【JavaEE】網絡原理之初識（1.0）

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局域網與廣域網?

IP地址和端口號?

實現簡單的服務器客戶端交互

簡單理解socket?

TCP和UDP的差別（初識）

socket面對udp?

DatagramSocket API

DatagramSocket 構造方法

DatagramSocket 方法：

DatagramPacket API?

DatagramPacket 構造方法：

DatagramPacket 方法：

實現回顯服務器和客戶端

網絡協議?

局域網與廣域網?

隨著時代的發展，越來越需要計算機之間互相通信，共享軟件和數據，即以多個計算機協同工作來完成業務，就有了網絡互連。

網絡互連：將多臺計算機連接在一起，完成數據共享。

數據共享本質是網絡數據傳輸，即計算機之間通過網絡來傳輸數據，也稱為網絡通信。

根據網絡互連的規模不同，可以劃分為局域網和廣域網

?局域網是本地，局部組建的一種私有網絡

局域網內的主機之間能方便的進行網絡通信，又稱為內網；局域網和局域網之間在沒有連接的情況下，是無法通信的。

其能通過路由器去使幾臺電腦去連接在一塊，但數量是有限的。
一般家用路由器,常見的是5 個網口：1WAN + 4LAN
要想讓這幾個電腦能夠在同一個局域網中上網,就需要把他們連接到LAN 口，WAN 口是用來連上級的路由器的。
那么能不能讓一個路由器連接的電腦更多呢？
有個叫交換機的東西: 可以擴展路由器的端口，我們把路由器的LAN口連在交換機上，交換機上有一定數量的LAN口從而可以連一定數量的電腦，這樣就可以擴展電腦的數量。

除此之外還有上級路由器連多個下級路由器，從而更多電腦連接在一塊。

那么如果我們在上述設備層層連接之下,就可以構成更復雜的網絡結構了，把更多更多的局域網連接到一起,構成的網絡更加龐大,可能已經覆蓋了一個城市，一個國家，就叫廣域網。

對于廣域網和局域網的定義沒有準確的數量要求。（我們感覺非常多的電腦（10w臺這種）連接在一塊就是可以稱為廣域網）

IP地址和端口號?

IP地址描述了一個設備,在網絡上的地址,

生活中: 吉林省長春市東北師范大學光華xxx
而在計算機中: 使用一個 32 位, 4 字節數字, 表示地址
一般來說,我們會把 IP 地址給表示成 4 個 0-255 之間的十進制數字,并且使用 3個點進行分隔.點分十進制（192.168.2.100）

在網絡通信中，IP地址用于標識主機網絡地址，端口號可以標識主機中發送數據、接收數據的程序。簡單說：端口號用于定位主機中的程序。

類似發送快遞時，不光需要指定收貨地址（IP地址），還需要指定收貨人（端口號）

格式為：
端口號是0~65535范圍的數字（兩個字節），在網絡通信中，程序可以通過綁定一個端口號，來發送及接收網絡數據

注意事項：

兩個不同的程序，不能綁定同一個端口號，但一個進程可以綁定多個端口號

舉個例子：mysql可以綁定一個端口號3306，也可以在綁定其他的端口號，但是其他程序不行綁定3306了。

特殊說明： ? ? ? ? ? ? ??

1-1023 （0不用作端口號）這個范圍的端口號,系統留作特殊用途,咱們寫的程序不應該占用
知名端口號,這些留給一些比較常見的服務器程序進行使用的（都是系統必要的）
22 => ssh
80 => http
443 => https
23 => telnet?

實現簡單的服務器客戶端交互

簡單理解socket?

?之前提過在網絡編程中，應用層到運輸層需要顯式調用 API，而運輸層到網絡層以及后續層的通信通常是自動處理的，不需要開發者主動調用 API，反過來也是同理。

這里顯示調用的API就是socket（套接字）?，只有調用了它，數據才能運輸成功。?

由于傳輸層提供了兩個最核心的協議：UDP?TCP。
因此，socket api 中也提供了兩種風格來面對UDP和TCP。（傳輸層用哪種協議就用哪種風格去應對）

對于socket 不僅是個API，本質上是一種特殊的文件.Socket 就屬于是把"網卡"這個設備,給抽象成了文件了往 socket 文件中寫數據,就相當于通過網卡發送數據.從 socket 文件讀數據,就相當于通過網卡接受數據?

TCP和UDP的差別（初識）

TCP的特點：

有連接
可靠傳輸
面向字節流
全雙工

UDP的特點：

無連接
不可靠傳輸
面向數據報
全雙工

連接：
此處說的"連接"不是物理意義的連接，而是抽象，虛擬的連接。
計算機中,這種抽象的連接是很常見的,此處的連接本質上就是建立連接的雙方,各自保存對方的信息，兩臺計算機建立連接,就是雙方彼此保存了對方的關鍵信息（ip和端口）
所以這也意味著如果協議是tcp的話，必須要先建立好連接才能傳輸信息，如果是udp，就不用建立連接就能傳輸消息。

可靠傳輸/ 不可靠傳輸：
網絡上存在的"異常情況"是非常多的，無論使用什么樣的軟硬件的技術手段無法100%保證網絡數據能夠從A一定傳輸到。此處談到的"可靠傳輸"，盡可能的完成數據傳輸。雖然無法確保數據到達對方，至少可以知道，當前這個數據對方是不是收到了。
此處談到的可靠傳輸，主要指的是發的數據到沒到，發送方能夠清楚的感知到。

