第21章总结 网络通信

21.1 网络程序设计基础

网络程序设计编写的是与其他计算机进行通信的程序。Java已经将网络程序所需要的元素封装成不同的类，用户只要创建这些类的对象，使用相应的方法，即使不具备有关的网络知识，也可以编写出高质量的网络通信程序。

21.1.1局域网与互联网

为了实现两台计算机的通信，必须用一个网络线路连接两台计算机。

21.1.2网络协议

网络协议规定了计算机之间连接的物理、机械(网线与网卡的连接规定)、电气(有效的电平范围)等特征，计算机之间的相互寻址规则，数据发送冲突的解决方式，长数据如何分段传送与接收等内容。就像不同的国家有不同的法律一样，目前网络协议也有多种。下面简单地介绍几个常用的网络协议。
1.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IP地址。

TCP/IP模式是一种层次结构，共分为四层，各层实现特定的功能，提供特定的服务和访问接口。

2.TCP与UDP 协议

在TCP/IP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。
注意一些防火墙和路由器会设置成不允许UDP数据包传输，因此若遇到UDP连接方面的问题，应先确定所在网络是否允许UDP协议。

21.1.3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(PhysicalConnection)，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，如图21.3所示。
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，如图21.4所示。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。

21.2 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。

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21.2.1InetAddress类

jae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。

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import java.net.*; 									//导入java.net包
public class Address { 								//创建类
	public static void main(String[] args) {
		InetAddress ip; 							//创建InetAddress对象
		try { 									//使用try语句块捕捉可能出现的异常
			ip = InetAddress.getLocalHost(); 			//实例化对象
			String localname = ip.getHostName(); 		//获取本机名
			String localip = ip.getHostAddress(); 		//获取本机IP地址
			System.out.println("本机名：" + localname);	//将本机名输出
			System.out.println("本机IP地址：" + localip); 	//将本机IP地址输出
		} catch (UnknownHostException e) {
			e.printStackTrace(); 						//输出异常信息
		}
	}
}

?

21.2.2SeverSockt类

java.net包中的ServerSocket类用于表示服务器套接字，其主要功能是等待来自网络上的“请求”。
它可通过指定的端口来等待连接的套接字。服务器套接字一次可以与一个套接字连接。如果多台客户机同时提出连接请求，服务器套接字会将请求连接的客户机存入列队中，然后从中取出一个套字。与服务器新建的套接字连接起来。若请求连接数大于最大容纳数，则多出的连接请求被拒绝。默认大小是50。
ServerSocket类的构造方法通常会抛出IOException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IP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类的常用方法如表 21.2所示。

调用 ServerSocket 类的accept()方法，会返回一个和客户端 Socket 对象相连接的 Socket 对象。服务器端的Socket 对象使用getOutputStream()方法获得的输出流，将指向客户端 Socket 对象使用 getinputStream()方法获得的那个输入流;同样，服务器端的 Socket 对象使用 getlnputStream()方法获得的输入流，将指向客户端 Socket 对象使用getOutputStream()方法获得的那个输出流。也就是说，当服务器向输出流写入信息时，客户端通过相应的输入流就能读取，反之亦然。?

21.2.3TCP网络程序设计

TCP通信方式呢 ?主要的通讯方式是一对一的通讯方式，也有着优点和缺点 ?它的优点对比于UDP来说就是更可靠 因为它的通讯方式是需要先发送消息 看看客户端是否能够接收到消息 如果没有回复消息的话 服务端 ?就不会发出文件 等待客户端回复消息，这个握手模式的话 ?就会非常可靠 ?以下代码进行讲解：
?

import java.io.*;
import java.net.*;

public class MyServer {
	private ServerSocket server; // 服务器套接字
	private Socket socket; // 客户端套接字

	void start() {// 启动服务器
		try {
			server = new ServerSocket(8998); // 服务器启用8998端口
			System.out.println("服务器套接字已经创建成功");
			while (true) {
				System.out.println("等待客户端的连接");
				socket = server.accept(); // 服务器监听客户端连接
				// 根据套接字字节流创建字符输入流
				BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
				while (true) {// 循环接受信息
					String message = reader.readLine();// 读取一行文本
					if ("exit".equals(message)) {// 如果客户端发来的内容为“exit”
						System.out.println("客户端退出");
						break;// 停止接受信息
					}
					System.out.println("客户端:" + message);
				}
				reader.close(); // 关闭流
				socket.close(); // 关闭套接字
			}
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		MyServer tcp = new MyServer();
		tcp.start(); // 启动服务器
	}
}

?

21.3 UPD程序

用户数据报协议(UDP)是网络信息传输的另一种形式。基于UDP的通信和基于TCP的通信不同，基于UDP的信息传递更快，但不提供可靠性保证。使用UDP传递数据时，用户无法知道数据能否正确地到达主机，也不能确定到达目的地的顺序是否和发送的顺序相同。虽然UDP是一种不可靠的协议，但如果需要较快地传输信息，并能容忍小的错误，可以考虑使用UDP。
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:
(1)使用DatagramSocket()创建一个数据包套接字。
(2)使用DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port)创建要发的数据包。
(3)使用DatagramSocket类的send()方法发送数据包。

接收数据包的步骤如下:

(1)使用DatagramSocket(int port)创建数据包套接字，绑定到指定的端口。

(2)使用DatagramPacket(byte[] buf, int length)创建字节数组来接收数据包。

(3)使用DatagramPacket类的receive(方法接收UDP包。
注意

DatagramSocket类的receive()方法接收数据时，如果还没有可以接收的数据，在正常情况下 receive()方法将阻害，一直等到网络上有数据传来，receive()方法接收该数据并返回。如果网络上没有数据发送过来，receive()方法也没有阻塞，肯定是程序有问题，大多数情况下是因为使用了一个被其他程序占用的端口号。

21.3.1DatagramPacket类

avanet 包的 DatagramPacket类用来表示数据包。DatagramPacket类的构造方法如下：?DatagramPacke1(byte]buf, int length).
?DatagramPackel(byse[] 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。在发送数据时，必须指定接收方的Socket地址和端口号，因此使用第二种构造方法可创建发送数据的DatagramPacket对象。

21.3.2DatagramSocket类

java.net 包中的DatagramSocket类用于表示发送和接收数据包的套接字。该类的构造方法如 下:? ?DatagramSocket()。
?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IP地址的情况。

最主要的是TCP和UDP两个部分 ?他们两主要的区别就是一个是一对一通信 ?一个是一对多通信 ? 当然两者都有各自的优势和劣势，接下来先讲解 TCP部分

21.3.3UPD网络程序设计

下面创建一个广播数据报程序

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
	}
}