终于把TCP协议与UDP协议给整明白了

终于把TCP协议与UDP协议给整明白了

网络编程有三个要素,分别是IP地址、端口号和通信协议,那本文主要讲述的是TCP与UDP这两种通信协议,以及编程的实现。

首先,我们需要了解一下IP地址、端口号、通信协议的相关知识。

一、IP地址

网络中的计算机使用IP地址来进行唯一标识,IP地址有IPv4和IPv6两种类型。IPv4采用十进制或二进制表示形式,十进制是一种比较常用的表示形式,如192.168.1.131,IPv6采用十六进制表示形式,一般不常用。

如何查看IP地址相关信息:

在Window系统下,打开cmd,输入命令ipconfig,按回车即可查看。在Linux或Mac系统下,打开终端,使用ifconfig命令,按回车即可查看。

二、端口号

端口号是计算机中的应用程序的一个整数数字标号,用来区分不同的应用程序。

0 ~ 1024 为被系统使用或保留的端口号,0 ~ 65535为有效的端口号,也就是说我们要对一些程序定义端口号的时候,要选择1024 ~ 65535范围内的整数数字。

比如,以前学过的MySQL的端口号是3306,SQLServer的端口号是1433,查了一下Oracle的端口号是1521。

一定要把这些数据库对应的端口号,藏在深深的脑海里,以后在连接数据库的时候,会使用到端口号。

三、通信协议

说的通俗一点,通信协议就是网络通信中的规则,分为TCP协议和UDP协议两种。

第一种:TCP协议
英文名:Transmission Control Protocol
中文名:传输控制协议
协议说明:TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

举例:打电话,需要双方都接通,才能进行对话

特点:效率低,数据传输比较安全

第二种:UDP协议
英文名:User Datagram Protocol
中文名:数据报协议
协议说明:UDP是一种面向无连接的传输层通信协议。

举例:发短信,不需要双方建立连接,But,数据报的大小必须限制在64k以内

特点:效率高,数据传输不安全,容易丢包

四、三要素关系图与网络模型图

1、网络编程三要素关系图

image.png
注:图中端口号、IP地址为演示,并非真实

2、OSI参考模型与TCP/IP参考模型
image.png
五、TCP编程

TCP是基于字节流的传输层通信协议,所以TCP编程是基于IO流编程。

对于客户端,我们需要使用Socket类来创建对象。对于服务器端,我们需要使用ServerSocket来创建对象,通过对象调用accept()方法来进行监听是否有客户端访问。

客户端与服务器端图解:
image.png
客户端与服务器端实现步骤:

前提:创建一个项目,在项目中创建两个模块(model),一个模块用来放客户端相关代码,一个模块用来放服务器端相关代码。

目录结构如下图
image.png
客户端:

1、创建Socket对象,并指定服务器端应用程序的端口号和服务器端主机的IP地址。

2、使用Socket的对象调用getOutputStream()方法来获取字节输出流对象。

3、调用字节输出流的write(byte[] buf)或者write(int b)向服务器发送指定数据。

4、记得关闭流。

服务器端:

1、创建ServerSocket对象,并指定该应用程序的端口号,端口号必须和客户端指定的端口号一样。

2、使用ServerSocket对象的accept()方法来监听客户端发送过来的请求,返回值为Socket对象。

3、调用Socket对象的getInputStream()方法获取字节输入流对象

4、调用字节输入流对象的read(byte[] buf)或read()方法获取数据。

5、记得关闭流。

实例:

客户端向服务器端发送信息,并显示在服务器端。

Client类(客户端)

package cn.tkrnet.client;

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        
        //创建Socket对象,指定要发送到服务器端的IP地址,以及服务器端应用程序接收的端口号
        //localhost代表本机IP地址
        Socket client = new Socket("localhost",9000);
        
        //获取输出流,用于向服务器端发送数据
        OutputStream os = client.getOutputStream();
        
        os.write("Java is my friend !".getBytes());
        System.out.println("信息已发送");

        //关闭流
        os.close();
        client.close();
    }
}

Server类(服务器端)

package cn.tkrnet.server;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("--服务器端已开启--");

        //创建ServerSocket对象,这里的端口号必须与客户端的端口号相同
        ServerSocket server = new ServerSocket(9000);

