Java学习笔记 28 - 网络传输之UDP、TCP协议
2018-08-24 本文已影响32人
乘风破浪的姐姐
本文内容介绍
1、网络三要素及传输协议
2、实现UDP协议的发送端和接收端
3、实现TCP协议的客户端和服务器
01 网络模型
TCP/IP协议中的四层分别是应用层、传输层、网络层和链路层，每层分别负责不同的通信功能.
链路层：链路层是用于定义物理传输通道，通常是对某些网络连接设备的驱动协议，例如针对光纤、网线提供的驱动。
网络层：网络层是整个TCP/IP协议的核心，它主要用于将传输的数据进行分组，将分组数据发送到目标计算机或者网络。
传输层：主要使网络程序进行通信，在进行网络通信时，可以采用TCP协议，也可以采用UDP协议。
应用层：主要负责应用程序的协议，例如HTTP协议、FTP协议等。
02 IP地址
在TCP/IP协议中，这个标识号就是IP地址，它可以唯一标识一台计算机，
目前，IP地址广泛使用的版本是IPv4，它是由4个字节大小的二进制数来表示，如：00001010000000000000000000000001。
由于二进制形式表示的IP地址非常不便记忆和处理，因此通常会将IP地址写成十进制的形式，
每个字节用一个十进制数字(0-255)表示，数字间用符号“.”分开，如 “192.168.1.100”
127.0.0.1 为本地主机地址(本地回环地址)
03端口号
通过IP地址可以连接到指定计算机，但如果想访问目标计算机中的某个应用程序，还需要指定端口号。
在计算机中，不同的应用程序是通过端口号区分的。
端口号是用两个字节（16位的二进制数）表示的，它的取值范围是0~65535，
其中，0~1023之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用，用户的普通应用程序需要使用1024以上的端口号，从而避免端口号被另外一个应用或服务所占用
04 InetAddress类
/*
* 表示互联网中的IP地址
* java.net.InetAddress
* 静态方法
* static InetAddress getLocalHost() LocalHost本地主机
* 返回本地主机,返回值InetAddress对象
*
* static InetAddress getByName(String hostName)传递主机名,获取IP地址对象
*
* 非静态方法
* String getHoustAddress()获取主机IP地址
* String getHoustName()获取主机名
*
*/
public class InetAddressDemo {
public static void main(String[] args)throws UnknownHostException {
function_1();
}
/*
* static InetAddress getByName(String hostName)传递主机名,获取IP地址对象
*/
public static void function_1()throws UnknownHostException {
InetAddress inet = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
System.out.println(inet);
}
/*
* static InetAddress getLocalHost() LocalHost本地主机
*/
public static void function() throws UnknownHostException{
InetAddress inet = InetAddress.getLocalHost();
//输出结果就是主机名,和 IP地址
System.out.println(inet.toString());
String ip = inet.getHostAddress();
String name = inet.getHostName();
System.out.println(ip+" "+name);
/*String host = inet.toString();
String[] str = host.split("/");
for(String s : str){
System.out.println(s);
}*/
}
}
05 UDP协议
a:UDP协议概述:
UDP是无连接通信协议，即在数据传输时，数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。
简单来说，当一台计算机向另外一台计算机发送数据时，发送端不会确认接收端是否存在，就会发出数据，同样接收端在收到数据时，也不会向发送端反馈是否收到数据。
b:UDP协议特点:
由于使用UDP协议消耗资源小，通信效率高，所以通常都会用于音频、视频和普通数据的传输例如视频会议都使用UDP协议，
因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。
06TCP协议
TCP协议是面向连接的通信协议，即在传输数据前先在发送端和接收端建立逻辑连接，然后再传输数据，它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。
在TCP连接中必须要明确客户端与服务器端，
由客户端向服务端发出连接请求，每次连接的创建都需要经过“三次握手”。
第一次握手，客户端向服务器端发出连接请求，等待服务器确认
第二次握手，服务器端向客户端回送一个响应，通知客户端收到了连接请求
第三次握手，客户端再次向服务器端发送确认信息，确认连接
07 数据包和发送对象介绍
DatagramPacket数据包的作用就如同是“集装箱”.
