今日介绍内容

1、网络通信协议

2、UDP通信

3、TCP通信

第一章 网络通信协议

        通过计算机网络可以使多台计算机实现连接，位于同一网络中的计算机在进行连接和通信时需要遵守一定的规则，这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样。在计算机网络中，这些连接和通信的规则被称为网络通信协议，它对数据的传输格式、传输速率、传输步骤等做了统一规定，通信双方必须同时遵守才能完成数据交换。

        网络通信协议有很多种，目前应用最广泛的是TCP／IP协议（Transmission Control Protocal／Internet Protocol 传输控制协议／因特网互联协议），它是一个包括TCP协议和IP协议，UDP（User Datagram Protocol）协议和其它一些协议的协议组，

      在进行数据传输时，要求发送的数据和收到的数据完全一样，这时，就需要在原有的数据上添加很多信息，以保证数据在传输过程中数据格式完全一致。TCP／IP协议的层次结构比较简单，共分为四层，如图所示：

TCP／IP协议组的层次结构

       上图中：TCP／IP协议中的四层分别是应用层、传输层、网络层和链路层，每层分别负责不同的通信功能。四层详解如下：

链路层：链路层是用于定义物理传输通道，通常是对某些网络连接设备的驱动协议，例如针对光纤、网络提供的驱动。

网络层：网络层是整个TCP／IP协议的核心，它主要用于将传输的数据进行分组，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信，在进行网络通信时，可以采用TCP协议，也可以采用UDP协议。

应用层：主要负责应用程序的协议，例如HTTP协议、FTP协议等。

1.1  IP地址和端口号

       要想使网络中的计算机能够通信，必须为每台计算机指定一个标识号，通过这个标识号来指定接受数据的计算机或者发送数据的计算机。

       在TCP／IP协议中，这个标识号就是IP地址，它可以唯一标识一台计算机，目前，IP地址广泛使用的版本是IPv4，它是由4个字节大小的二进制数来表示，如：0000010100000000000000000000001由于二进制形式表示的IP地址非常不便记忆和处理，因此通常会将IP地址写成十进制的形式，每个字节用一个十进制数字（0-255）表示，数字间用符号“.”分开，如：“192.168.1.100”。

      随着计算机网络规模的不断扩大，对IP地址的需求也越来越多，IPv4这种4个字节表示的IP地址面临枯竭，因此IPv6便应用而生了，IPv6使用16个字节表示IP地址，它所拥有的地址容量约十IPv4的8*10^28倍，（8乘以10的28次幂倍）达到2^128个（算上全零的），这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。

通过IP地址可以连接到指定计算机，但如果想访问目标计算机中的某个应用程序，还需要指定端口号。在计算机中，不同的应用程序是通过端口号区分的，端口号是用两个字节（16位的二进制数）表示的，它的取值范围是0～65535，其中，0～1023之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用，用户的普通应用程序需要使用1024以上的端口号，从而避免端口号被另外一个应用或服务所占用。我们通过一个图来描述IP地址和端口号的作用，如图：

从上图中可以清楚地看到，位于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。

上述归纳如下：

IP地址 ：(1)网络中设备的标识。（2）不易记忆，可用主机名 （3）本地回环地址：127.0.0.1 主机名：localhost   

端口号：（1）用于识别进程的逻辑地址，不同的进程的标识。（2）有效端口：0～65535，其中0～1024系统使用或者保留端口。

传输协议：通讯的规则，常见协议：TCP UDP

1.2 InetAdderss

了解了IP地址的作用，在java中，JDK提供了一个InetAdderss类，该类用于封装一个IP地址，并提供了一系列与IP地址相关的方法，如下表

其中，前两个方法用于获得该类的实例对象，第一个方法用于获得表示指定主机的InterAddress对象，第二个方法用于获得表示本地的InteAddress对象，通过InetAddress对象便可获取指定主机名，IP地址等，案例演示如下：

第二章 UDP与TCP协议

         在介绍TCP／IP结构时  ，提到传输层的两个重要的高级协议，分别是UDP和TCP，其中UDP是User Datagram Protocol 的简称，称为用户数据报协议，TCP是Transmission Control Protocol 的简称，称为传输控制协议。

