.NET网络编程——TCP通信

一、网络编程的基本概念 :

1. 网络

        就是将不同区域的电脑连接到一起，组成局域网、城域网或广域网。把分部在不同地理区域的计算机于专门的外部设备用通信线路 互联成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。

2. 计算机网络 

        通过传输介质、通信设施和网络通信协议，将地理位置相同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备连起来，实现资源共享 和数据传输的系统。

3. 通信协议

计算机网路中实现通信必须有一些通信协议的规定，对传输代码、代码结构、传输控制步骤出错控制等制定标准。

4. 通信接口

为了使两个节点之间能进行对话，必须在他们之间建立通信工具（即接口），使彼此之间能进行信息交换。

5. 网络分层

       1. 由于结点之间联系很复杂，在指定协议时，把复杂成份分解成一些简单的成份，再将他们复合起来。最常用的复合方式是层次 方式，即同层间可以通信、上一层可以调用下一层，而与再下一层不发生关系

        2. TCP/IP是一个协议族，也是按照层次划分，共四层：应用层，传输层，互连网络层，接口层(物理+数据链路层)

        3. OSI网络通信协议模型，是一个参考模型，而TCP/IP协议是事实上的标准。TCP/IP协议参考了OSI模型，但是并没有严格按照OSI规 定的七层标准去划分，而只划分了四层，这样会更简单点，当划分太多层时，你很难区分某个协议是属于哪个层次的

二、网络编程三要素 

1. IP地址

        要想让网络中的计算机能够互相通信，必须为计算机指定一个标识号，通过这个标识号来指定要接受数据的计算机和识别发送 的计算机，而IP地址就是这个标识号，也就是设备的标识。

1.1 IP地址分为两大类

  1. IPv4：是给每个连接在网络上的主机分配一个32bit地址。按照TCP/IP规定，IP地址用二进制来表示，每个IP地址的 长32bit，也就是4个字节。
  2. IPv6：由于互联网的蓬勃发展，IP地址的需求量愈来愈大，但是网络地址资源有限，使得IP的分配越发紧张。为了扩 大地址空间，通过IPv6重新定义地址空间，采用128bit地址长度，每16个字节一组，分成8组十六进制数，这就解决 了网络地址资源数量不够的问题。

1.2 InetAddress类 (在Java中使用InetAddress类代表IP)

        常用的方法 ：

String getHostAddress ()返回IP地址字符串（以文本表现形式）
String getHostName ()返回此IP地址的主机名
Byte[] getAddress ()返回此InetAddress对象的原始IP地址

2. 端口

2.1 概念：

        网络的通信，本质上是两个应用程序的通信，每台计算机都有很多的应用程序。IP地址是唯一的标识网络的设备，端口 号就是唯一标识设备中的应用程序，也就是应用程序的标识。

2.2 端口号：

        用两个字节表示的整数，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，普通 的应用程序需要使用1024以上的端口号。如果端口号被另外一个服务或应用所占用，会导致当前程序启动失败。

2.3 IntetSocketAddress类

        包含IP和端口信息，常用于Socket通信。此类实现套接字数字地址（IP地址+端口号），不依赖任何协议。

        常用的方法 ：

InetAddress getAddress()获得InetAddress
Int getPort ()获取端口号
String getHostName（）获取主机名

三、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 路中形势的汽车一定要遵守交通规则一样。在计算机网路中，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、传输步骤做了统一规定，通信双方必须同时遵守才能完成数据交换。

3.1 UDP协议

  1. 用户数据报协议（User Datagram Protocol）
  2. UDP是预无线通信协议，即在数据传输时，数据的发送端和接受端不建立逻辑连接。简单来说，当一台计算机向另外一台计算机 发送数据时，发送端不会确认接受端是否存在，就会发送出数据，同样接受端在收到数据时，夜不会向发送端反馈是否收到数 据
  3. 由于使用UDP协议消耗资源少，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
  4. 例如视频会议通常采用UDP协议，因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接受结果产生太大影响。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。

3.2 TCP协议

  • 传输控制协议（Transmission Control Protocol）
  • TCP协议是面向连接的通信协议，即传输数据之前，在发送端和接受端建立逻辑连接，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连接。在TCP连接中必须明确客户端于服务端，由于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”；

3.3 三次握手

TCP协议中，在发送数据的准备阶段，客户端与服务器之间的三次交互，以保证连接的可靠性

第一次握手 ： 客户端向服务器发送连接请求，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发送确认信息，确认连接

        完成三次握手连接建立后，客户端和服务器就可以开始进行数据传输了。由于这种面向连接的特性，TCP协议可以保证传输数据 的安全，所以应用非常广泛。例如上传文件，下载文件、浏览网页。

3.3.1 TCP通信原理 ：

        TCP通信协议是一种可靠的网络协议，它在通信的两端各建立一个Socket对象，从而在通信的两端形成网络虚拟链路，一旦建 立了虚拟的网络链路，两端的程序就可以通过虚拟链路进行通信。

