第五章网络编程 TCP/UDP/Socket

第五章网络编程

一、IP地址

java">唯一标识网络上的每一台计算机
32位，由4个8位二进制数组成

在这里插入图片描述

1.IP地址的组成

java">IP地址 = 网络地址 +主机地址
网络地址：标识计算机或网络设备所在的网段
主机地址：标识特定主机或网络设备A类地址通常分配给具有大量主机的网络使用A类地址：0.0.0.0---127.255.255.255B类地址通常分配给规模中等的网络使用  B类地址：128.0.0.0---191.255.255.255C类地址通常分配给小型局域网使用。C类地址：192.0.0.0---223.255.255.255，

A/B/C/D/E类地址的组成

在这里插入图片描述

java">查看本机的IP地址
ipconfig
测试网络是否通畅
ping  目标IP地址

二、DNS域名

java">访问网站时，为什么输入网址而不是IP地址1. 域名易于记忆
2. 域名与IP地址的动态绑定
网站的IP地址可能会随时改变，但域名不会改变。互联网服务提供商或网站管理员可以在后台更新IP地址，而用户只需继续访问相同的域名。
域名解析系统（DNS）充当了翻译器的角色。当用户在浏览器中输入域名时，DNS将该域名转换成实际的IP地址，从而帮助浏览器找到目标服务器。
3.负载均衡与多个IP地址
一个大型网站通常会使用多个服务器，每个服务器可能有不同的IP地址。通过一个域名
（如www.example.com），可以将用户请求动态地分配给多个服务器，以实现负载均衡，提升网站的响应速度和可靠性。如果用户直接输入IP地址，可能只访问其中一台服务器，影响了均衡分布的效果。

三、网络通信协议

在这里插入图片描述

简化后的五层协议

在这里插入图片描述

java">1.物理层： 基于电路特性的高低电压(电信号)  高电压代表1 低电压代表0
2.数据链路层：  定义电信号的分组方式
3.网络层： 引入一套新的地址来区分不同的广播域
4.传输层： 端口到端口的连接通信
5.应用层： (应用层，表示层，会话层) 规定了数据的传输格式 ftp/http/www

java">1. 局域网（LAN, Local Area Network）
特点：覆盖范围较小，通常在一个建筑物内或几百米范围内的网络。
用途：用于连接公司、学校、家庭等场所内的设备，以便实现资源共享、数据传输和通信。
示例：办公室内部的网络，家用Wi-Fi网络。
2. 城域网（MAN, Metropolitan Area Network）
特点：覆盖范围介于局域网和广域网之间，通常在一个城市范围内，连接多个局域网。
用途：用于连接城市中多个建筑物、企业、政府部门等，提供高速数据传输。
示例：一个城市的电信网络或大学校园网。
3. 广域网（WAN, Wide Area Network）
特点：覆盖范围广泛，通常在国家、洲际甚至全球范围内连接多个局域网和城域网。
用途：广泛用于跨城市、国家或国际的数据传输，互联网就是一种广域网。
示例：互联网，全球企业之间的数据通信网络。
4. 个人区域网（PAN, Personal Area Network）
特点：覆盖范围很小，通常在几米到十几米之间，用于个人设备之间的通信。
用途：用于个人设备（如智能手机、平板、耳机、手表等）之间的无线连接。
示例：蓝牙设备连接、手机热点。
5. 全球网（GAN, Global Area Network）
特点：覆盖全球范围，连接广域网的网络。其规模最大，涵盖地球范围内的网络。
用途：用于实现全球范围内的数据通信和信息传输。
示例：全球互联网服务供应商（ISP）构建的全球网络。

四、Socket

TCP协议

三次握手，四次挥手

java">三次握手  建立通信A 客户端   B 服务器1.(A-->B)  携带syn 数据包A问B 你可以收到我的信息嘛2.(B--A)   携带syn+ack数据包b回答A 可以收到3.(A-->B)  收到了可以开始通信了

java">四次挥手  断开联系1.(a-->b) 发送fin包 我要断开连接了2.(b-->a)   发送ack包 可以断开连接，进入断开等待状态3.(b--a)   发送fin包 我准备好了，可以断开链接了4.(a-->b)  发送ack包 A确定断开连接，发送数据包，b在接收到数据包时立刻断开连接，a进入超时等待状态，最后断开连接

java">是 Java 网络编程中的核心类之一，用于实现基于 TCP/IP 协议的网络通信。Socket 提供了客户端和服务器之间的双向通信功能。通过 Socket，客户端可以连接到服务器，双方可以交换数据。通信链路的端点就被称为“套接字”（英文名Socket）是提供给应用程序的接口

常用的包：

Socket

ServerSocket

DatagramPacket

DatagramSocket

InetAddress

1.Socket/ServerSocket

java">常用方法Socket 常用方法
socket()：创建一个 Socket。
bind()：将 Socket 绑定到本地的一个 IP 地址和端口。
listen()：将 Socket 设置为监听模式，等待连接请求。
accept()：接受客户端的连接请求。
connect()：客户端用于连接到服务器。
send() 和 recv()：用于在客户端和服务器之间发送和接收数据。
close()：关闭 Socket 连接

java">ServerSocket 是 Java 网络编程中的一个类，专门用于 服务器端 的通信。它用于监听特定端口上的客户端连接请求，并在接收到连接时生成一个 Socket 对象，用于与客户端进行双向数据通信。ServerSocket 基于 TCP（传输控制协议），确保数据传输的可靠性和顺序性。

