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第14章 网络编程

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网络编程概述

什么是网络编程？

• 网络编程是通过网络协议实现计算机之间的数据交换。
• Java提供了强大的网络编程支持，隐藏了底层细节，开发者可以轻松实现网络通信。

网络编程的核心问题

1. 如何定位网络上的主机：通过IP地址和端口号。
2. 如何高效传输数据：通过协议（如TCP、UDP）进行数据传输。

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网络通信要素概述

通信要素

• IP地址：唯一标识网络中的主机。
• 端口号：标识主机上的应用程序。
• 网络协议：规定数据传输的规则。

网络协议分层

• OSI参考模型：理论模型，分为7层。
• TCP/IP参考模型：实际应用中的4层模型。

OSI模型	TCP/IP模型	协议示例
应用层	应用层	HTTP、FTP、DNS
传输层	传输层	TCP、UDP
网络层	网络层	IP、ICMP
数据链路层	物理+数据链路层	Ethernet、Wi-Fi

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通信要素1：IP和端口号

IP地址

• IPv4：4个字节，如192.168.1.1。
• IPv6：16个字节，如3ffe:3201:1401:1280:c8ff:fe4d:db39:1984。

端口号

• 范围：0~65535。
• 分类：
  • 公认端口：0~1023（如HTTP的80端口）。
  • 注册端口：1024~49151（如Tomcat的8080端口）。
  • 动态端口：49152~65535。

InetAddress类

• 功能：表示IP地址，支持域名解析。
• 常用方法：
  • getHostName()：获取主机名。
  • getHostAddress()：获取IP地址。

InetAddress address = InetAddress.getByName("www.atguigu.com");
System.out.println(address.getHostName());  // 输出域名
System.out.println(address.getHostAddress()); // 输出IP地址

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通信要素2：网络协议

TCP vs UDP

特性	TCP	UDP
连接方式	面向连接，可靠	无连接，不可靠
数据大小	无限制	最大64KB
速度	较慢	较快
应用场景	文件传输、邮件	视频流、在线游戏

TCP三次握手

1. 客户端发送SYN报文。
2. 服务器回复SYN+ACK报文。
3. 客户端发送ACK报文，连接建立。

TCP四次挥手

1. 客户端发送FIN报文。
2. 服务器回复ACK报文。
3. 服务器发送FIN报文。
4. 客户端回复ACK报文，连接关闭。

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TCP网络编程

客户端步骤

1. 创建Socket对象，连接服务器。
2. 获取输入/输出流，进行数据传输。
3. 关闭Socket。

Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
OutputStream out = socket.getOutputStream();
out.write("Hello".getBytes());
socket.close();

服务器步骤

1. 创建ServerSocket对象，监听端口。
2. 调用accept()方法，等待客户端连接。
3. 获取输入/输出流，进行数据传输。
4. 关闭ServerSocket。

ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
Socket socket = server.accept();
InputStream in = socket.getInputStream();
byte[] data = new byte[1024];
int len = in.read(data);
System.out.println(new String(data, 0, len));
server.close();

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UDP网络编程

UDP特点

• 无连接：发送数据前不需要建立连接。
• 不可靠：不保证数据一定到达。

发送端

DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
byte[] data = "Hello".getBytes();
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(data, data.length, InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 10000);
ds.send(dp);
ds.close();

接收端

DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);
byte[] buffer = new byte[1024];
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
ds.receive(dp);
System.out.println(new String(dp.getData(), 0, dp.getLength()));
ds.close();

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URL编程

URL类

• 功能：表示网络资源的地址。
• 结构：协议://主机名:端口号/路径?参数。

URL url = new URL("http://www.atguigu.com/index.html");
System.out.println(url.getProtocol()); // 输出协议
System.out.println(url.getHost());    // 输出主机名

URLConnection类

• 功能：与URL建立连接，进行数据读写。

URLConnection conn = url.openConnection();
InputStream in = conn.getInputStream();
byte[] data = new byte[1024];
int len = in.read(data);
System.out.println(new String(data, 0, len));

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小结

• IP和端口号：定位网络中的主机和应用程序。
• TCP：可靠传输，适合大数据量。
• UDP：快速传输，适合实时应用。
• URL：表示网络资源地址，支持HTTP协议。