj=totalLength/threadNum;
        //开启很多线程去复制文件
        for (long i = 0; i < threadNum; i++) {
            //计算出每个线程复制文件的其实位置和结束位置
            long start=i*pj;
            long end=(i+1)*pj-1;
            System.out.println("线程"+i+"起始位置"+start+" 结束位置"+end);
            //循环开启线程
            new CopyThread(start,end,file,"E:\\领悟33.mp3").start();
        }
        //如果说字节数不够线程均分 我可以再补一个线程，把剩余字节复制完
        long yu = totalLength % threadNum;
        if(yu!=0){
            long start =pj*threadNum;
            long end =totalLength;
            System.out.println("线程"+"起始位置" + start + " 结束位置" + end);
            //再开启一个线程
            new CopyThread(start, end, file, "E:\\领悟33.mp3").start();
        }

    }
}

class CopyThread extends Thread{
    long start;
    long end;
    RandomAccessFile in=null;
    RandomAccessFile out=null;
    /**
     *
     * start 起始位置
     * end 结束位置
     * srcfile  源文件
     * targetFile 目标文件
     */
    public CopyThread(long start, long end, File srcfile, String targetFile) throws FileNotFoundException {
        this.start=start;
        this.end=end;
        in=new RandomAccessFile(srcfile,"rw");
        out=new RandomAccessFile(targetFile,"rw");
    }

    @Override
    public void run() {
        //进行文件的复制
        //设置位置
        try {
            in.seek(start);
            out.seek(start);
            int len=0;
            byte[] bytes=new byte[1024*8];
            //从逻辑上隔绝了
            while (start<end&&(len=in.read(bytes))!=-1){
                start+=len;
                out.write(bytes,0,len);
            }
            in.close();
            out.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}