TCP/IP协议网络编程以及UDP和TCP之传输协议

1.什么是TCP/IP协议?

网络编程协议有很多,目前应用最广泛的是TCP/IP协议(Transmission Control Protocal/Internet Protoal 传输控制协议/英特网互联协议)

TCP/IP协议层次结构比较简单,共分为四层,如图所示：

TCP/IP共分为四层:应用层.传输层,网络层,链路层,每层分别负责不同的通信功能。

链路层:链路层是定义物理传输通道,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,它主要是传输数据进行分组,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讯,可以采用UDP协议和TCP协议。

应用层:主要负责应用程序的协议,例如HTTP协议和FTP协议。

2.什么是IP和端口号?

IP:要想使网络中计算机之间进行通讯,必须给每台计算机指定一个标识号(IP),通过这个(IP)计算机来指定接收数据的计算机和发送数据的计算机。

网络中一台计算机可以通过IP地址去访问另一台计算机，并通过端口号访问目标计算机中的某个应用程序。

3.InetAddress类,提供一系列IP地址的相关方法。

该类封装了一个IP地址,提供了一系列IP地址相关的方法,InetAddress类的常用方法:

常用方法，如下:

public class Example01 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        InetAddress local = InetAddress.getLocalHost();
        InetAddress remote = InetAddress.getByName("www.itcast.cn");
        System.out.println("本机的IP地址：" + local.getHostAddress());
        System.out.println("itcast的IP地址：" + remote.getHostAddress());
        System.out.println("itcast的主机名为：" + remote.getHostName());
    }
}

4.UDP与TCP协议

在TCP/IP结构中,传输层有两个重要的高级协议,UDP和TCP。

UDP是:User Datagram Protocol 的简称,称为用户数据协议。

TCP是:Transmission Control Protocol 的简称,称为传输控制的协议。

4.1.UDP协议

它是无线连接通讯协议,发送端和接收端不建立通讯连接。

简单来说:当一台计算机向另一台计算机发送数据,发送端不会确定接收端是否存在,就会发送数据,同样

接收端接收数据后,不会像发送端进行反馈,类似于get和post请求。

UDP协议的优点:

消耗资源小,通讯效率高,

常用于音频,视频和普通数据传输,一般视频会议都用UDP传输。

4.2.TCP协议

TCP协议是面向连接通讯协议,在传输数据前先建立发送端和接收端的连接,TCP中必须确定客户端和服务端,每次创建连接必须经历三次握手

第一次握手,客户端向服务端发送连接请求,等待服务器确认

第二次握手,服务器向客户端回送一个响应,通知客户端接收到连接请求,

第三次握手,客户端向服务器发送确认,确认连接

TCP的优点：

保证传输数据的安全性和完整性,不存在丢包。

一般下载文件都必须使用TCP协议。

5.UDP通信

5.1.DatagramPacket类：

该类的实例对象就相当于一个集装箱，用于封装UDP通信中发送或者接收的数据。

DatagramPacket的构造方法 分别 发送端和接收端：

接收端：

DatagramPacket的构造方法：

接收端：

发送端：

发送端一定要明确指出数据的目的地(ip地址和端口号)，而接收端不需要明确知道数据的来源，只需要接收到数据即可。

5.2.DatagramSocket类

DatagramSocket相当于一个码头,DatagramPacket相当于集装箱,这个类的实例对象就可以发送和接收DatagramPacket数据包。

DatagramSocket类可以分为 发送端和接收端

发送端：

该构造方法用于创建发送端的DatagramSocket对象，在创建DatagramSocket对象时，并没有指定端口号，此时，

系统会分配一个没有被其它网络程序所使用的端口号。

接收端：

该构造方法既可用于创建接收端的DatagramSocket对象，又可以创建发送端的DatagramSocket对象，

在创建接收端的DatagramSocket对象时，必须要指定一个端口号，这样就可以监听指定的端口。

5.3.UDP网络程序

l  UDP完成数据的发送

/*
* 发送端
 * 1,创建DatagramSocket对象
 * 2，创建DatagramPacket对象，并封装数据
 * 3，发送数据
 * 4，释放流资源
 */
public class UDPSend {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1,创建DatagramSocket对象
        DatagramSocket sendSocket = new DatagramSocket();
        //2，创建DatagramPacket对象，并封装数据
        //public DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address,  int port)
        //构造数据报包，用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。
        byte[] buffer = "hello,UDP".getBytes();
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, InetAddress.getByName("192.168.75.58"), 12306);
        //3，发送数据
        //public void send(DatagramPacket p) 从此套接字发送数据报包
        sendSocket.send(dp);
        //4，释放流资源
        sendSocket.close();
    }
}

