网络协议
IP协议
IP是Internet Protocol的简称,是一种网络协议。Internet 网络采用的协议是TCP/IP协议,其全称是Transmission Control Protocol/Internet Protocol。Internet 依靠TCP/IP协议,在全球范围内实现了不同硬件结构、不同操作系统、不同网络系统间的互联。在Internet 网络上存在着数以亿计的主机,每台主机都用网络为其分配的 Internet 地址代表自己,这个地址就是I地址。到目前为止,I地址用4个字节,也就是32位的二进制数来表示,称为IPv4。为了便于使用,通常取用每个字节的十进制数,并且每个字节之间用圆点隔开来表示I地址,如192.168.1.1。现在人们正在试验使用16个字节来表示I地址,这就是IPv6,但IPv6还没有投入使用。
TCP/IP 模式是一种层次结构,共分为4层,分别为应用层、传输层、互联网层和网络层。各层实现特定的功能,提供特定的服务和访问接口,并具有相对的独立性
TCP与UDP协议
在TCPAIP 协议栈中,有两个高级协议是网络应用程序编写者应该了解的,即传输控制协议(Transmission Control Protocol,TCP)与用户数据报协议(User Datagram Protocol, UDP)。
TCP 协议是一种以固接连线为基础的协议,它提供两台计算机间可靠的数据传送。TCP可以保证数据从一端送至连接的另一端时,能够确实送达,而且抵达的数据的排列顺序和送出时的顺序相同。因此,TCP协议适合可靠性要求比较高的场合。就像拨打电话,必须先拨号给对方,等两端确定连接后,相互才能听到对方说话,也知道对方回应的是什么。
HTTP、FTP 和Telnet 等都需要使用可靠的通信频道。例如,HTTP从某个URL读取数据时,如果收到的数据顺序与发送时不相同,可能就会出现一个混乱的HTML文件或是一些无效的信息。
UDP是无连接通信协议,不保证数据的可靠传输,但能够向若干个目标发送数据,或接收来自若干个源的数据。UDP以独立发送数据包的方式进行。这种方式就像邮递员送信给收信人,可以寄出很多信给同一个人,且每一封信都是相对独立的,各封信送达的顺序并不重要,收信人接收信件的顺序也不能保证与寄出信件的顺序相同。
UDP 协议适合于一些对数据准确性要求不高,但对传输速度和时效性要求非常高的网站,如网络聊天室、在线影片等。这是由于TCP协议在认证上存在额外耗费,可能使传输速度减慢,而UDP协议即使有一小部分数据包遗失或传送顺序有所不同,也不会严重危害该项通信。
端口与套接字
一般而言,一台计算机只有单一的连到网络的物理连接(Physical Connection),所有的数据都通过此连接对内、对外送达特定的计算机,这就是端口。网络程序设计中的端口(port)并非真实的物理存在,而是一个假想的连接装置。端口被规定为一个在0~65535的整数。HTTP服务一般使用80端口,FTP 服务使用21端口。假如一台计算机提供了HTTP、FTP等多种服务,那么客户机会通过不同的端口来确定连接到服务器的哪项服务上
通常,0~1023的端口数用于一些知名的网络服务和应用,用户的普通网络应用程序应该使用1024以上的端口数,以避免端口号与另一个应用或系统服务所用端口冲突。
网络程序中的套接字(Socket)用于将应用程序与端口连接起来。套接字是一个假想的连接装置,就像插座一样可连接电器与电线
Java 将套接字抽象化为类,程序设计者只需创建Socket类对象,即可使用套接字。
TCP程序
TCP网络程序设计是指利用Socket 类编写通信程序。利用TCP协议进行通信的两个应用程序是有主次之分的,一个称为服务器程序,另一个称为客户机程序,两者的功能和编写方法大不一样。
- 服务器程序创建一个 ServerSocket(服务器端套接字)对象,调用accept0方法等待客户机来连接
- 客户端程序创建一个Socket对象,请求与服务器建立连接
- 服务器接收客户机的连接请求,同时创建一个新的Socket 对象与客户建立连接。随后服务器继续等待新的请求
InetAddress 类
java.net包中的InetAddress类是与IP地址相关的类,利用该类可以获取IP地址、主机地址等信息。
例题1
package 例题;import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;public class 例题1 {public static void main(String[] args) {InetAddress ip; try {ip = InetAddress.getLocalHost();String lo = ip.getHostName();String lp = ip.getHostAddress();System.out.println("本机名" + lo);System.out.println("本机IP地址" + lp);} catch (UnknownHostException e) {e.printStackTrace();}}}
结果
ServerSocket 类
- ServerSocker 类的构造方法通常会抛出1OException异常,具体有以下几种形式:
- ServerSocket():创建非绑定服务器套接字。
- ServerSocket(int port):创建绑定到特定端口的服务器套接字。
- ServerSocket(int port, int backlog):利用指定的backlog创建服务器套接字,并将其绑定到指定的本地端口号上。
- ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddress):使用指定的端口、侦听backlog和要绑定到的本地IP地址创建服务器。这种情况适用于计算机上有多块网卡和多个I地址的情况,用户可以明确规定ServerSocket在哪块网卡或哪个IP地址上等待客户的连接请求
ServerSocket 类的常用方法
TCP网络程序设计
例题2
客户端
package 例题;import java.awt.*;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.io.*;
import java.net.Socket;import javax.swing.*;