客户端和服务端tcp协议的案例

java">服务器端：创建一个 Socket，绑定到特定的 IP 地址和端口，并等待客户端连接。
客户端：创建 Socket，连接到服务器的 IP 地址和端口。
客户端和服务器通过输入输出流（InputStream 和 OutputStream）发送和接收数据。

客户端

java">package test01;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Scanner;
public class User {public static void main(String[] args) {Scanner scanner = new Scanner(System.in);Socket socket = null;try {// 创建 Socket 对象，连接到服务器的 IP 地址和端口socket = new Socket("localhost", 8080);//输入OutputStream out = socket.getOutputStream(); //输出流String a="你好，我要登录";
//            String a="我要登录账号，帮我查看一下";out.write(a.getBytes());//读取输入流InputStream in=socket.getInputStream();byte buffer[]=new byte[1024];in.read(buffer); // 读取数据String received = new String( buffer);System.out.println(received);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

服务器端

java">package test01;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;public class Servers {public static void main(String[] args) {try {Scanner scanner = new Scanner(System.in);// 创建 ServerSocket 对象，监听端口 8080ServerSocket serverSocket=new ServerSocket(8080);System.out.println("Server is listening on port 8080");//等待客户端连接Socket socket=serverSocket.accept();//获得输入信息InputStream in = socket.getInputStream();byte buffer[]=new byte[1024];int bytesRead = in.read(buffer); // 读取数据String received = new String(buffer ,0, bytesRead);System.out.println("用户发送内容:" + received);//给客户端发送信息OutputStream out = socket.getOutputStream();String a="马上";out.write(a.getBytes());} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

2.DatagramPacket/DatagramSocket (UDP)

java">DatagramPacket：封装要发送或接收的数据包。
DatagramSocket：发送和接收 DatagramPacket 的套接字，用于建立 UDP 通信。

一、DatagramPacket

java">DatagramPacket 是 Java 中用来存储发送或接收的数据包。UDP 通信中，数据是以独立的数据报（Datagram）的形式发送和接收的，每个数据报都使用 DatagramPacket 来封装。
接收：
DatagramPacket(byte[] buf, int length)
接收数据时，指定一个缓冲区 buf 和数据的长度 length。
发送：
DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)
发送数据时，指定要发送的数据 buf、数据长度 length、目标地址 address 和端口号 port。
getData()：返回数据报中的数据。
getLength()：返回数据的实际长度。
getAddress()：返回数据报的来源或目的地的 InetAddress 对象。
getPort()：返回数据报的来源或目的地的端口号。
byte[] buf = new byte[256];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, InetAddress.getByName("localhost"), 9876);

二、DatagramSocket

java">是用于发送和接收 DatagramPacket 的套接字。它实现了无连接的通信协议（UDP），即不需要建立连接即可发送和接收数据。
创建一个 UDP 套接字并绑定到指定端口：
DatagramSocket(int port)
//常用方法
send(DatagramPacket p)：发送数据包 p。
receive(DatagramPacket p)：接收数据包 p。
close()：关闭套接字。
// 发送端
DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");
String msg = "Hello, UDP!";
byte[] buffer = msg.getBytes();
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, address, 12345);
socket.send(packet);
socket.close();

UDP发送信息案例

客户端

java">package test03;import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;
import java.util.Scanner;public class Customer {//客户public static void main(String[] args) {Scanner scanner = new Scanner(System.in);DatagramSocket socket=null;DatagramPacket packet=null;try {while (true){//发送的内容System.out.print("请输入");String news=scanner.next();byte[] buffer = news.getBytes();//转化为字节//字节数组  数组长度  IP地址 端口号packet = new DatagramPacket(buffer,buffer.length,InetAddress.getByName("localhost"),9876);//DatagramSocket 是用于发送和接收 DatagramPacket 的套接字。//创建发送对象socket = new DatagramSocket();socket.send(packet);System.out.println("发送内容：" + news);//接收信息byte[] buffer1 = new byte[1024];//创建一个空包去接收别人发送的信息packet= new DatagramPacket(buffer1, buffer1.length);socket.receive(packet);//读取内容，转化为字符串String received = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());System.out.println("客服答复： " + received);}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}finally {socket.close();//关闭}}
}

服务器端

java">package test03;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
public class customerService {public static void main(String[] args) {Scanner scanner = new Scanner(System.in);//接收方DatagramSocket socket=null;DatagramPacket packet=null;try {//接收信息socket = new DatagramSocket(9876);while (true){//放入数组byte[] buffer = new byte[256];//包接收packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);socket.receive(packet);//读取内容，转化为字符串String received = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());System.out.println("客户发送内容：" + received);//发送信息System.out.print("请输入");String news=scanner.next();byte[] buffer2 = news.getBytes();//转化为字节//于从接收到的 DatagramPacket 中获取客户端的 IP 地址///这个方法用于获取发送该数据包的客户端的 端口号SocketAddress socketAddress = packet.getSocketAddress();packet = new DatagramPacket(buffer2, buffer2.length, socketAddress);socket.send(packet);//发送System.out.println("客服发送内容：" + news);}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}finally {socket.close();//关闭}}
}

3.InetAddress

java">InetAddress 类表示 IP 地址，它负责表示一个 IP 地址（IPv4 或 IPv6），并提供方法来查询和操作 IP 地址信息。
常用方法：
getByName(String host)：根据主机名或 IP 地址字符串返回一个 InetAddress 对象。
getLocalHost()：返回本地主机的 InetAddress。
getHostAddress()：返回主机的 IP 地址的字符串表示。
getHostName()：返回主机名。