可以将发送端或者接收端的数据封装起来。然而运输货物只有“集装箱”是不够的，还需要有码头。
在程序中需要实现通信只有DatagramPacket数据包也同样不行，为此JDK中提供的一个DatagramSocket类。
DatagramSocket类的作用就类似于码头，使用这个类的实例对象就可以发送和接收DatagramPacket数据包
DatagramPacket:封装数据
DatagramSocket:发送DatagramPacket
08 UDP发送端
/*
* 实现UDP协议的发送端:
* 实现封装数据的类 java.net.DatagramPacket 将你的数据包装
* 实现数据传输的类 java.net.DatagramSocket 将数据包发出去
*
* 实现步骤:
* 1. 创建DatagramPacket对象,封装数据, 接收的地址和端口
* 2. 创建DatagramSocket
* 3. 调用DatagramSocket类方法send,发送数据包
* 4. 关闭资源
*
* DatagramPacket构造方法:
* DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)
*
* DatagramSocket构造方法:
* DatagramSocket()空参数
* 方法: send(DatagramPacket d)
*
*/
public class UDPSend {
public static void main(String[] args) throws IOException{
//创建数据包对象,封装要发送的数据,接收端IP,端口
byte[] date = "你好UDP".getBytes();
//创建InetAddress对象,封装自己的IP地址
InetAddress inet = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(date, date.length, inet,6000);
//创建DatagramSocket对象,数据包的发送和接收对象
DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
//调用ds对象的方法send,发送数据包
ds.send(dp);
//关闭资源
ds.close();
}
}
09 UDP接收端的拆包
/*
* 实现UDP接收端
* 实现封装数据包 java.net.DatagramPacket 将数据接收
* 实现输出传输 java.net.DatagramSocket 接收数据包
*
* 实现步骤:
* 1. 创建DatagramSocket对象,绑定端口号
* 要和发送端端口号一致
* 2. 创建字节数组,接收发来的数据
* 3. 创建数据包对象DatagramPacket
* 4. 调用DatagramSocket对象方法
* receive(DatagramPacket dp)接收数据,数据放在数据包中
* 5. 拆包
* 发送的IP地址
* 数据包对象DatagramPacket方法getAddress()获取的是发送端的IP地址对象
* 返回值是InetAddress对象
* 接收到的字节个数
* 数据包对象DatagramPacket方法 getLength()
* 发送方的端口号
* 数据包对象DatagramPacket方法 getPort()发送端口
* 6. 关闭资源
*/
public class UDPReceive {
public static void main(String[] args)throws IOException {
//创建数据包传输对象DatagramSocket 绑定端口号
DatagramSocket ds = new DatagramSocket(6000);
//创建字节数组
byte[] data = new byte[1024];
//创建数据包对象,传递字节数组
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(data, data.length);
//调用ds对象的方法receive传递数据包
ds.receive(dp);
//获取发送端的IP地址对象
String ip=dp.getAddress().getHostAddress();
//获取发送的端口号
int port = dp.getPort();
//获取接收到的字节个数
int length = dp.getLength();
System.out.println(new String(data,0,length)+"..."+ip+":"+port);
ds.close();
}
}
注意：先启动接收端，再运行发送端。然后查看接收端是否接收到发送端发送的信息
10 键盘输入的聊天
-
UDP发送端:
/* * 实现UDP发送,键盘输入的形式 * 输入完毕,发送给接收端 */ public class UDPSend { public static void main(String[] args) throws IOException{ Scanner sc = new Scanner(System.in); DatagramSocket ds = new DatagramSocket(); InetAddress inet = InetAddress.getByName("127.0.0.1"); while(true){ String message = sc.nextLine(); /*if("886".equals(message)){ break; }*/ byte[] date = message.getBytes(); DatagramPacket dp = new DatagramPacket(date, date.length, inet,6000); ds.send(dp); } // ds.close(); } } -
UDP接收端
