【JavaEE】网络原理之初识（1.0）

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局域网与广域网 

IP地址和端口号 

实现简单的服务器客户端交互

简单理解socket 

TCP和UDP的差别（初识）

socket面对udp 

DatagramSocket API

DatagramSocket 构造方法

DatagramSocket 方法：

DatagramPacket API 

DatagramPacket 构造方法：

DatagramPacket 方法：

实现回显服务器和客户端

网络协议 

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局域网与广域网 

随着时代的发展，越来越需要计算机之间互相通信，共享软件和数据，即以多个计算机协同工作来完成业务，就有了网络互连。

网络互连：将多台计算机连接在一起，完成数据共享。

数据共享本质是网络数据传输，即计算机之间通过网络来传输数据，也称为网络通信。

根据网络互连的规模不同，可以划分为局域网和广域网

 局域网是本地，局部组建的一种私有网络

局域网内的主机之间能方便的进行网络通信，又称为内网；局域网和局域网之间在没有连接的情况下，是无法通信的。

其能通过路由器去使几台电脑去连接在一块，但数量是有限的。
一般家用路由器,常见的是5 个网口：1WAN + 4LAN
要想让这几个电脑能够在同一个局域网中上网,就需要把他们连接到LAN 口，WAN 口是用来连上级的路由器的。
那么能不能让一个路由器连接的电脑更多呢？
有个叫交换机的东西: 可以扩展路由器的端口，我们把路由器的LAN口连在交换机上，交换机上有一定数量的LAN口从而可以连一定数量的电脑，这样就可以扩展电脑的数量。

除此之外还有上级路由器连多个下级路由器，从而更多电脑连接在一块。

那么如果我们在上述设备层层连接之下,就可以构成更复杂的网络结构了，把更多更多的局域网连接到一起,构成的网络更加庞大,可能已经覆盖了一个城市，一个国家，就叫广域网。

对于广域网和局域网的定义没有准确的数量要求。（我们感觉非常多的电脑（10w台这种）连接在一块就是可以称为广域网）

IP地址和端口号 

IP地址描述了一个设备,在网络上的地址,

生活中: 吉林省长春市东北师范大学光华xxx
而在计算机中: 使用一个 32 位, 4 字节数字, 表示地址
一般来说,我们会把 IP 地址给表示成 4 个 0-255 之间的十进制数字,并且使用 3个点进行分隔.点分十进制（192.168.2.100）

在网络通信中，IP地址用于标识主机网络地址，端口号可以标识主机中发送数据、接收数据的程序。简单说：端口号用于定位主机中的程序。

类似发送快递时，不光需要指定收货地址（IP地址），还需要指定收货人（端口号）

格式为：
端口号是0~65535范围的数字（两个字节），在网络通信中，程序可以通过绑定一个端口号，来发送及接收网络数据

注意事项：

两个不同的程序，不能绑定同一个端口号，但一个进程可以绑定多个端口号

举个例子：mysql可以绑定一个端口号3306，也可以在绑定其他的端口号，但是其他程序不行绑定3306了。

特殊说明：               

1-1023 （0不用作端口号）这个范围的端口号,系统留作特殊用途,咱们写的程序不应该占用
知名端口号,这些留给一些比较常见的服务器程序进行使用的（都是系统必要的）
22 => ssh
80 => http
443 => https
23 => telnet 

实现简单的服务器客户端交互

简单理解socket 

 之前提过在网络编程中，应用层到运输层需要显式调用 API，而运输层到网络层以及后续层的通信通常是自动处理的，不需要开发者主动调用 API，反过来也是同理。

这里显示调用的API就是socket（套接字） ，只有调用了它，数据才能运输成功。 

由于传输层提供了两个最核心的协议：UDP TCP。
因此，socket api 中也提供了两种风格来面对UDP和TCP。（传输层用哪种协议就用哪种风格去应对）

对于socket 不仅是个API，本质上是一种特殊的文件.Socket 就属于是把"网卡"这个设备,给抽象成了文件了往 socket 文件中写数据,就相当于通过网卡发送数据.从 socket 文件读数据,就相当于通过网卡接受数据 

TCP和UDP的差别（初识）

TCP的特点：

有连接
可靠传输
面向字节流
全双工

UDP的特点：

无连接
不可靠传输
面向数据报
全双工

连接：
此处说的"连接"不是物理意义的连接，而是抽象，虚拟的连接。
计算机中,这种 抽象 的连接是很常见的,此处的连接本质上就是建立连接的双方,各自保存对方的信息，两台计算机建立连接,就是双方彼此保存了对方的关键信息（ip和端口）
所以这也意味着如果协议是tcp的话，必须要先建立好连接才能传输信息，如果是udp，就不用建立连接就能传输消息。

可靠传输/ 不可靠传输：
网络上存在的"异常情况"是非常多的，无论使用什么样的软硬件的技术手段无法100%保证网络数据能够从A一定传输到。此处谈到的"可靠传输"，尽可能的完成数据传输。虽然无法确保数据到达对方，至少可以知道，当前这个数据对方是不是收到了。
此处谈到的可靠传输，主要指的是发的数据到没到，发送方能够清楚的感知到。

面向字节流/面向数据报
面向字节流：此处谈到的字节流和文件中的字节流完全一致—— TCP（网络中传输数据的基本单位就是字节）
面向数据报：udp每次传输的基本单位是一个数据报（由一系列的字节构成的），它是特定的结构

全双工/半双工：

全双工通信允许数据同时在两个方向上传输。这意味着通信双方可以同时发送和接收数据，而不会互相干扰。

半双工通信允许数据在两个方向上传输，但不能同时进行。通信双方只能交替地发送和接收数据。

socket面对udp 

udp时的socket相较于tcp，要相对简单，我们先讲这个

DatagramSocket API

DatagramSocket 是UDP时的Socket，用于发送和接收UDP数据报。 

DatagramSocket 构造方法

DatagramSocket 方法：

DatagramPacket API 

 DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报（UDP面向数据报，每次发送接收数据的基本单位，就是一个UDP数据报)