l  UDP完成数据的接收

/*
 * UDP接收端
 *
 * 1,创建DatagramSocket对象
 * 2,创建DatagramPacket对象
 * 3,接收数据存储到DatagramPacket对象中
 * 4,获取DatagramPacket对象的内容
 * 5,释放流资源
 */
public class UDPReceive {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1,创建DatagramSocket对象,并指定端口号
        DatagramSocket receiveSocket = new DatagramSocket(12306);
        //2,创建DatagramPacket对象, 创建一个空的仓库
        byte[] buffer = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buffer, 1024);
        //3,接收数据存储到DatagramPacket对象中
        receiveSocket.receive(dp);
        //4,获取DatagramPacket对象的内容
        //谁发来的数据  getAddress()
        InetAddress ipAddress = dp.getAddress();
        String ip = ipAddress.getHostAddress();//获取到了IP地址
        //发来了什么数据  getData()
        byte[] data = dp.getData();
        //发来了多少数据 getLenth()
        int length = dp.getLength();
        //显示收到的数据
        String dataStr = new String(data,0,length);
        System.out.println("IP地址："+ip+ "数据是"+ dataStr);
        //5,释放流资源
        receiveSocket.close();
    }
}

6.TCP通信

TCP和UDP一样,都是为了实现两台计算机的通信,通信两端都需要建立 socket 对象。

区别:

在于UDP只有发送端和接收端,不区分客户端和服务器,计算机之间可以任意发送数据。

而TCP严格区分客户端和服务器,必须先有客户端连接上服务器才可以实现通信。

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。

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。

使用该构造方法在创建ServerSocket对象时，就可以将其绑定到一个指定的端口号上（参数port就是端口号）。

6.1 TCP网络编程

要实现TCP通信需要创建一个服务器端程序和一个客户端程序，为了保证数据传输的安全性，首先需要实现服务器端程序。

/*
 * TCP 服务器端
 *
 * 1,创建服务器ServerSocket对象（指定服务器端口号）
 * 2，开启服务器了，等待客户端的连接，当客户端连接后，可以获取到连接服务器的客户端Socket对象
 * 3,给客户端反馈信息
 * 4,关闭流资源
 */
public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1,创建服务器ServerSocket对象（指定服务器端口号）
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
        //2，开启服务器了，等待客户端的连接，当客户端连接后，可以获取到连接服务器的客户端Socket对象
        Socket s = ss.accept();
        //3,给客户端反馈信息
        /*
         * a,获取客户端的输出流
         * b,在服务端端，通过客户端的输出流写数据给客户端
         */
        //a,获取客户端的输出流
        OutputStream out = s.getOutputStream();
        //b,在服务端端，通过客户端的输出流写数据给客户端
        out.write("你已经连接上了服务器".getBytes());
        //4,关闭流资源
        out.close();
        s.close();
        //ss.close();  服务器流 通常都是不关闭的
    }
}

完成了服务器端程序的编写，接下来编写客户端程序。

/*
 * TCP 客户端
 *
 * 1，创建客户端Socket对象,（指定要连接的服务器地址与端口号）
 * 2,获取服务器端的反馈回来的信息
 * 3,关闭流资源
 */
public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1，创建客户端Socket对象,（指定要连接的服务器地址与端口号）
        Socket s = new Socket("192.168.74.58", 8888);
        //2,获取服务器端的反馈回来的信息
        InputStream in = s.getInputStream();
        //获取获取流中的数据
        byte[] buffer = new byte[1024];
        //把流中的数据存储到数组中，并记录读取字节的个数
        int length = in.read(buffer);
        //显示数据
        System.out.println( new String(buffer, 0 , length) );
        //3,关闭流资源
        in.close();
        s.close();
    }
}

6.2.文件上传案例：

服务器都会提供文件上传的功能，由于文件上传需要数据的安全性和完整性，很明显需要使用TCP协议来实现。

首先编写服务器端程序，用来接收图片

/*
 * 文件上传  服务器端
 *
 */
public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1,创建服务器，等待客户端连接
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        Socket clientSocket = serverSocket.accept();
        //显示哪个客户端Socket连接上了服务器
        InetAddress ipObject = clientSocket.getInetAddress();//得到IP地址对象
        String ip = ipObject.getHostAddress(); //得到IP地址字符串
        System.out.println("小样，抓到你了，连接我！！" + "IP:" + ip);

