网络编程（socket编程）知识点总结

电玩女神 2022-05-26 00:10 456阅读 0赞

# **网络编程知识点总结** #

**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，位于同一个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 Protoal传输控制协议/英特网互联协议)，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，在学习具体协议之前首先了解一下TCP/IP协议组的层次结构。

在进行数据传输时，要求发送的数据与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。

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图1-1 TCP/IP网络模型

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，接下来针对这四层进行详细地讲解。

链路层：[链路层][Link 1]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、[网线][Link 2]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。

**IP地址和端口号**

要想使网络中的计算机能够进行通信，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：00001010000000000000000000000001。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这种用4个字节表示的IP地址面临枯竭，因此IPv6 便应运而生了，IPv6使用16个字节表示IP地址，它所拥有的地址容量约是IPv4的8×1028倍，达到2128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。

接下来通过一个图例来描述IP地址和端口号的作用，如下图所示。

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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。

**UDP协议**

UDP是无连接通信协议，即在数据传输时，数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说，当一台计算机向另外一台计算机发送数据时，发送端不会确认接收端是否存在，就会发出数据，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、视频和普通数据的传输例如视频会议都使用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。

但是在使用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。

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** **

**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，由客户端向服务端发出连接请求，每次连接的创建都需要经过“三次握手”。第一次握手，客户端向服务器端发出连接请求，等待服务器确认，第二次握手，服务器端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所示。

![70 3][]

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。

**UDP通信**

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通信的过程就像是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载货物，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，该类的实例对象就相当于一个集装箱，用于封装UDP通信中发送或者接收的数据。

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。

**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，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请求，服务器端响应请求，两者建立连接开始通信。

**IP地址:**

网络中计算机的唯一标识。

计算机只能识别二进制的数据，所以我们的IP地址应该是一个二进制的数据。

但是呢，我们配置的IP地址确不是二进制的，为什么呢?

IP：192.168.1.100

换算：11000000 10101000 00000001 01100100

假如真是：11000000 10101000 00000001 01100100的话。

我们如果每次再上课的时候要配置该IP地址，记忆起来就比较的麻烦。

所以，为了方便表示IP地址，我们就把IP地址的每一个字节上的数据换算成

十进制，然后用.分开来表示：

"点分十进制"

**IP地址的组成：**网络号段\+主机号段

A类：第一号段为网络号段+后三段的主机号段

一个网络号：256\*256\*256 = 16777216

B类：前二号段为网络号段+后二段的主机号段

一个网络号：256\*256 = 65536

C类：前三号段为网络号段+后一段的主机号段

一个网络号：256

**IP地址的分类：**

A类 1.0.0.1---127.255.255.254 (1)10.X.X.X是私有地址(私有地址就是在互联网上不使用，而被用在局域网络中的地址) (2)127.X.X.X是保留地址，用做循环测试用的。

B类 128.0.0.1---191.255.255.254 172.16.0.0---172.31.255.255是私有地址。169.254.X.X是保留地址。

C类 192.0.0.1---223.255.255.254 192.168.X.X是私有地址

D类 224.0.0.1---239.255.255.254

E类 240.0.0.1---247.255.255.254

**两个DOS命令：**

ipconfig 查看本机ip地址

ping 后面跟ip地址。测试本机与指定的ip地址间的通信是否有问题

例子：

特殊的IP地址：

127.0.0.1 回环地址(表示本机)

x.x.x.255 广播地址

x.x.x.0 网络地址

**端口号：**

正在运行的程序的标识。

有效端口：0~65535，其中0~1024系统使用或保留端口。

**协议：**

通信的规则

Scoket就是为网络通信服务提供的一种机制。通信的两端都有Socket。网络通信其实就是Socket间的通信，数据在两个Socket间通过IO传输。

1. **什么是OSI，请简单谈一下。**

**答：**OSI，Open System Interconnect 开放系统互连参考模式。简称它为网络模型，分为7层：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

**网络模型7层概述：**

1. **物理层**：主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流（就是由1、0转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后在转化为1、0，也就是我们常说的数模转换与模数转换）。这一层的数据叫做比特。

2. **数据链路层**：主要将从物理层接收的数据进行MAC地址（网卡的地址）的封装与解封装。常把这一层的数据叫做帧。在这一层工作的设备是交换机，数据通过交换机来传输。

