Java网络编程 - 网络编程介绍 - 网络通信三要素

迷南。 2023-09-23 14:03 150阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  网络编程
 *   *  网络编程介绍
     *  网络通信三要素
     *   *  要素一: IP地址
         *   *  IP地址基本介绍
             *  IP地址的操作类
         *  要素二: 端口号
         *  要素三: 协议
         *   *  TCP协议
             *  UDP协议

## 网络编程 ##

### 网络编程介绍 ###

**什么是网络编程**?

> 网络编程可以让程序与网络上的其他设备中的程序进行数据交互。

**网络编程基本模式**:

> 常见的通信模式有如下2种形式：Client-Server(*CS: 客户端与服务器模式*) 、 Browser/Server(*BS: 浏览器与服务器模式*)

**Client-Server(CS)模式**

![在这里插入图片描述][c17ac0f0e8a446a09848c310421b3191.png_pic_center]

**Browser/Server(BS)模式**

![在这里插入图片描述][3a74ca74047a4e74ba3b079be920df65.png_pic_center]

### 网络通信三要素 ###

**实现网络编程关键的三要素**:

> IP地址：设备在网络中的地址，是唯一的标识。
> 
> 端口：应用程序在设备中唯一的标识。
> 
> 协议: 数据在网络中传输的规则，常见的协议有UDP协议和TCP协议。

![在这里插入图片描述][deab5ef70245434ba33deaef2eb3cd9a.png_pic_center]

#### 要素一: IP地址 ####

##### IP地址基本介绍 #####

> IP（Internet Protocol）：全称”互联网协议地址”，是分配给上网设备的唯一标志。
> 
> 常见的IP分类为：IPv4和IPv6

**IPV4**

> IPV4: 32位(四个字节)
> 
> IPV4每个字节表示一个整数, 每个整数之间使用逗号隔开

![在这里插入图片描述][3ed9a3868b3f49368d1ad24ab1c80700.png_pic_center]

**IPV6**

> IPv6：128位（16个字节），由于IPV4不够用, 所以出现了IPV6, IPV6号称可以为地球每一粒沙子编号。
> 
> IPv6分成8个整数，每个整数用四个十六进制位表示， 数之间用冒号（：）分开。

![在这里插入图片描述][78c58796318e4bbaa66393b475271f56.png_pic_center]

**IP地址形式**:

> 公网地址、和私有地址(局域网使用)。
> 
> 192.168. 开头的就是常见的局域网地址，范围即为192.168.0.0–192.168.255.255，专门为组织机构内部使用。

**IP常用命令**:

> ipconfig：查看本机IP地址
> 
> ping IP地址：检查网络是否连通

**特殊的IP地址**:

> 本机IP: 127.0.0.1或者localhost：称为回送地址也可称本地回环地址，只会寻找当前所在本机。

##### IP地址的操作类 #####

**IP地址操作类InetAddress的使用**

> 此类表示Internet协议（IP）地址。

**InetAddress API如下**:

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>名称</th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>static InetAddress getLocalHost()</td> 
   <td>返回本主机的地址对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>static InetAddress getByName(String host)</td> 
   <td>得到指定主机的IP地址对象，参数是域名或者IP地址</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getHostName()</td> 
   <td>获取此IP地址的主机名</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getHostAddress()</td> 
   <td>返回IP地址字符串</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>isReachable(int timeout)</td> 
   <td>在指定毫秒内连通该IP地址对应的主机，连通返回true</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

> 前两个静态方法用于获取地址对象

public static void main(String[] args) throws Exception {
        
        // 返回本机地址对象
        InetAddress ip1 = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println(ip1); // chenyqdeMacBook-Pro.local/127.0.0.1
    
        // 根据域名或IP地址返回地址对象
        InetAddress ip2 = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
        System.out.println(ip2); // www.baidu.com/183.232.231.172
    }

> 获取地址对象后, 可以根据地址对象获取主机名、地址字符串、是否连通等等。

public static void main(String[] args) throws Exception {
        
        // 返回本机地址对象
        InetAddress ip1 = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println(ip1); // chenyqdeMacBook-Pro.local/127.0.0.1
    
        // 主机名
        System.out.println(ip1.getHostName()); // chenyqdeMacBook-Pro.local
        // 主机地址
        System.out.println(ip1.getHostAddress()); // 127.0.0.1
        // 三秒内是否连通
        System.out.println(ip1.isReachable(3000)); // true
    }

#### 要素二: 端口号 ####

**端口号**:

> 端口号：标识正在计算机设备上运行的进程（程序），被规定为一个 16 位的二进制，范围是 0~65535。
> 
> 例如我们将IP地址看成是酒店名称, 那么端口号就是房间号; 有IP地址有端口号我们才可以准确的找到运行的程序

