Java TCP与UDP

TCP与UDP

通信类的协议比较复杂。 java.net包中包含的类和解耦，提供低层次的通信细节，可以直接使用这些类和接口，来专注于网络程序考法，而不考虑通信的细节

java.net包中提供了两种常见的网络协议的支持:

• UDP 用户数据报协议(User Datagram Protocol)
• TCP 传输控制协议(Transmission Control Protocol)

TCP协议与UDP协议

TCP协议：

• TCP协议进行通信的两个应用进程：客户端、服务端。
• 使用TCP协议前，须先建立TCP连接，形成基于字节流的传输数据通道
• 传输前，采用“三次握手”方式，点对点通信，是可靠的
  • TCP协议使用重发机制，当一个通信实体发送一个消息给另一个通信实体后，需要收到另一个通信实体确认信息，如果没有收到另一个通信实体确认信息，则会再次重复刚才发送的消息。
• 在连接中可进行大数据量的传输
• 传输完毕，需释放已建立的连接，效率低

UDP协议：

• UDP协议进行通信的两个应用进程：发送端、接收端。
• 将数据、源、目的封装成数据包（传输的基本单位），不需要建立连接
• 发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，不能保证数据的完整性，故是不可靠的
• 每个数据报的大小限制在64K内
• 发送数据结束时无需释放资源，开销小，通信效率高
• 适用场景：音频、视频和普通数据的传输。例如视频会议

TCP生活案例：打电话

UDP生活案例：发送短信、发电报

三次握手

• 第一次握手，客户端向服务器端发送TCP连接的请求
• 第二次握手，服务器端发送针对客户端TCP连接请求的确认
• 第三次握手，客户端发送确认的确认。

1、客户端会随机一个初始序列号seq=x，设置SYN=1 ，表示这是SYN握手报文。然后就可以把这个 SYN 报文发送给服务端了，表示向服务端发起连接，之后客户端处于同步已发送状态。

2、服务端收到客户端的 SYN 报文后，也随机一个初始序列号(seq=y)，设置ack=x+1，表示收到了客户端的x之前的数据，希望客户端下次发送的数据从x+1开始。
设置 SYN=1 和 ACK=1。表示这是一个SYN握手和ACK确认应答报文。最后把该报文发给客户端，该报文也不包含应用层数据，之后服务端处于同步已接收状态。

3、客户端收到服务端报文后，还要向服务端回应最后一个应答报文，将ACK置为 1 ，表示这是一个应答报文
ack=y+1 ，表示收到了服务器的y之前的数据，希望服务器下次发送的数据从y+1开始。
最后把报文发送给服务端，这次报文可以携带数据，之后客户端处于 连接已建立 状态。服务器收到客户端的应答报文后，也进入连接已建立状态。

完成三次握手，连接建立后，客户端和服务器就可以开始进行数据传输了。由于这种面向连接的特性，TCP协议可以保证传输数据的安全，所以应用十分广泛，例如下载文件、浏览网页等

四次挥手

TCP协议中，在发送数据结束后，释放连接时需要经过四次挥手。

• 第一次挥手：客户端向服务器端提出结束连接，让服务器做最后的准备工作。此时，客户端处于半关闭状态，即表示不再向服务器发送数据了，但是还可以接受数据。
• 第二次挥手：服务器接收到客户端释放连接的请求后，会将最后的数据发给客户端。并告知上层的应用进程不再接收数据。
• 第三次挥手：服务器发送完数据后，会给客户端发送一个释放连接的报文。那么客户端接收后就知道可以正式释放连接了。
• 第四次挥手：客户端接收到服务器最后的释放连接报文后，要回复一个彻底断开的报文。这样服务器收到后才会彻底释放连接。这里客户端，发送完最后的报文后，会等待2MSL，因为有可能服务器没有收到最后的报文，那么服务器迟迟没收到，就会再次给客户端发送释放连接的报文，此时客户端在等待时间范围内接收到，会重新发送最后的报文，并重新计时。如果等待2MSL后，没有收到，那么彻底断开。