3. **网络层**：主要将从下层接收到的数据进行IP地址（例192.168.0.1)的封装与解封装。在这一层工作的设备是路由器，常把这一层的数据叫做数据包。

4. **传输层**：定义了一些传输数据的协议和端口号（WWW端口80等），如：TCP（传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据），UDP（用户数据报协议，与TCP特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的）。主要是将从下层接收的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段。

5. **会话层**：通过传输层（端口号：传输端口与接收端口）建立数据传输的通路.主要在你的系统之间发起会话或者接受会话请求（设备之间需要互相认识可以是IP也可以是MAC或者是主机名）

6. **表示层**：主要是进行对接收的数据进行解释、加密与解密、压缩与解压缩等（也就是把计算机能够识别的东西转换成人能够能识别的东西（如图片、声音等）。

7. **应用层**： 主要是一些终端的应用，比如说FTP（各种文件下载），WEB（IE浏览）,QQ之类的（可以把它理解成我们在电脑屏幕上可以看到的东西．就是终端应用）。

2. **什么是网络编程？**

**答：**就是用来实现网络互连的不同计算机上运行的程序间可以进行数据交换的技术。网络编程三要素：IP地址、端口、协议。

3. IP地址属于网络层，由网络号段和主机号段组成。

4. ** TCP/IP协议栈包括几层？每一层包含哪些协议？**

**答：**应用层、传输层、网络层和链路层。

应用层：HTTP、FTP、TFTP、DNS

传输层：TCP、UDP

网络层：IP

链路层：驱动相关协议

5. **UDP和TCP/IP协议有什么区别？**

**答：**UDP和TCP/IP协议都是通信协议，区别如下：

UDP把数据打包、数据传输大小限制在64k、不建立连接、速度快但不可靠。

TCP三次握手建立连接，数据传输大小没有限制，速度慢但可靠。

举例：UDP：发短信；TCP：打电话

**什么是通信协议？**

**答：**通信的规则。

**OSI模型分几层？分别是什么层？**

**答：**OSI模型分7层。分别是：物理层、链路层、传输层、网络层、会话层、表示层、应用层。

网络通信一定是不同计算机上的相同的应用层程序之间进行通信，比如，两台计算机上的两个QQ之间进行通信，但是QQ和飞秋之间就不能进行通信

IP地址属于网络层，TCP、UDP协议属于传输层。

7层网络模型的第一层最是物理层，在物理层，数据的表现形式是比特，这一层的主要作用就是通过传输介质传输比特流。

我们通常说交换机，它属于网络7层中的哪一层的设备呢？属于链路层。

**7层模型中的哪一层将计算机能识别的数据转成了人能识别的数据？**

**答：**表现层。

**什么是IP地址？由什么组成？分几类？**

**答：**IP地址是网络中计算机的唯一标识。IP地址由网络号段和主机号段组成。分5类，分别是A类、B类、C类、D类、E类。

**在Window操作系统中，查询本机的IP地址，假如通过Doc命令的方式，用什么命令可以查？**

**答：**ipconfig

**什么是端口？有效端口的范围是多少？**

**答：**端口是正在运行的应用程序的标识。有效端口的范围是0~65535。

**UDP和TCP/IP协议都是传输层的通信协议，它们的区别是什么呢？**

**答：**UDP：面向无连接通信协议。将数据源和目的封装在数据包中，不需要建立连接；每个数据包的大小限制在64k；因无连接，是不可靠协议；不需要建立连接，速度快。

TCP：面向连接通信协议。建立连接，形成传输数据的通道；在连接中进行大数据量传输；通过三次握手完成连接，是可靠协议；必须建立连接，效率会稍低。

**举例：**

UDP：发短信

TCP：打电话

**UDP协议是如果发送和接收数据的？（编程步骤）**

**答：**

**发送数据：**

创建数据并打包（DatagramPacket）

创建发送端Socket对象（DatagramSocket）

发送数据（send()）

释放资源（close()）

**接收数据：**

创建接收的数据包（DatagramPacket）

创建接收端Socket对象（DatagramSocket）

接收数据（receive()）

解析数据，并显示在控制台

释放资源（close）

** **

**例子：**

**发送数据**

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td>package&nbsp;cn.itcast_03;&nbsp;import&nbsp;java.io.IOException;import&nbsp;java.net.DatagramPacket;import&nbsp;java.net.DatagramSocket;import&nbsp;java.net.InetAddress;&nbsp;public&nbsp;class&nbsp;SendDemo { public&nbsp;static&nbsp;void&nbsp;main(String[] args) throws&nbsp;IOException { // 创建数据包对象，封装要发送的数据，接收端IP，端口byte[] bys&nbsp;= "helloworld".getBytes();DatagramPacket dp&nbsp;= new&nbsp;DatagramPacket(bys, bys.length,InetAddress.getByName("192.168.25.1"), 12345);// 创建发送端的Socket对象DatagramSocket ds&nbsp;= new&nbsp;DatagramSocket();&nbsp;// 发送数据ds.send(dp);&nbsp;// 释放资源ds.close();}}</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