/* * 实现UDP接收端 * 永不停歇的接收端 */ public class UDPReceive { public static void main(String[] args)throws IOException { //创建数据包传输对象DatagramSocket 绑定端口号 DatagramSocket ds = new DatagramSocket(6000); //创建字节数组 byte[] data = new byte[1024]; //创建数据包对象,传递字节数组 while(true){ DatagramPacket dp = new DatagramPacket(data, data.length); //调用ds对象的方法receive传递数据包 ds.receive(dp); //获取发送端的IP地址对象 String ip=dp.getAddress().getHostAddress(); //获取发送的端口号 int port = dp.getPort(); //获取接收到的字节个数 int length = dp.getLength(); System.out.println(new String(data,0,length)+"..."+ip+":"+port); } //ds.close(); } }
11 TCP的客户端和服务器
TCP通信同UDP通信一样，都能实现两台计算机之间的通信，通信的两端都需要创建socket对象。
区别在于，UDP中只有发送端和接收端，不区分客户端与服务器端，计算机之间可以任意地发送数据。
而TCP通信是严格区分客户端与服务器端的，在通信时，必须先由客户端去连接服务器端才能实现通信，
服务器端不可以主动连接客户端，并且服务器端程序需要事先启动，等待客户端的连接。
在JDK中提供了两个类用于实现TCP程序，一个是ServerSocket类，用于表示服务器端，一个是Socket类，用于表示客户端。
通信时，首先创建代表服务器端的ServerSocket对象，该对象相当于开启一个服务，并等待客户端的连接，然后创建代表客户端的Socket对象向服务器端发出连接请求，服务器端响应请求，两者建立连接开始通信。
12 TCP的服务器程序读取客户端数据
- TCP的服务器程序读取客户端数据
/* * 实现TCP客户端,连接到服务器 * 和服务器实现数据交换 * 实现TCP客户端程序的类 java.net.Socket * * 构造方法: * Socket(String host, int port) 传递服务器IP和端口号 * 注意:构造方法只要运行,就会和服务器进行连接,连接失败,抛出异常 * * OutputStream getOutputStream() 返回套接字的输出流 * 作用: 将数据输出,输出到服务器 * * InputStream getInputStream() 返回套接字的输入流 * 作用: 从服务器端读取数据 * * 客户端服务器数据交换,必须使用套接字对象Socket中的获取的IO流,自己new流,不行 */ public class TCPClient { public static void main(String[] args)throws IOException { //创建Socket对象,连接服务器 Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888); //通过客户端的套接字对象Socket方法,获取字节输出流,将数据写向服务器 OutputStream out = socket.getOutputStream(); out.write("服务器OK".getBytes()); socket.close(); } } /* * 实现TCP服务器程序 * 表示服务器程序的类 java.net.ServerSocket * 构造方法: * ServerSocket(int port) 传递端口号 * * 很重要的事情: 必须要获得客户端的套接字对象Socket * Socket accept() */ public class TCPServer { public static void main(String[] args) throws IOException{ ServerSocket server = new ServerSocket(8888); //调用服务器套接字对象中的方法accept() 获取客户端套接字对象 Socket socket = server.accept(); //通过客户端套接字对象,socket获取字节输入流,读取的是客户端发送来的数据 InputStream in = socket.getInputStream(); byte[] data = new byte[1024]; int len = in.read(data); System.out.println(new String(data,0,len)); } }
13 TCP的服务器和客户端的数据交换
- TCP的服务器和客户端的数据交换
/*
* 实现TCP客户端,连接到服务器
* 和服务器实现数据交换
* 实现TCP客户端程序的类 java.net.Socket
*
* 构造方法:
* Socket(String host, int port) 传递服务器IP和端口号
* 注意:构造方法只要运行,就会和服务器进行连接,连接失败,抛出异常
*
* OutputStream getOutputStream() 返回套接字的输出流
* 作用: 将数据输出,输出到服务器
*
* InputStream getInputStream() 返回套接字的输入流
* 作用: 从服务器端读取数据
*
* 客户端服务器数据交换,必须使用套接字对象Socket中的获取的IO流,自己new流,不行
*/
public class TCPClient {
public static void main(String[] args)throws IOException {
//创建Socket对象,连接服务器
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
//通过客户端的套接字对象Socket方法,获取字节输出流,将数据写向服务器
OutputStream out = socket.getOutputStream();
out.write("服务器OK".getBytes());
//读取服务器发回的数据,使用socket套接字对象中的字节输入流
InputStream in = socket.getInputStream();
byte[] data = new byte[1024];
int len = in.read(data);
