Java网络编程 TCP与UDP协议

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2024-02-05 13:00 54阅读 0赞

## **网络编程** ##

### 什么是计算机网络? ###

*  **把分布在不同地理区域的具有独立功能的计算机,通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统**

简单来说就是把不同地区的计算机通过设备连接起来,实现不同地区之前的数据传输

### 网络编程是干什么的? ###

*  **`网络编程`是借助计算机网络,实现我们所写的程序,在不同电脑上,可进行数据的传输**
 *  **`java`是支持网络间的数据传输的,降低层细节封装起来了,给程序员提供了一套标准的类库很方便使用java语言开发可以进行网络通信的软件**
 *  **网络编程的核心问题**
    
     *  如何找到网络世界中的恶目标主机,以及目标软件
     *  在终端 使用 ipconfig 指令查看ip
     *  如何安全可靠的进行数据传输 协议 规则

#### 网络的一些基本知识 ####

*  网络模型
 *  OSI参考模型 是一个理想化的标准模型
    
     *  分成七层
 *  TCP/IP参考模型
    
     *  分成四层
     *  应用层(http)
     *  运输层(协议)
     *  网络层(ip)
     *  物理链路层(硬件设备)

如下:

![image-20231022180449559][]

![image-20231022180529233][]

*  **通信要素 ip 端口 协议**
    
     *  **`IP`**:在网络世界中,是计算机的地址
     *  **`局域网地址`**: `192.168.1.20` 连接到路由器,会自动分配`IP`
     *  **`广域网地址`**: 家里的宽带 与外界连接
     *  **`本机地址`**: 本地回环地址 `127.0.0.1`
     *  **`端口`**:计算机中运行中的程序的编号,对应的是程序
        
         *  端口号0-65535之间 由于0-1024被一些系统程序使用,所以我们开发的程序可以从  
            1024-655335区设定端口,但是不能与已有的发生冲突
     *  **`ip+端口`** 找到目标计算机 以及你想要的程序

![image-20231022180547107][]

#### 如何进行安全信息传输–传输协议 ####

*  **Java中分为两种编程协议**
    
     *  TCP
     *  UDP

##### TCP协议通信原理 #####

先检测网络是否通畅,客户端是否能连接到服务器端  
如果能连接到,则进行数据的传输,如果连接不到,就会报错  
采用3次握手的机制 (**连接请求**)  
1.第一次客户端给服务器发送一个信息  
2.服务器收到客户端的请求后,需要给客户端做出一个反馈(表示服务器端收到客户端消息)  
3.客户端收到服务器端确认反馈后,再一次向服务器发送一个反馈,以确保服务器知道他的  
反馈,客户端是收到 (表示客户端成功收到服务器端消息)

**TCP是可靠的安全的,相对于UDP效率低**

![image-20231023224832805][]

四次挥手(**端来请求**)

*  1.客户端 向服务器端发送一个断开请求
 *  2.服务器端 向客服发出一个反馈
 *  3.服务器端把没有发完的数据全部发送
 *  4.客户端再向服务器端发送最终断开的信号

![image-20231023225803452][]

##### UDP协议通信原理 #####

*  将数据分装成一个一个数据报
 *  包含 数据 源(自己电脑ip) 目标(接受ip 端口)
 *  只管发送 是否成功,不知道
 *  是不安全的,但是效率高

**不用建立连接,直接发送**

![image-20231207193831271][]

#### TCP编程 ####

**服务端**

`ServerSocket`常用的方法

*  `Socket accept() throws IOException`
    
     *  等待客户端的连接请求,返回与该客户端进行通信的Socket对象
 *  `void close() throws IOException`
    
     *  关闭监听Socket

package day15;
    
    import java.io.*;
    import java.net.ServerSocket;
    import java.net.Socket;
    /*
    服务器端
     */
    public class Server {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //创建并启动服务器
            try{
        
                ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
                System.out.println("服务器启动成功");
    
                while(true) {
        
                    Socket socket = serverSocket.accept();//监听有没有客户端连接到服务器,监听时,会阻塞程序
                    System.out.println("有傻逼端连接到服务器");
                    //接收客户端发送的数据
                    InputStream inputStream = socket.getInputStream();
                    //下面过于复杂,可以调用DataInputStream  但是必须对应DataOutputStream
    //                byte[] bytes = new byte[100];
    //                int size = inputStream.read(bytes);
    //                String s = new String(bytes, 0, size);
    //                System.out.println(s);
                    DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);
                    String s= dataInputStream.readUTF();
                    System.out.println(s);
    
    
                    //服务器向客户端发送消息
                    OutputStream outputStream =socket.getOutputStream();
                    DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream);
                    dataOutputStream.writeUTF("已经收到");
    
                    // 确保数据被发送出去，并释放资源
                    dataOutputStream.flush();
                    dataOutputStream.close();
                    socket.close();
                }
            } catch (IOException e) {
        
                e.printStackTrace();
                System.out.println("服务器启动失败,端口被占用");
            }
        }
    }