        //调用方法accept(),用来监听客户端发来的请求
        Socket socket = server.accept();

        //获取输入流对象
        InputStream is = socket.getInputStream();

        //读取输入流中的数据
        int b = 0;
        while ((b =is.read()) != -1){
            System.out.print((char)b);
        }
        //关闭流
        is.close();
        socket.close();
        server.close();
    }
}

提示:在运行程序时,一定要先运行服务器端的程序代码,再运行客户端的程序代码。因为客户端要向服务器发送请求,前提是服务器端要处于开启状态。

Server类(服务器端)运行结果:

--服务器端已开启--

1
2
Client类(客户端)运行结果:

信息已发送
1
Client类(客户端)运行后,Server类(服务器端)收到信息,运行结果:

--服务器端已开启--
Java is my friend !
1
2
实例分析:

服务器端启动后,服务器端的accept()方法一直处于监听状态,直到客户端连接了服务器,服务器端再从流中读取客户端发来的数据。

恕我直言,这是一个超级无敌简单的一个单向通信实例。

六、UDP编程

UDP使用数据报进行数据传输,没有客户端与服务器端之分,只有发送方与接收方,两者哪个先启动都不会报错,但是会出现数据丢包现象。发送的内容有字数限制,大小必须限制在64k以内。

发送方与接收方实现步骤:

前提:创建一个项目,在项目中创建两个模块(model),一个模块用来放发送方相关代码,一个模块用来放接收方相关代码。

目录结构如下图
image.png
发送方:

1、创建DatagramSocket对象,可以指定应用程序的端口号,也可以不指定。

2、准备需要发送的数据

3、创建DatagramPacket对象,用来对发送的数据进行打包,需要指定发送内容、发送多少、发送到哪里和接收方的端口号四个参数。

4、调用DatagramSocket对象的send()方法发送数据。

5、记得关闭流。

接收方:

1、创建DatagramSocket对象,指定接收方的端口号,这个必须指定。

2、创建一个byte类型数组,用来接收发送方发送过来的数据。

3、创建DatagramPacket对象,准备接收数据。

4、调用DatagramSocket对象的receive()方法用于接收数据。

5、使用String类的构造方法将byte类型的数组中的数据转化成String类型并显示。

6、记得关闭流。

实例:

发送方发送信息,接收方接收信息,并显示。

Sender类(发送方)

package cn.tkrnet.Sender;

import java.io.IOException;
import java.net.*;

public class Sender {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        //创建接受或发送的数据报套接字,并指定发送方的端口号为7770
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(7770);   //端口号也可以不指定
        System.out.println("---发送方---");

        //创建数据报对象,用来发送数据
        byte[] b = "Java is my friend !".getBytes();

        //8800为接收方的端口号,netAddress.getByName("localhost")是获取主机的IP地址
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(b,b.length, InetAddress.getByName("localhost"),7788);

        ds.send(dp);    //发送数据报
        System.out.println("数据已发送");
        //关闭流
        ds.close();
    }
}

Receiver类(接收方)

package cn.tkrnet.receiver;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

public class Receiver {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("---接收方---");

        //创建数据报套接字对象,指定的端口号要和发送方发送数据的端口号相同
        // (不是发送方的端口号7770,是发送方发送数据的端口号7788)
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(7788);

        //创建接收数据报的对象
        byte[] b = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(b,b.length);

        //接收数据
        ds.receive(dp);
        System.out.println(new String(b,0,dp.getLength()));
        //关闭流
        ds.close();
    }
}

提示:在运行程序时,先运行发送方程序,还是先运行接收方程序都不会报错,但是有可能会出现数据丢包,一般我们都先运行接收方的程序代码,再运行发送方的程序代码。

Receiver类(接收方)运行结果:

---接收方---

1
2
Sender类(发送方)运行结果:

---发送方---
数据已发送
1
2
Sender类(发送方)运行后,Receiver类(接收方)接收到信息,运行结果:

---接收方---
Java is my friend !
1
2
实例分析:

只有接收方先启动运行,才会存在端口号为7788的程序,发送方才能发送数据到指定端口号7788,接收方才能接收数据。

不瞒你说,这也是个超级无敌简单的单向通信实例。