DatagramPacket 构造方法：

由于udp是没建立连接的，所以每次发送都要标明要发送的对方ip和端口。（如果建立了连接就不需要发送ip和端口）

DatagramPacket 方法：

构造UDP发送的数据报时，需要传入 SocketAddress ，该对象可以使用 InetSocketAddress 来创建。

实现回显服务器和客户端

注：这里编写的客户端服务器是一个简单 UDP 版本的服务器，称之为：回显服务器。
一个普通的服务器： 收到请求，根据请求计算响应(业务逻辑)，返回响应。
回显服务器： 省略了普通服务器的 “根据请求计算响应”(这里的响应一般非常复杂)，这里只是为了演示 socket api 的用法。

 这里有一个重点要说下：
对于一个服务器来讲，我们需要让其绑定一个明确的端口号，因为在服务器在网络传输中处于一个被动的状态，没有一个明确的端口号，客户端就无法寻找到请求的服务器。
而对于一个客户端来说，我们可以让其随机分配一个端口号给他，不要指定，因为客户端是客户使用，不像我们程序员知道怎么分配端口，客户不清楚怎么分配端口，万一客户指定的端口被别人占用就会报错，它还不知道怎么修改，所以采用随机分配。（随机分配的都是没被占用的端口号）
以后的服务器客户端 端口号都遵循这规定

服务器端的逻辑如下：
1. 创建套接字：创建一个 DatagramSocket 对象，并绑定到指定的端口（10003），用于接收和发送数据报。
2. 接收数据报：在 while (true) 循环中，创建一个 DatagramPacket 对象，用于接收客户端发送的数据报。调用 datagramSocket.receive(datagramPacket) 方法等待并接收数据报。
3. 处理数据：将接收到的数据报中的字节数组转换为字符串，然后调用 process 方法处理该字符串。在这个例子中，process 方法只是简单地返回传入的字符串本身。
4. 发送响应：将处理后的字符串转换为字节数组，并创建一个新的 DatagramPacket 对象，包含要发送的数据、目标地址和端口（即客户端的地址和端口）。使用 datagramSocket.send(datagramPacket1) 方法将响应数据报发送回客户端。
5. 循环处理：上述步骤在 while (true) 循环中不断重复，服务器持续等待接收新的数据报并响应，直到程序被手动终止。

客户端设计逻辑：

创建套接字：创建一个 DatagramSocket 对象，用于发送和接收数据报。这个套接字没有绑定到特定的端口，因此会使用一个临时端口。

读取用户输入：使用 Scanner 从控制台读取用户输入的字符串。

发送数据报：

将用户输入的字符串转换为字节数组。

创建一个 DatagramPacket 对象，包含要发送的数据、目标地址和端口。

使用 DatagramSocket 发送数据报。

接收响应：

创建一个 DatagramPacket 对象，用于接收服务器的响应。

使用 DatagramSocket 接收数据报。

将接收到的字节数组转换为字符串并打印到控制台。

循环处理：上述步骤在 while (true) 循环中不断重复，直到程序被手动终止。

public class Serve {public static void main(String[] args) throws IOException,InterruptedException {System.out.println("服务器上线");DatagramSocket datagramSocket=new DatagramSocket(10003);while(true){DatagramPacket datagramPacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);datagramSocket.receive(datagramPacket);String string=new String(datagramPacket.getData(),0,datagramPacket.getLength());byte[] bytes1=process(string.getBytes());DatagramPacket datagramPacket1 = new DatagramPacket(bytes1,bytes1.length,new InetSocketAddress(datagramPacket.getAddress(),datagramPacket.getPort()));datagramSocket.send(datagramPacket1);}}public static String process(String string){return  string;}
}

public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {System.out.println("客户端启动");Scanner scanner=new Scanner(System.in);DatagramSocket datagramSocket=new DatagramSocket();while(true){String string=scanner.next();byte[] bytes=string.getBytes();DatagramPacket datagramPacket1 = new DatagramPacket(bytes,bytes.length,new InetSocketAddress("192.168.50.173",10003));datagramSocket.send(datagramPacket1);DatagramPacket datagramPacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);datagramSocket.receive(datagramPacket);String string1=new String(datagramPacket.getData(),0,datagramPacket.getLength());System.out.println(string1);}}
}

对于这里我们要特殊说几个点：

1.对于字节数组内部存储数据报并不可能是全部都占用了，肯定有空闲空间，所以在将该字节数组变为字符串时我们肯定要把空闲空间给划掉，这时候就用datagrampacket.getlength （）得到有效长度，从而就可以忽略掉，否则会引发bug

2.仔细观察代码，发现该服务器可以同时支持多个客户端

这里有个疑问，一段代码为什么会能实现多个窗口呢？一般不是只能一段代码实现一个？这玩意我们是可以修改的

通过这样修改，我们就能一段代码生成多个实例对象，多个窗口（客户端）。

3.对于该DatagramSocket虽然是文件，但是并不需要close，因为Datagramsocket是全程跟随该进程的，当进程结束时，我们才不会用DatagramSocket，进程只要还在运行，它依然还会用。该进程结束时文件描述表自然就销毁了，根本不用再添一个close。

网络协议 

网络协议是网路通信中的规则和标准，它用于定义网络通信中数据的传输方式、数据包的结构、数据包中的信息内容以及通信双方的行为等。只有统一规范好了网络协议（规则），电脑们之间才能通信成功。

本节课的内容就到这里了，剩下的等我下节再讲