面向字節流/面向數據報
面向字節流：此處談到的字節流和文件中的字節流完全一致—— TCP（網絡中傳輸數據的基本單位就是字節）
面向數據報：udp每次傳輸的基本單位是一個數據報（由一系列的字節構成的），它是特定的結構

全雙工/半雙工：

全雙工通信允許數據同時在兩個方向上傳輸。這意味著通信雙方可以同時發送和接收數據，而不會互相干擾。

半雙工通信允許數據在兩個方向上傳輸，但不能同時進行。通信雙方只能交替地發送和接收數據。

socket面對udp?

udp時的socket相較于tcp，要相對簡單，我們先講這個

DatagramSocket API

DatagramSocket 是UDP時的Socket，用于發送和接收UDP數據報。?

DatagramSocket 構造方法

DatagramSocket 方法：

DatagramPacket API?

?DatagramPacket是UDP Socket發送和接收的數據報（UDP面向數據報，每次發送接收數據的基本單位，就是一個UDP數據報)

DatagramPacket 構造方法：

由于udp是沒建立連接的，所以每次發送都要標明要發送的對方ip和端口。（如果建立了連接就不需要發送ip和端口）

DatagramPacket 方法：

構造UDP發送的數據報時，需要傳入 SocketAddress ，該對象可以使用 InetSocketAddress 來創建。

實現回顯服務器和客戶端

注：這里編寫的客戶端服務器是一個簡單 UDP 版本的服務器，稱之為：回顯服務器。
一個普通的服務器：?收到請求，根據請求計算響應(業務邏輯)，返回響應。
回顯服務器：?省略了普通服務器的 “根據請求計算響應”(這里的響應一般非常復雜)，這里只是為了演示 socket api 的用法。

?這里有一個重點要說下：
對于一個服務器來講，我們需要讓其綁定一個明確的端口號，因為在服務器在網絡傳輸中處于一個被動的狀態，沒有一個明確的端口號，客戶端就無法尋找到請求的服務器。
而對于一個客戶端來說，我們可以讓其隨機分配一個端口號給他，不要指定，因為客戶端是客戶使用，不像我們程序員知道怎么分配端口，客戶不清楚怎么分配端口，萬一客戶指定的端口被別人占用就會報錯，它還不知道怎么修改，所以采用隨機分配。（隨機分配的都是沒被占用的端口號）
以后的服務器客戶端端口號都遵循這規定

服務器端的邏輯如下：
1. 創建套接字：創建一個 DatagramSocket 對象，并綁定到指定的端口（10003），用于接收和發送數據報。
2. 接收數據報：在 while (true) 循環中，創建一個 DatagramPacket 對象，用于接收客戶端發送的數據報。調用 datagramSocket.receive(datagramPacket) 方法等待并接收數據報。
3. 處理數據：將接收到的數據報中的字節數組轉換為字符串，然后調用 process 方法處理該字符串。在這個例子中，process 方法只是簡單地返回傳入的字符串本身。
4. 發送響應：將處理后的字符串轉換為字節數組，并創建一個新的 DatagramPacket 對象，包含要發送的數據、目標地址和端口（即客戶端的地址和端口）。使用 datagramSocket.send(datagramPacket1) 方法將響應數據報發送回客戶端。
5. 循環處理：上述步驟在 while (true) 循環中不斷重復，服務器持續等待接收新的數據報并響應，直到程序被手動終止。

客戶端設計邏輯：

創建套接字：創建一個 DatagramSocket 對象，用于發送和接收數據報。這個套接字沒有綁定到特定的端口，因此會使用一個臨時端口。

讀取用戶輸入：使用 Scanner 從控制臺讀取用戶輸入的字符串。

發送數據報：

將用戶輸入的字符串轉換為字節數組。

創建一個 DatagramPacket 對象，包含要發送的數據、目標地址和端口。

使用 DatagramSocket 發送數據報。

接收響應：

創建一個 DatagramPacket 對象，用于接收服務器的響應。

使用 DatagramSocket 接收數據報。

將接收到的字節數組轉換為字符串并打印到控制臺。

循環處理：上述步驟在 while (true) 循環中不斷重復，直到程序被手動終止。

public class Serve {public static void main(String[] args) throws IOException,InterruptedException {System.out.println("服務器上線");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("客戶端啟動");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);}}
}

對于這里我們要特殊說幾個點：

1.對于字節數組內部存儲數據報并不可能是全部都占用了，肯定有空閑空間，所以在將該字節數組變為字符串時我們肯定要把空閑空間給劃掉，這時候就用datagrampacket.getlength?（）得到有效長度，從而就可以忽略掉，否則會引發bug

2.仔細觀察代碼，發現該服務器可以同時支持多個客戶端

這里有個疑問，一段代碼為什么會能實現多個窗口呢？一般不是只能一段代碼實現一個？這玩意我們是可以修改的

通過這樣修改，我們就能一段代碼生成多個實例對象，多個窗口（客戶端）。

3.對于該DatagramSocket雖然是文件，但是并不需要close，因為Datagramsocket是全程跟隨該進程的，當進程結束時，我們才不會用DatagramSocket，進程只要還在運行，它依然還會用。該進程結束時文件描述表自然就銷毀了，根本不用再添一個close。