Socket网络通讯基础（第八天）

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-05-09 08:54 134阅读 0赞

# 什么是网络模型 #

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][Link 1]\*\*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。

## IP地址与域名 ##

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][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。

**IP、域名：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。**

## 端口号的概念 ##

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。

**端口：定位到具体应用程序。**

# Socket入门 #

## 什么是Socket ##

1.  Socket就是为网络服务提供的一种机制。
2.  通讯的两端都有Sokcet。
3.  网络通讯其实就是Sokcet间的通讯。
4.  数据在两个Sokcet间通过IO传输。

## TCP与UDP在概念上的区别 ##

\*\*udp: \*\*

*  是面向无连接, 将数据及源的封装成数据包中,不需要建立连接；
 *  每个数据报的大小在限制64k内；
 *  因无连接,是不可靠协议；
 *  不需要建立连接,速度快。

**tcp**

*  建议连接，形成传输数据的通道；
 *  在连接中进行大数据量传输，以字节流方式；
 *  通过三次握手完成连接,是可靠协议；
 *  必须建立连接m效率会稍低。

# UDP协议 #

//socket服务器端 class UdpSocketServer { public static void main(String[] args) throws IOException { System.out.println("udp服务器端启动连接...."); DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8080); byte[] bytes = new byte[1024]; DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length); // 阻塞,等待接受客户端发送请求 ds.receive(dp); System.out.println("来源:"+dp.getAddress()+",端口号:"+dp.getPort()); // 获取客户端请求内容 String str=new String(dp.getData(),0,dp.getLength()); System.out.println("str:"+str); ds.close(); } }

// udp客户端代码 public class UdpClient { public static void main(String[] args) throws IOException { System.out.println("udp客户端启动连接...."); DatagramSocket ds = new DatagramSocket(); String str="李四你好"; byte[] bytes= str.getBytes(); DatagramPacket dp= new DatagramPacket(bytes, bytes.length,InetAddress.getByName("127.0.0.1"),8080); ds.send(dp); ds.close(); } }

# TCP协议 #

## **TCP握手协议** ##

**在TCP/IP协议中，TCP协议采用三次握手建立一个连接。**

1.  建立连接时，客户端发送SYN包(SYN=J)到服务器，并进入SYN\_SEND状态，等待服务器确认；
2.  服务器收到SYN包，必须确认客户的SYN（ACK=J+1），同时自己也发送一个SYN包（SYN=K），即SYN+ACK包，此时服务器V状态；
3.  客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ACK=K+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

**完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据。**

## TCP分手协议 ##

1.  客户端A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送。
2.  服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。
3.  服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A。
4.  客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1。

//tcp服务器端... class TcpServer { public static void main(String[] args) throws IOException { System.out.println("socket tcp服务器端启动...."); ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080); // 等待客户端请求 Socket accept = serverSocket.accept(); InputStream inputStream = accept.getInputStream(); // 转换成string类型 byte[] buf = new byte[1024]; int len = inputStream.read(buf); String str = new String(buf, 0, len); System.out.println("服务器接受客户端内容:" + str); serverSocket.close(); } }

// TCP客户端 public class TcpClient { public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException { System.out.println("socket tcp 客户端启动...."); Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8080); OutputStream outputStream = socket.getOutputStream(); outputStream.write("我是张三".getBytes()); socket.close(); } }

# BIO与NIO #

**IO(BIO)**：和NIO区别:其本质就是阻塞和非阻塞的区别

**阻塞概念**：应用程序在获取网络数据的时候,如果网络传输数据很慢，就会一直等待,直到传输完毕为止。

**非阻塞概念**：应用程序直接可以获取已经准备就绪好的数据,无需等待。

IO为同步阻塞形式，NIO为同步非阻塞形式，NIO并没有实现异步，在JDK1.7后升级NIO库包，支持异步非阻塞

**同步模型NIO2.0(AIO)**

**BIO**：同步阻塞式IO，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，当然可以通过线程池机制改善。  
**NIO**：同步非阻塞式IO，服务器实现模式为一个请求一个线程，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理。  
**AIO(NIO.2)**：异步非阻塞式IO，服务器实现模式为一个有效请求一个线程，客户端的I/O请求都是由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理。

**同步时**，应用程序会直接参与IO读写操作,并且我们的应用程序会直接阻塞到某一个方法上,直到数据准备就绪；或者采用轮训的策略实时检查数据的就绪状态,如果就绪则获取数据。

**异步时**，则所有的IO读写操作交给操作系统,与我们的应用程序没有直接关系，我们程序不需要关系IO读写，当操作系统完成了IO读写操作时，会给我们应用程序发送通知，我们的应用程序直接拿走数据极即可。

# 笔试题 #

1.  为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？
    
    这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它可以把ACK和SYN（ACK起应答作用，而SYN起同步作用）放在 一个报文里来发送，但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可以 未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报 文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。
2.  为什么TIME\_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？
    
    这是因为虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比从SYN\_SEND状态到ESTABLISH状态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到，因此对方处于LAST\_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME\_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。

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