System.out.println(new String(data,0,len));
socket.close();
}
}
/*
* 实现TCP服务器程序
* 表示服务器程序的类 java.net.ServerSocket
* 构造方法:
* ServerSocket(int port) 传递端口号
*
* 很重要的事情: 必须要获得客户端的套接字对象Socket
* Socket accept()
*/
public class TCPServer {
public static void main(String[] args) throws IOException{
ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
//调用服务器套接字对象中的方法accept() 获取客户端套接字对象
Socket socket = server.accept();
//通过客户端套接字对象,socket获取字节输入流,读取的是客户端发送来的数据
InputStream in = socket.getInputStream();
byte[] data = new byte[1024];
int len = in.read(data);
System.out.println(new String(data,0,len));
//服务器向客户端回数据,字节输出流,通过客户端套接字对象获取字节输出流
OutputStream out = socket.getOutputStream();
out.write("收到,谢谢".getBytes());
socket.close();
server.close();
}
}
14 TCP上传客户端
- TCP上传客户端
/*
* 实现TCP图片上传客户端
* 实现步骤:
* 1. Socket套接字连接服务器
* 2. 通过Socket获取字节输出流,写图片
* 3. 使用自己的流对象,读取图片数据源
* FileInputStream
* 4. 读取图片,使用字节输出流,将图片写到服务器
* 采用字节数组进行缓冲
* 5. 通过Socket套接字获取字节输入流
* 读取服务器发回来的上传成功
* 6. 关闭资源
*/
public class TCPClient {
public static void main(String[] args) throws IOException{
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8000);
//获取字节输出流,图片写到服务器
OutputStream out = socket.getOutputStream();
//创建字节输入流,读取本机上的数据源图片
FileInputStream fis = new FileInputStream("c:\\t.jpg");
//开始读写字节数组
int len = 0 ;
byte[] bytes = new byte[1024];
while((len = fis.read(bytes))!=-1){
out.write(bytes, 0, len);
}
//给服务器写终止序列
//socket.shutdownOutput();
//获取字节输入流,读取服务器的上传成功
InputStream in = socket.getInputStream();
len = in.read(bytes);
System.out.println(new String(bytes,0,len));
fis.close();
socket.close();
}
}
15 TCP上传服务器
- TCP上传服务器
/*
* TCP图片上传服务器
* 1. ServerSocket套接字对象,监听端口8000
* 2. 方法accept()获取客户端的连接对象
* 3. 客户端连接对象获取字节输入流,读取客户端发送图片
* 4. 创建File对象,绑定上传文件夹
* 判断文件夹存在, 不存,在创建文件夹
* 5. 创建字节输出流,数据目的File对象所在文件夹
* 6. 字节流读取图片,字节流将图片写入到目的文件夹中
* 7. 将上传成功会写客户端
* 8. 关闭资源
*
*/
public class TCPServer {
public static void main(String[] args) throws IOException{
ServerSocket server = new ServerSocket(8000);
Socket socket = server.accept();
//通过客户端连接对象,获取字节输入流,读取客户端图片
InputStream in = socket.getInputStream();
//将目的文件夹封装到File对象
File upload = new File("d:\\upload");
if(!upload.exists())
upload.mkdirs();
//创建字节输出流,将图片写入到目的文件夹中
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(upload+"t.jpg");
//读写字节数组
byte[] bytes = new byte[1024];
int len = 0 ;
while((len = in.read(bytes))!=-1){
fos.write(bytes, 0, len);
}
//通过客户端连接对象获取字节输出流
//上传成功写回客户端
socket.getOutputStream().write("上传成功".getBytes());
fos.close();
socket.close();
server.close();
}
}
18 TCP图片上传问题解决
/*
* 实现TCP图片上传客户端
* 实现步骤:
* 1. Socket套接字连接服务器
* 2. 通过Socket获取字节输出流,写图片
* 3. 使用自己的流对象,读取图片数据源
* FileInputStream
* 4. 读取图片,使用字节输出流,将图片写到服务器
* 采用字节数组进行缓冲
* 5. 通过Socket套接字获取字节输入流
* 读取服务器发回来的上传成功
* 6. 关闭资源
*/
public class TCPClient {