import javax.swing.event.*;public class 客户端 extends JFrame{private PrintWriter wr;Socket so;private JTextArea area = new JTextArea();private JTextField text = new JTextField();public 客户端() {setTitle("向服务器送数据");setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);Container con = getContentPane();JScrollPane scrollPane = new JScrollPane(area);getContentPane().add(scrollPane,BorderLayout.CENTER);con.add(text,"South");text.addActionListener(new ActionListener() { public void actionPerformed(ActionEvent e) {wr.println(text.getText().trim());area.append(text.getText() + '\n');text.setText("");}});}private void connect() {area.append("尝试连接");try {so = new Socket("172.16.4.226",8888);wr = new PrintWriter(so.getOutputStream(),true);area.append("完成连接");}catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) {客户端 k = new 客户端();k.setSize(200,200);k.setVisible(true);k.connect();}}
结果
服务端
package 例题;import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.*;public class 例题2服务端 {private ServerSocket server;private Socket so;void start() {try {server = new ServerSocket(8888);System.out.println("服务器套接字已经创建成功");while(true) {System.out.println("等待客户机链接");so = server.accept();BufferedReader re = new BufferedReader(new InputStreamReader(so.getInputStream()));while(true) {String me = re.readLine();if("exit".equals(me)) {System.out.println("客户机退出");break;}System.out.println("客户机" + me);}re.close();so.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) {例题2服务端 l = new 例题2服务端();l.start();}}
结果
UDP程序
基于 UDP通信的基本模式如下:
- 将数据打包(称为数据包),然后将数据包发往目的地。
- 接收别人发来的数据包,然后查看数据包。
发送数据包的步骤如下:
- 使用DatagramSocketO创建一个数据包套接字。
- 使用DatagramPacket(byte[] buf,int offset, int length,InetAddress address,int port)创建要发送的数据包。
- 使用DatagramSocket 类的sendO方法发送数据包。
接收数据包的步骤如下:
- 使用DatagramSocket(int port)创建数据包套接字,绑定到指定的端口。
- 使用 DatagramPacket(byte buf, int length)创建字节数组来接收数据包。
- 使用DatagramPacket 类的receive0方法接收UDP包。
DatagramPacket类
java.net 包的DatagramPacket 类用来表示数据包。DatagramPacket 类的构造方法如下:
DatagramPacket(byte[] buf, int length)
DatagramPacket(bytel] buf, int length, InetAddress address, int port)
第一种构造方法在创建DatagramPacket 对象时,指定了数据包的内存空间和大小。
第二种构造方法不仅指定了数据包的内存空间和大小,还指定了数据包的目标地址和端口
DatagramSocker类
- java.net 包中的()
- DatagramSocket(int port)
- DatagramSocket(int port, InetAddress addr)
第一种构造方法创建DatagramSocket对象,构造数据报套接字,并将其绑定到本地主机任何可用的端口上。
第二种构造方法创建DatagramSocket对象,创建数据报套接字,并将其绑定到本地主机的指定端口上。
第三种构造方法创建DatagramSocket对象,创建数据报套接字,并将其绑定到指定的端口和指定的本地地址上。第三种构造函数适用于有多块网卡和多个I地址的情况。
UDP网络程序设计
例题3
客户端
import java.io.IOException;
import java.net.*;public class Notification extends Thread {String weather = "节目预报:八点有大型晚会,请收听";// 发送的消息int port = 9898; // 端口InetAddress iaddress = null;MulticastSocket socket = null; // 多点广播套接字Notification() {try {iaddress = InetAddress.getByName("224.255.10.0"); // 实例化InetAddress,指定地址socket = new MulticastSocket(port); // 实例化多点广播套接字socket.setTimeToLive(1); // 指定发送范围是本地网络socket.joinGroup(iaddress); // 加入广播组} catch (IOException e) {e.printStackTrace(); // 输出异常信息}}public