**接收数据**

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td>package&nbsp;cn.itcast_03;&nbsp;import&nbsp;java.io.IOException;import&nbsp;java.net.DatagramPacket;import&nbsp;java.net.DatagramSocket;/*&nbsp;* 多次启动接收端：&nbsp;* java.net.BindException: Address already in use: Cannot bind&nbsp;* 端口被占用。&nbsp;*/public&nbsp;class&nbsp;ReceiveDemo { public&nbsp;static&nbsp;void&nbsp;main(String[] args) throws&nbsp;IOException { // 创建一个包裹byte[] bys&nbsp;= new&nbsp;byte[1024];DatagramPacket dp&nbsp;= new&nbsp;DatagramPacket(bys, bys.length);&nbsp;// 创建接收端的Socket对象DatagramSocket ds&nbsp;= new&nbsp;DatagramSocket(12345);// 接收数据ds.receive(dp);&nbsp;// 解析数据String ip&nbsp;= dp.getAddress().getHostAddress();String s&nbsp;= new&nbsp;String(dp.getData(), 0, dp.getLength());System.out.println("from "&nbsp;+ ip&nbsp;+ " data is : "&nbsp;+ s);&nbsp;// 释放资源ds.close();}}</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

** **

**TCP/IP协议是如何发送和接收数据的？**

**答：**

**发送数据（客户端）：**

创建TCP客户端的Socket对象（Socket）

获取输出流，写数据（getOutputStream()）

释放资源（close()）

**接收数据（服务端）：**

创建TCP服务器端的Socket对象（ServerSocket）

监听客户端连接（accept()）

获取输入流，读取数据（getInputStream()）

释放资源（close()）

**例子：**

**客户端**

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td>package cn.itcast_06;&nbsp;import java.io.IOException;import java.io.OutputStream;import java.net.Socket;/*&nbsp;* TCP协议发送数据：&nbsp;* A:创建发送端的Socket对象&nbsp;* 这一步如果成功，就说明连接已经建立成功了。&nbsp;* B:获取输出流，写数据&nbsp;* C:释放资源&nbsp;* &nbsp;* 连接被拒绝。TCP协议一定要先看服务器。&nbsp;* java.net.ConnectException: Connection refused: connect&nbsp;*/public class ClientDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建发送端的Socket对象Socket s = new Socket("192.168.12.92", 8888);&nbsp;// 获取输出流，写数据OutputStream os = s.getOutputStream();os.write("hello,tcp,我来了".getBytes());&nbsp;// 释放资源s.close();}}</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

**服务端**

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td>package cn.itcast_06;&nbsp;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;/*&nbsp;* TCP协议接收数据：&nbsp;* A:创建接收端的Socket对象&nbsp;* B:监听客户端连接。返回一个对应的Socket对象&nbsp;* C:获取输入流，读取数据显示在控制台&nbsp;* D:释放资源&nbsp;*/public class ServerDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建接收端的Socket对象ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);&nbsp;// 监听客户端连接。返回一个对应的Socket对象Socket s = ss.accept(); // 侦听并接受到此套接字的连接。此方法在连接传入之前一直阻塞。&nbsp;// 获取输入流，读取数据显示在控制台InputStream is = s.getInputStream();&nbsp;byte[] bys = new byte[1024];int len = is.read(bys); // 阻塞式方法String str = new String(bys, 0, len);&nbsp;String ip = s.getInetAddress().getHostAddress();&nbsp;System.out.println(ip + "---" + str);&nbsp;// 释放资源s.close();}}</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

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[70 3]: /images/20220526/843b678314084f2982c91f718987b2df.png