        UDP是无连接通信协议，即在数据传输时，数据的发送端盒接收端不建立逻辑连接。简单来说，当一台计算机向另一台计算机发送数据时，发送端不会确认接收端是否存在，就会发送数据，同样接收端在收到数据时，也不会向发送端反馈是否收到数据。

由于使用UDP协议消耗资源小，通信效率高，所以通常都会用于音频和普通数据的传输，例如视频会议都是用UDP协议，因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。

但时在使用UDP协议传送数据时，由于UDP的面向无连接性，不能保证数据的完整性，因此在传输重要数据时不建议使用UDP协议，UDP的交换过程如下图所示

以上归纳：（1）将数据及源和目的封装成数据包，不需要建立连接。（2）每个数据报的大小限制在64K内（3）因无连接，是不可靠协议 （4）不需要建立连接，速度快

2.1.1 DatagramPacket

前面介绍了UDP是一种面向无连接的协议，因此，在通信时发送端和接收端不用建立连接。UDP通信的过程就像货运公司在两个码头间发送货物一样，在码头发送和接收货物时都需要使用集装箱来装卸货物，UDP通信也是一样，发送和接收的数据也需要使用“集装箱”进行打包，为此JDK中提供了一个DatagramPacket类，该类的实例对象相当于一个集装箱，用于封装UDP通信中发送或者接收的数据。

想要创建一个DatagramPacket对象，首先需要了解一下它的构造方法。在创建发送端和接收端的DatagramPacket对象时，使用的构造方法有所不同，接收端的构造方法只需要接收一个字节数组来存放接收到的数据，而发送端的构造方法不但要接收存放了发送数据的字节数组，还需要指定发送端IP地址和端口号。通过API文档进行详细了解

2.1.2 DatagramSocket

DatagramPacket数据包的作用就如同是“集装箱”，可以将发送端或者接收端的数据封装起来。然而运输货物只有“集装箱 ”是不够的，还需要有码头。在程序中国年需要实现通信只有DatagramPacket数据包也同样不行，为此JDK中提供的一个DatagramSocket类。DatagramSocket类的作用就类似于码头，使用这个类的实例对象就可以发送和接收DatagramPacket数据包，发送数据的过程如下图所示：

2.1.3 网络程序

讲解了DatagramPacket和DatagramSocket的作用，接下来通过案例来学习在程序中的具体用法。下图是UDP发送端与接收端交互图解：

要实现UDP通信需要创建一个发送端程序和一个接收端程序，很明显，在通信时只有接受收端程序先运行，才能避免因发送端发送的数据无法接受，而造成数据丢失，因此，首先需要来完成接受端程序的编写。

UDP完成数据的发送：发送端

2.2 TCP协议

TCP协，议是面向连接的通信协议，即在传输数据前先在发送端和接收端建立逻辑连接，然后再传输数据，它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。在TCP连接中必须要明确客户端与服务器端，由客户端向服务器发出连接请求，每次连接的创建都需要经过“三次握手”。第一次握手：客户端向服务器发出连接请求，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，通知客户端收到了连接请求，第三次握手，客户端再次向服务器端发送确认信息，确认连接，整个交互过程如下图：

由于TCP协议的面向连接特性，它可以保证传输数据的安全性，所以是一个被广泛采用的协议，例如在下载文件时，如果数据接收不完整，将会导致文件数据丢失而不能被打开，因此，下载文件时必须采用TCP协议。

以上归纳：（1）建立连接，形成传输数据的通道。（2）在连接中进行大数据量传输 （3）通过三次握手完成连接，是可靠协议 （4）必须建立连接，效率会稍低

2.2.2 TCP通信

TCP通信同UDP通信一样，都能实现两台计算机之间的通信，通信的两端都需要创建socket对象。区别在于，UDP中只有发送端和接收端，不区分客户端与服务器端，计算机之间可以任意地发送数据。

而TCP通信是严格区分客户端与服务器端的，在通信时，必须先由客户端去连接服务器端才能实现通信，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。

在java中，JDK中提供了两个类用于实现TCP程序，一个是ServerSocket类，用于表示服务器端，就一个是Socket类，用于表示客户端。

通信时，首先创建代表服务器端的ServerSocket对象，该对象相当于开启了一个服务，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的请求，服务器端响应请求，两者建立连接开始通信。

2.2.3简单的TCP网络程序