  • 使用基于TCP协议的Socket网络编程实现，使用Socket对象来代表两端的通信端口
  • TCP协议基于请求-响应模式，第一次主动发起的程序被客户端（Client）程序
  • 第一次通讯中等待连接的程序被服务器（Serser）程序
  • 利用IO流实现数据的传输

四、TCP实现步骤（聊天案例）

1. 步骤

1、在服务端指定一个端口号来创建ServerSocket，并使用accept方法进行侦听，这将阻塞服务器线程，等待用户请求。

2、在客户端指定服务的主机IP和端口号来创建socket，并连接服务端ServerSocket，此时服务端accept方法被唤醒，同时返回一个 和客户端通信的socket。

3、在客户端和服务端分别使用socket来获取网络通信输入/输出流，并按照一定的通信协议对socket进行读/写操作。

4、通信完成后，在客户端和服务端中分别关闭socket。

2. 服务器端

  1. 创建ServerSocket（int port）对象        
  2. 在Socket上使用accept方法监听客户端的连接请求（阻塞等待连接功能）
  3. 接受并处理请求信息 • 将处理结果返回给客户端
  4. 关闭流和Socket对象

3. 客户端

  1. 创建Socket（Strng host ， int port）对象
  2. 向服务器发送连接请求 • 向服务端发送服务请求 • 接受服务结果（服务响应）
  3. 关闭流和Socket对象

4. ServerSocket类

常用构造器 ： ServerSocket（int port） 创建绑定到指定端口的服务器套接字

常用方法 ：Socket accept（） 侦听要连接到此套接字并接受它

Java为客户端提供了Socket类，为服务器端提供了ServerSocket类

构造方法：

Socket（InetAddress address ， int port）address（IP地址）， port（端口号）

创建流套接字并将其连接到指定IP地址的指定端口号；

常用方法 ：

OutoutStream getOutputStream（）返回套接字的输出流
InputStream getInputStream （）返回套接字的输入流
Void shutdownOutput（）禁用套接字的输出流 

5. 利用实现客户端于服务器无线聊天功能

1. 服务器

package com.net;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

/**
 * 服务器
 * @author 云村小威
 *
 * @2023年7月19日 下午10:02:11
 */
public class Server {

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		System.out.println("⁎⁎⁎⁎⁎⁎服务端⁎⁎⁎⁎⁎⁎");

		/* 创建服务器连接对象 */
		ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);
		System.out.println("服务器已开启，等待连接...");

		/* 调用accept方法，客服端没有启动连接不能执行下一步（阻塞功能） */
		Socket server = ss.accept();
		System.out.println("客户端连接成功");

		/* 获取输入流，读取客户端发送的数据 */
		InputStream inputStream = server.getInputStream();
		BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));

		/* 获取输出流，向客户端回写数据 */
		Scanner zw = new Scanner(System.in);

		OutputStream outputStream = server.getOutputStream();
		BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(outputStream));

		while (true) {
			String readLine = br.readLine();
			System.out.println("客户端 ：" + readLine);

			if ("拜拜".equals(readLine)) {
				System.out.println("再见");
				break;
			}

			System.out.println("请输入发送到客户端的内容：");
			String test = zw.next();
			/* 向客户端写入内容 */
			bw.write(test);
			bw.newLine();
			bw.flush();

			if ("拜拜".equals(test)) {
				System.out.println("再见");
				break;
			}
		}

		/* 关闭资源 */
		bw.close();
		outputStream.close();
		br.close();
		inputStream.close();
		server.close();
		ss.close();
	}
}

2. 客户端

package com.net;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

/**
 * 客户端
 * @author 云村小威
 *
 * @2023年7月19日 下午10:02:00
 */
public class Client {

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		System.out.println("⁕⁕⁕⁕⁕客户端⁕⁕⁕⁕⁕");

		/* 创建Socket对象，请求连接 */
		Socket client = new Socket(InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 6666);
		System.out.println("服务器连接成功...");

		/* 获取输出流对象，向服务器写入数据 */
		OutputStream outputStream = client.getOutputStream();
		BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(outputStream));

		/* 获取输入流对象，读取服务器数据 */
		InputStream inputStream = client.getInputStream();
		BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));

		/* 向服务器发送信息 */
		Scanner zw = new Scanner(System.in);
		while (true) {
			System.out.println("请输入发送到服务器的内容：");
			String test = zw.next();
			/* 向服务器写入内容 */
			bw.write(test);
			bw.newLine();
			bw.flush();
			if ("拜拜".equals(test)) {
				System.out.println("再见");
				break;
			}
			/* 每次读取一个字节数组 */
			String content = br.readLine();
			System.out.println("服务器 ： " + content);
			if ("拜拜".equals(content)) {
				System.out.println("再见");
				break;
			}
		}

		/* 关闭资源 */
		br.close();
		inputStream.close();
		bw.close();
		outputStream.close();
		client.close();
	}
}

3. 控制台版 效果

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    感谢您的观看，我会在本专栏持续更新，后续更新多线程等知识。接下来就可以利用多线程实现窗体实时无线聊天功能，请点击进入JAVA多线程 ！

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