**客户端**

**常用方法**

*  `void close() throws IOException`
    
     *  关闭Socket 不可以在以后得网络连接中使用 除非创建新的套接字
 *  `InputStream getInputStream() throws IOException`
    
     *  获取与Socket相关联的字节输入流,用于从Socket中读入数据
 *  `OutputStream getOutputStream() throws IOException`
    
     *  获取与Socket相关联的字节输出流 ,用于向Socket中写入数据

package day15;
    import java.io.*;
    import java.net.Socket;
    /*
    客户端
     */
    public class Client {
        
        public static void main(String[] args)  {
        
    
            //创建客户端
            //127.0.0.1自己地址
           try {
        
    
                   //向服务器发送
                   Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9999);
                   //在客户端向服务器端发送一句话
                   OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();//获取输出流
                   DataOutputStream dataOutputStream =new DataOutputStream(outputStream);
    
                   String s = "你好";
                   dataOutputStream.writeUTF(s);
    
                   //接受服务器
                   InputStream inputStream = socket.getInputStream();
                   DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);
                   System.out.println(dataInputStream.readUTF());
    
    
           } catch (IOException e) {
        
               e.printStackTrace();
               System.out.println("连接服务器失败");
           }
        }
    }

#### UDP编程 ####

**服务端**

package day16;
    
    import java.io.IOException;
    import java.net.DatagramPacket;
    import java.net.DatagramSocket;
    import java.net.SocketException;
    
    public class UDPReceive {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            try {
        
                while(true){
        
                    //接受数据的对象
                    DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(9999);
    
                    byte[] bytes = new byte[100];
                    //接受数据包
                    DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(bytes,0, bytes.length);
                    datagramSocket.receive(datagramPacket);
                    String s = new String(bytes,0,datagramPacket.getLength());
                    System.out.println(s);
                    datagramSocket.close();
                }
            } catch (SocketException e) {
        
                e.printStackTrace();
            } catch (IOException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
    
        }
    }

**客户端**

package day16;
    
    import java.io.IOException;
    import java.net.*;
    
    //发送端
    public class UDPSendDemo {
        
    
        public static void main(String[] args) {
        
            try {
        
                DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();//负责发送数据报
                byte[] bytes = "你好sb邓钦文".getBytes();
                DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(bytes,0, bytes.length, InetAddress.getByName("127.0.0.1"),9999);
    
                //发送(datagramSocket方法)
                datagramSocket.send(datagramPacket);
                datagramSocket.close();
            } catch (SocketException e) {
        
                e.printStackTrace();
            } catch (UnknownHostException e) {
        
                e.printStackTrace();
            } catch (IOException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    }

#### TCP 与 UDP的区别 ####

`TCP`（传输控制协议）和`UDP`（用户数据报协议）都是网络传输层协议，用于在网络中传输数据。它们之间的主要区别在于`连接方式`、`可靠性`、`数据流方式`和`功能`。

1.  **连接方式**：
    
     *  `TCP`是面向连接的协议，发送方和接收方在发送数据之前，必须通过三次握手建立连接。这个过程确保了双方都已准备好进行数据传输。
     *  `UDP`是无连接的协议，发送方在向接收方发送数据时不需要建立连接。这意味着`UDP`可以更快地发送数据，但也可能导致数据的丢失或乱序。
2.  **可靠性**：
    
     *  `TCP`通过序号机制、确认机制、超时重传机制和数据校验来保证传输的可靠性。如果数据在传输过程中丢失或损坏，`TCP`会重新发送数据，直到接收方成功接收为止。
     *  `UDP`只添加了端口和差错检查的功能，不提供数据的可靠性保证。因此，`UDP`在传输过程中可能会出现数据**丢失或乱序**的情况。
3.  **数据流方式**：
    
     *  `TCP`是面向字节流的协议，将应用层传递下来的数据当做无结构的数据流进行处理。`TCP`不知道所传数据的具体含义，只是将数据块拼接成一个段进行发送。
     *  `UDP`是面向报文的协议，发送方的`UDP`对应用程序交下来的报文添加首部后直接向下交付IP层。每个报文都是**独立发送**的，不需要进行拼接。
4.  **功能**：
    
     *  `TCP`支持单播、多播和广播的功能，可以实现一对一、一对多、多对多和多对一的数据传输。
     *  `UDP`同样支持这些传输方式，但由于其无连接的特性，使得UDP在实时性要求较高的场景中更为适用，如视频流、音频流等。

![tcp\_udp1][tcp_udp1]

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[image-20231023225803452]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/05/3e09bf97857a4907b3649e9aa88b6f0e.png
[image-20231207193831271]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/05/18adab9c12224fe5a65c0b2b75b1aed3.png
[tcp_udp1]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/05/d492ef10dd4741aea4c7436f19e85828.png