网络编程基础

网络编程基础

         对于初学者，或者没有接触过网络编程的程序员，会觉得网络编程涉及的知识很高深，很难，其实这是一种误解，当你的语法熟悉以后，其实基本的网络编程现在已经被实现的异常简单了。

1.4.1 网络编程是什么？

         网络编程的本质是两个设备之间的数据交换，当然，在计算机网络中，设备主要指计算机。数据传递本身没有多大的难度，不就是把一个设备中的数据发送给两外一个设备，然后接受另外一个设备反馈的数据。

         现在的网络编程基本上都是基于请求/响应方式的，也就是一个设备发送请求数据给另外一个，然后接收另一个设备的反馈。

         在网络编程中，发起连接程序，也就是发送第一次请求的程序，被称作客户端(Client)，等待其他程序连接的程序被称作服务器(Server)。客户端程序可以在需要的时候启动，而服务器为了能够时刻相应连接，则需要一直启动。例如以打电话为例，首先拨号的人类似于客户端，接听电话的人必须保持电话畅通类似于服务器。

         连接一旦建立以后，就客户端和服务器端就可以进行数据传递了，而且两者的身份是等价的。

         在一些程序中，程序既有客户端功能也有服务器端功能，最常见的软件就是BT、emule这类软件了。

         下面来谈一下如何建立连接以及如何发送数据。

1.4.2 IP地址和域名

         在现实生活中，如果要打电话则需要知道对应人的电话号码，如果要寄信则需要知道收信人的地址。在网络中也是这样，需要知道一个设备的位置，则需要使用该设备的IP地址，具体的连接过程由硬件实现，程序员不需要过多的关心。

         IP地址是一个规定，现在使用的是IPv4，既由4个0-255之间的数字组成，在计算机内部存储时只需要4个字节即可。在计算机中，IP地址是分配给网卡的，每个网卡有一个唯一的IP地址，如果一个计算机有多个网卡，则该台计算机则拥有多个不同的IP地址，在同一个网络内部，IP地址不能相同。IP地址的概念类似于电话号码、身份证这样的概念。

         由于IP地址不方便记忆，所以有专门创造了域名(Domain Name)的概念，其实就是给IP取一个字符的名字，例如163.com、sina.com等。IP和域名之间存在一定的对应关系。如果把IP地址类比成身份证号的话，那么域名就是你的姓名。

         其实在网络中只能使用IP地址进行数据传输，所以在传输以前，需要把域名转换为IP，这个由称作DNS的服务器专门来完成。

         所以在网络编程中，可以使用IP或域名来标识网络上的一台设备。

1.4.3 端口的概念

         为了在一台设备上可以运行多个程序，人为的设计了端口(Port)的概念，类似的例子是公司内部的分机号码。

         规定一个设备有2¹⁶个，也就是65536个端口，每个端口对应一个唯一的程序。每个网络程序，无论是客户端还是服务器端，都对应一个或多个特定的端口号。由于0-1024之间多被操作系统占用，所以实际编程时一般采用1024以后的端口号。

         使用端口号，可以找到一台设备上唯一的一个程序。

         所以如果需要和某台计算机建立连接的话，只需要知道IP地址或域名即可，但是如果想和该台计算机上的某个程序交换数据的话，还必须知道该程序使用的端口号。

1.4.4 数据传输方式

         知道了如何建立连接，下面就是如何传输数据了，先来看一下数据传输的方式。

         在网络上，不管是有线传输还是无线传输，数据传输的方式有两种：

<!--[if !supportLists]-->l  <!--[endif]-->TCP(Transfer Control Protocol)

传输控制协议方式，该传输方式是一种稳定可靠的传送方式，类似于显示中的打电话。只需要建立一次连接，就可以多次传输数据。就像电话只需要拨一次号，就可以实现一直通话一样，如果你说的话不清楚，对方会要求你重复，保证传输的数据可靠。

使用该种方式的优点是稳定可靠，缺点是建立连接和维持连接的代价高，传输速度不快。

<!--[if !supportLists]-->l  <!--[endif]-->UDP(User Datagram Protocol)

用户数据报协议方式，该传输方式不建立稳定的连接，类似于发短信息。每次发送数据都直接发送。发送多条短信，就需要多次输入对方的号码。该传输方式不可靠，数据有可能收不到，系统只保证尽力发送。

使用该种方式的优点是开销小，传输速度快，缺点是数据有可能会丢失。

         在实际的网络编程中，大家可以根据需要选择任何一种传输方式，或组合使用这两种方式实现数据的传递。

1.4.5 协议的概念

         协议(Protocol)是网络编程中一个非常重要的概念，指的是传输数据的格式。因为大家在网络中需要传输各种各样的信息，在程序中获得到的都是一组数值，如何阅读这些数值呢，就需要提前规定好这组数据的格式，在客户端按照该格式生成发送数据，服务器端按照该格式阅读该数据，然后在按照一定的格式生成数据反馈给客户端，客户端再按照该格式阅读数据。现实中类似的例子就是电报编码，每个数字都是用特定的数据表达。

         一般程序的协议都分成客户端发送的数据格式，以及服务器端反馈的数据格式，客户端和服务器端都遵循该格式生成或处理数据，实现两者之间的复杂数据交换。

1.4.6 小结

         网络编程就是使用IP地址，或域名，和端口连接到另一台计算机上对应的程序，按照规定的协议(数据格式)来交换数据，实际编程中建立连接和发送、接收数据在语言级已经实现，做的更多的工作是设计协议，以及编写生成和解析数据的代码罢了，然后把数据转换成逻辑的结构显示或控制逻辑即可。