public static void main(String[] args) throws IOException{
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8000);
//获取字节输出流,图片写到服务器
OutputStream out = socket.getOutputStream();
//创建字节输入流,读取本机上的数据源图片
FileInputStream fis = new FileInputStream("c:\\t.jpg");
//开始读写字节数组
int len = 0 ;
byte[] bytes = new byte[1024];
while((len = fis.read(bytes))!=-1){
out.write(bytes, 0, len);
}
//给服务器写终止序列
socket.shutdownOutput();//想服务端写入一个结束标志
//获取字节输入流,读取服务器的上传成功
InputStream in = socket.getInputStream();
len = in.read(bytes);
System.out.println(new String(bytes,0,len));
fis.close();
socket.close();
}
}
19 TCP上传文件名
- TCP上传文件名
/*
* TCP图片上传服务器
* 1. ServerSocket套接字对象,监听端口8000
* 2. 方法accept()获取客户端的连接对象
* 3. 客户端连接对象获取字节输入流,读取客户端发送图片
* 4. 创建File对象,绑定上传文件夹
* 判断文件夹存在, 不存,在创建文件夹
* 5. 创建字节输出流,数据目的File对象所在文件夹
* 6. 字节流读取图片,字节流将图片写入到目的文件夹中
* 7. 将上传成功会写客户端
* 8. 关闭资源
*
*/
public class TCPServer {
public static void main(String[] args) throws IOException{
ServerSocket server = new ServerSocket(8000);
Socket socket = server.accept();
//通过客户端连接对象,获取字节输入流,读取客户端图片
InputStream in = socket.getInputStream();
//将目的文件夹封装到File对象
File upload = new File("d:\\upload");
if(!upload.exists())
upload.mkdirs();
//防止文件同名被覆盖,从新定义文件名字
//规则: 域名+毫秒值+6位随机数
String filename="itcast"+System.currentTimeMillis()+new Random().nextInt(999999)+".jpg";
//创建字节输出流,将图片写入到目的文件夹中
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(upload+File.separator+filename);
//读写字节数组
byte[] bytes = new byte[1024];
int len = 0 ;
while((len = in.read(bytes))!=-1){
fos.write(bytes, 0, len);
}
//通过客户端连接对象获取字节输出流
//上传成功写回客户端
socket.getOutputStream().write("上传成功".getBytes());
fos.close();
socket.close();
server.close();
}
}
20 多线程上传案例
public class TCPThreadServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket server = new ServerSocket(8000);
while (true) {
// 获取到一个客户端,必须开启新线程,为这个客户端服务
Socket socket = server.accept();
new Thread(new Upload(socket)).start();
}
}
}
public class Upload implements Runnable {
private Socket socket;
public Upload(Socket socket) {
this.socket = socket;
}
public void run() {
try {
// 通过客户端连接对象,获取字节输入流,读取客户端图片
InputStream in = socket.getInputStream();
// 将目的文件夹封装到File对象
File upload = new File("d:\\upload");
if (!upload.exists())
upload.mkdirs();
// 防止文件同名被覆盖,从新定义文件名字
// 规则: 域名+毫秒值+6位随机数
String filename = "itcast" + System.currentTimeMillis() + new Random().nextInt(999999) + ".jpg";
// 创建字节输出流,将图片写入到目的文件夹中
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(upload + File.separator + filename);
// 读写字节数组
byte[] bytes = new byte[1024];
int len = 0;
while ((len = in.read(bytes)) != -1) {
fos.write(bytes, 0, len);
}
// 通过客户端连接对象获取字节输出流
// 上传成功写回客户端
socket.getOutputStream().write("上传成功".getBytes());
fos.close();
socket.close();
} catch (Exception ex) {
}
}
}