        //7,获取Socket的输入流
        InputStream in = clientSocket.getInputStream();
        //8,创建目的地的字节输出流   D:\\upload\\192.168.74.58(1).jpg
        BufferedOutputStream fileOut = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("D:\\upload\\192.168.74.58(1).jpg"));
        //9,把Socket输入流中的数据，写入目的地的字节输出流中
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len = -1;
        while((len = in.read(buffer)) != -1){
            //写入目的地的字节输出流中
            fileOut.write(buffer, 0, len);
        }

        //-----------------反馈信息---------------------
        //10,获取Socket的输出流, 作用：写反馈信息给客户端
        OutputStream out = clientSocket.getOutputStream();
        //11,写反馈信息给客户端
        out.write("图片上传成功".getBytes());

        out.close();
        fileOut.close();
        in.close();
        clientSocket.close();
        //serverSocket.close();
    }
}

l  编写客户端，完成上传图片

/*
 * 文件上传 客户端
 *
 * public void shutdownOutput()  禁用此Socket的输出流,间接的相当于告知了服务器数据写入完毕
 */
public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //2,创建客户端Socket，连接服务器
        Socket socket = new Socket("192.168.74.58", 8888);
        //3,获取Socket流中的输出流，功能：用来把数据写到服务器
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        //4,创建字节输入流，功能：用来读取数据源(图片)的字节
        BufferedInputStream fileIn = new BufferedInputStream(new FileInputStream("D:\\NoDir\\test.jpg"));
        //5,把图片数据写到Socket的输出流中(把数据传给服务器)
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len = -1;
        while ((len = fileIn.read(buffer)) != -1){
            //把数据写到Socket的输出流中
            out.write(buffer, 0, len);
        }
        //6,客户端发送数据完毕，结束Socket输出流的写入操作，告知服务器端
        socket.shutdownOutput();

        //-----------------反馈信息---------------------
        //12,获取Socket的输入流  作用： 读反馈信息
        InputStream in = socket.getInputStream();
        //13,读反馈信息
        byte[] info = new byte[1024];
        //把反馈信息存储到info数组中，并记录字节个数
        int length = in.read(info);
        //显示反馈结果
        System.out.println( new String(info, 0, length) );

        //关闭流
        in.close();
        fileIn.close();
        out.close();
        socket.close();
    }
}

6.3.文件上传多线程版本：

实现服务器端可以同时接收多个客户端上传的文件。

l  我们要修改服务器端代码

/*
 * 文件上传多线程版本, 服务器端
 */
public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1,创建服务器，等待客户端连接
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);

        //实现多个客户端连接服务器的操作
        while(true){
            final Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            //启动线程，完成与当前客户端的数据交互过程
            new Thread(){
                public void run() {
                    try{
                        //显示哪个客户端Socket连接上了服务器
                        InetAddress ipObject = clientSocket.getInetAddress();//得到IP地址对象
                        String ip = ipObject.getHostAddress(); //得到IP地址字符串
                        System.out.println("小样，抓到你了，连接我！！" + "IP:" + ip);

                        //7,获取Socket的输入流
                        InputStream in = clientSocket.getInputStream();
                        //8,创建目的地的字节输出流   D:\\upload\\192.168.74.58(1).jpg
                        BufferedOutputStream fileOut = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("D:\\upload\\"+ip+"("+System.currentTimeMillis()+").jpg"));
                        //9,把Socket输入流中的数据，写入目的地的字节输出流中
                        byte[] buffer = new byte[1024];
                        int len = -1;
                        while((len = in.read(buffer)) != -1){
                            //写入目的地的字节输出流中
                            fileOut.write(buffer, 0, len);
                        }

                        //-----------------反馈信息---------------------
                        //10,获取Socket的输出流, 作用：写反馈信息给客户端
                        OutputStream out = clientSocket.getOutputStream();
                        //11,写反馈信息给客户端
                        out.write("图片上传成功".getBytes());

                        out.close();
                        fileOut.close();
                        in.close();
                        clientSocket.close();
                    } catch(IOException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                };
            }.start();
        }

        //serverSocket.close();
    }
}

这样就可以了。