**端口类型**:

> 周知端口：0~1023，被预先定义的知名应用占用（如：HTTP占用 80，FTP占用21）
> 
> **注册端口**：1024~49151， 分配给用户进程或某些应用程序。（如：Tomcat占 用8080，MySQL占用3306）
> 
> 动态端口：49152到65535，之所以称为动态端口，是因为它一般不固定分配某种进程，而是动态分配。

**注意：我们自己开发的程序选择注册端口，且一个设备中不能出现两个程序的端口号一样，否则出错**

#### 要素三: 协议 ####

**通信协议**:

> 连接和通信数据的规则被称为网络通信协议

**网络通信协议有两套参考模型**:

> OSI参考模型：世界互联协议标准，全球通信规范，由于此模型过于理想化，未能在因特网上进行广泛推广。
> 
> TCP/IP参考模型(或TCP/IP协议)：事实上的国际标准。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>OSI参考模型</th> 
   <th>TCP/IP参考模型</th> 
   <th>各层对应</th> 
   <th>面向操作</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>应用层</td> 
   <td>应用层</td> 
   <td>HTTP、FTP、DNS、SMTP…</td> 
   <td>应用程序需要关注的：浏览器，邮箱。程序员一般在这一层开发</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>表示层</td> 
   <td></td> 
   <td></td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>会话层</td> 
   <td></td> 
   <td></td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>传输层</td> 
   <td>传输层</td> 
   <td>TCP、UDP…</td> 
   <td>选择使用的TCP , UDP协议</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>网络层</td> 
   <td>网络层</td> 
   <td>IP、ICMP…</td> 
   <td>封装源和目标IP，进行路径选择</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>数据链路层</td> 
   <td>数据链路层+物理</td> 
   <td>物理寻址、比特流…</td> 
   <td>物理设备中传输</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>物理层</td> 
   <td></td> 
   <td></td> 
   <td></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**传输层的两个常见的协议**:

> TCP(Transmission Control Protocol) ：传输控制协议
> 
> UDP(User Datagram Protocol)：用户数据报协议

##### TCP协议 #####

**TCP协议特点**:

> 使用TCP协议，必须双方先建立连接，它是一种面向连接的可靠通信协议。
> 
> 传输前，采用“三次握手”方式建立连接，所以是可靠的 。
> 
> 在连接中可进行大数据量的传输 。
> 
> 连接、发送数据都需要确认，且传输完毕后，还需释放已建立的连接，通信效率较低。

**TCP协议通信场景**:

> 对信息安全要求较高的场景，例如：文件下载、金融等数据通信

**TCP会进行三次握手确立连接**:

> 第一次握手: 客户端发送网络包，服务端收到了。
> 
>  *  服务器端得出结论: 客户端发送能力正常, 服务端接收能力正常
> 
> 第二次握手: 服务端发包，客户端收到了。
> 
>  *  客户端得出结论: 服务端的发送能力和接收能力正常, 客户端的发送能力和接收能力正常;
>  *  但是此时服务端并不知道客户端的接收能力是否正常, 所以就会进行第三次握手
> 
> 第三次握手: 客户端发包，服务端收到了。
> 
>  *  服务端得出结论: 客户端的接收、发送能力正常，服务器自己的发送、接收能力也正常。

![在这里插入图片描述][45937fb9435e46bea0c793f474ff6d6d.png_pic_center]

**TCP会进行四次挥手断开连接**:

> 第一次挥手: 客户端向服务端发送一个数据包
> 
>  *  告诉服务端：我要跟你断开连接了，不会再给你发数据了；
> 
> 第二次挥手: 服务端收到数据包后, 向客户端发送一个数据包
> 
>  *  服务端告诉客户端：我知道你要断开了，但是我还有数据没有发送完，等发送完了所有的数据就进行第三次挥手
> 
> 第三次挥手: 服务端向客户端发送一个数据包
> 
>  *  这是服务端告诉客户端：我的数据也发送完了，不再给你发数据了
> 
> 第四次挥手: 客户端收到数据包之后，一样发送一个 ACK 报文作为应答; 并经过一段时间发送确认包
> 
>  *  至此断开连接, 四次挥手结束

![在这里插入图片描述][c8e2587296de477db087187d9e257a59.png_pic_center]

##### UDP协议 #####

**UDP协议**:

> UDP是一种无连接、不可靠传输的协议。
> 
> 将数据源IP、目的地IP和端口封装成数据包，不需要建立连接
> 
> 每个数据包的大小限制在64KB内
> 
> 发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，故是不可靠的
> 
> 可以广播发送 ，发送数据结束时无需释放资源，开销小，速度快。

**UDP协议通信场景**:

> 语言通话, 视频通话

[c17ac0f0e8a446a09848c310421b3191.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/c17ac0f0e8a446a09848c310421b3191.png#pic_center
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[deab5ef70245434ba33deaef2eb3cd9a.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/deab5ef70245434ba33deaef2eb3cd9a.png#pic_center
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