第14章 網絡編程

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網絡編程概述

什么是網絡編程？

• 網絡編程是通過網絡協議實現計算機之間的數據交換。
• Java提供了強大的網絡編程支持，隱藏了底層細節，開發者可以輕松實現網絡通信。

網絡編程的核心問題

1. 如何定位網絡上的主機：通過IP地址和端口號。
2. 如何高效傳輸數據：通過協議（如TCP、UDP）進行數據傳輸。

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網絡通信要素概述

通信要素

• IP地址：唯一標識網絡中的主機。
• 端口號：標識主機上的應用程序。
• 網絡協議：規定數據傳輸的規則。

網絡協議分層

• OSI參考模型：理論模型，分為7層。
• TCP/IP參考模型：實際應用中的4層模型。

OSI模型	TCP/IP模型	協議示例
應用層	應用層	HTTP、FTP、DNS
傳輸層	傳輸層	TCP、UDP
網絡層	網絡層	IP、ICMP
數據鏈路層	物理+數據鏈路層	Ethernet、Wi-Fi

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通信要素1：IP和端口號

IP地址

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

端口號

• 范圍：0~65535。
• 分類：
  • 公認端口：0~1023（如HTTP的80端口）。
  • 注冊端口：1024~49151（如Tomcat的8080端口）。
  • 動態端口：49152~65535。

InetAddress類

• 功能：表示IP地址，支持域名解析。
• 常用方法：
  • getHostName()：獲取主機名。
  • getHostAddress()：獲取IP地址。

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

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通信要素2：網絡協議

TCP vs UDP

特性	TCP	UDP
連接方式	面向連接，可靠	無連接，不可靠
數據大小	無限制	最大64KB
速度	較慢	較快
應用場景	文件傳輸、郵件	視頻流、在線游戲

TCP三次握手

1. 客戶端發送SYN報文。
2. 服務器回復SYN+ACK報文。
3. 客戶端發送ACK報文，連接建立。

TCP四次揮手

1. 客戶端發送FIN報文。
2. 服務器回復ACK報文。
3. 服務器發送FIN報文。
4. 客戶端回復ACK報文，連接關閉。

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TCP網絡編程

客戶端步驟

1. 創建Socket對象，連接服務器。
2. 獲取輸入/輸出流，進行數據傳輸。
3. 關閉Socket。

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

服務器步驟

1. 創建ServerSocket對象，監聽端口。
2. 調用accept()方法，等待客戶端連接。
3. 獲取輸入/輸出流，進行數據傳輸。
4. 關閉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網絡編程

UDP特點

• 無連接：發送數據前不需要建立連接。
• 不可靠：不保證數據一定到達。

發送端

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編程

URL類

• 功能：表示網絡資源的地址。
• 結構：協議://主機名:端口號/路徑?參數。

URL url = new URL("http://www.atguigu.com/index.html");
System.out.println(url.getProtocol()); // 輸出協議
System.out.println(url.getHost());    // 輸出主機名

URLConnection類

• 功能：與URL建立連接，進行數據讀寫。

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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小結

• IP和端口號：定位網絡中的主機和應用程序。
• TCP：可靠傳輸，適合大數據量。
• UDP：快速傳輸，適合實時應用。
• URL：表示網絡資源地址，支持HTTP協議。