1、客户端打算断开连接，向服务器发送FIN报文(FIN标记位被设置为1，1表示为FIN，0表示不是)，FIN报文中会指定一个序列号，之后客户端进入FIN_WAIT_1状态。也就是客户端发出连接释放报文段(FIN报文)，指定序列号seq = u，主动关闭TCP连接，等待服务器的确认。

2、服务器收到连接释放报文段(FIN报文)后，就向客户端发送ACK应答报文，以客户端的FIN报文的序列号 seq+1 作为ACK应答报文段的确认序列号ack = seq+1 = u + 1。接着服务器进入CLOSE_WAIT(等待关闭)状态，此时的TCP处于半关闭状态(下面会说什么是半关闭状态)，客户端到服务器的连接释放。客户端收到来自服务器的ACK应答报文段后，进入FIN_WAIT_2状态。

3、服务器也打算断开连接，向客户端发送连接释放(FIN)报文段，之后服务器进入LASK_ACK(最后确认)状态，等待客户端的确认。服务器的连接释放(FIN)报文段的FIN=1，ACK=1，序列号seq=m，确认序列号ack=u+1。

4、客户端收到来自服务器的连接释放(FIN)报文段后，会向服务器发送一个ACK应答报文段，以连接释放(FIN)报文段的确认序号 ack 作为ACK应答报文段的序列号 seq，以连接释放(FIN)报文段的序列号 seq+1作为确认序号ack。

之后客户端进入TIME_WAIT(时间等待)状态，服务器收到ACK应答报文段后，服务器就进入CLOSE(关闭)状态，到此服务器的连接已经完成关闭。客户端处于TIME_WAIT状态时，此时的TCP还未释放掉，需要等待2MSL后，客户端才进入CLOSE状态。

通信模型

客户端和服务端实现文本的传输

    @Test
    //客户端
    public void TCPTest1() throws IOException {
        //创建一个Socket
        InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
        int port = 8989;    //声明端口号
        Socket socket = new Socket(inetAddress,port);
        //发送数据
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        os.write("这里是客户端".getBytes());//getBytes将字符串转换为字符数组
        //关闭Socket
        socket.close();
        os.close();
    }
    @Test
    //服务端
    public void TCPTest2() throws IOException {
        //创建一个ServerSocket
        int port = 8989;
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
        //调用accept()，接受客户端的Socket

        Socket socket = serverSocket.accept();      //阻塞式方法
        System.out.println("服务端已经开启");
        //接受数据
        InputStream is = socket.getInputStream();
        byte [] buffer = new byte[1024];
        int len;
        while((len = is.read(buffer)) != -1){
            String str = new String(buffer,0,len);
            System.out.println(str);
        }

        System.out.println("\n数据接受完毕");
        //关闭Socket、ServerSocket

        socket.close();
        serverSocket.close();
        is.close();
    }

客户端发送文件给服务端，服务端将文件保存到本地

    @Test
    //客户端
    public void TcpTest2() throws IOException {
        //创建Socket
        InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
        int port = 9090;
        try (Socket socket = new Socket(inetAddress, port)) {
            //创建File的实例、FileInputStream的实例

            File file = new File("test.png");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
            //通过Socket获取输出流
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
        }
        //关闭Socket和相关的流
    }
    @Test
    //服务端
    public void server() throws IOException {
        //创建ServerSocket
        int port = 9090;
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
        //接受来自于客户端的socket.accept()
        Socket socket = serverSocket.accept();
        //通过Socket获取一个输入流
        InputStream is = socket.getInputStream();
        //创建File类的实例、FileOutputStream
        File file = new File("test_copy1.png");
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);
        //读写过程，进行保存

        byte []buffer = new byte[1024];
        int len;
        while((len = is.read(buffer)) != -1){
            fos.write(buffer,0,len);
        }
        System.out.println("数据接收完毕");
        //关闭相关的Socket和流

        fos.close();
        is.close();
        socket.close();
    }