void run() {while (true) {DatagramPacket packet = null; // 数据包byte data[] = weather.getBytes(); // 字符串消息的字节数组packet = new DatagramPacket(data, data.length, iaddress, port); // 将数据打包System.out.println(weather); // 控制台打印消息try {socket.send(packet); // 发送数据sleep(3000); // 线程休眠} catch (IOException e) {e.printStackTrace(); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}public static void main(String[] args) { Notification w = new Notification();w.start(); // 启动线程}
}
//21.3
结果
服务端
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import javax.swing.*;public class Receive extends JFrame implements Runnable, ActionListener {int port; // 端口InetAddress group = null; // 广播组地址MulticastSocket socket = null; // 多点广播套接字对象JButton inceBtn = new JButton("开始接收");JButton stopBtn = new JButton("停止接收");JTextArea inceAr = new JTextArea(10, 10); // 显示接收广播的文本域JTextArea inced = new JTextArea(10, 10);Thread thread;boolean stop = false; // 停止接受信息状态public Receive() {setTitle("广播数据报");setDefaultCloseOperation(WindowConstants.EXIT_ON_CLOSE);thread = new Thread(this);inceBtn.addActionListener(this); // 绑定按钮ince的单击事件stopBtn.addActionListener(this); // 绑定按钮stop的单击事件inceAr.setForeground(Color.blue); // 指定文本域中文字的颜色JPanel north = new JPanel(); // 创建Jpanel对象north.add(inceBtn); // 将按钮添加到面板north上north.add(stopBtn);add(north, BorderLayout.NORTH); // 将north放置在窗体的上部JPanel center = new JPanel(); // 创建面板对象centercenter.setLayout(new GridLayout(1, 2)); // 设置面板布局center.add(inceAr); // 将文本域添加到面板上center.add(inced);add(center, BorderLayout.CENTER); // 设置面板布局validate(); // 刷新port = 9898; // 设置端口号try {group = InetAddress.getByName("224.255.10.0"); // 指定接收地址socket = new MulticastSocket(port); // 绑定多点广播套接字socket.joinGroup(group); // 加入广播组} catch (IOException e) {e.printStackTrace(); // 输出异常信息}setBounds(100, 50, 360, 380); // 设置布局setVisible(true); // 将窗体设置为显示状态}public void run() { // run()方法while (!stop) {byte data[] = new byte[1024]; // 创建缓存字节数组DatagramPacket packet = null;packet = new DatagramPacket(data, data.length, group, port); // 待接收的数据包try {socket.receive(packet); // 接收数据包String message = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength()); // 获取数据包中的内容inceAr.setText("正在接收的内容:\n" + message); // 将接收内容显示在文本域中inced.append(message + "\n"); // 每条信息为一行} catch (IOException e) {e.printStackTrace(); // 输出异常信息}}}public void actionPerformed(ActionEvent e) { // 单击事件if (e.getSource() == inceBtn) { // 单击按钮ince触发的事件inceBtn.setBackground(Color.red); // 设置按钮颜色stopBtn.setBackground(Color.yellow);if (!(thread.isAlive())) { // 如线程不处于“新建状态”thread = new Thread(this); // 实例化Thread对象}thread.start(); // 启动线程stop = false; // 开始接受信息}if (e.getSource() == stopBtn) { // 单击按钮stop触发的事件inceBtn.setBackground(Color.yellow); // 设置按钮颜色stopBtn.setBackground(Color.red);stop = true; // 停止接受信息}}public static void main(String[] args) {Receive rec = new Receive();rec.setSize(460, 200);}
}
结果