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一、概述

1.網路模型

網路模型常見的有ISO參考模型和TCP/IP參考模型，兩者的對應關係如下圖：

　　ISO參考模型分為七個層次：應用層、表示層、會話層、傳輸層、網路層、資料鏈路層、物理層。

　　TCP/IP參考模型分為四個層次：應用層、傳輸層、網際層、主機至網路層。

　　1）對於TCP/IP參考模型，開發人員一般處於傳輸層和網際層，web開發屬於應用層，使用者操作也屬於應用層。各層所對應的常見協議如下：

　　　應用層：HTTP協議、FTP協議等。

　　　傳輸層：UDP協議、TCP協議等。

　　　網際層：IP協議等。

　　2）資料封包與資料拆包：

　　　資料封包：資料在傳輸前，按照某一參考模型逐層進行封裝該層的特有標識的過程。

　　　資料拆包：資料傳輸完後，按照某一參考模型逐層進行拆解該層的特有標識的過程。

　　　示例：ISO參考模型的封包與拆包圖解。

　2.網路通訊要素

1）IP地址：

　　　網路裝置的標識，是IP協議提供的一種統一的地址格式，它為網際網路上的每一個網路和每一臺主機分配一個邏輯地址，以此來遮蔽實體地址的差異。

　　　a）IP 地址是 IP 使用的 32 位或 128 位無符號數字，它是一種低階協議，UDP 和 TCP 協議都是在它的基礎上構建的。

　　　b）IP地址是一個32位的二進位制數，通常被分割為4個“8位二進位制數”（也就是4個位元組）。IP地址通常用“點分十進位制”表示成（a.b.c.d）的形式，其中，a,b,c,d都是0~255之間的十進位制整數。

　　　c）每個IP地址至少對應一個或多個主機名，主機名比IP地址更容易記憶。

　　　d）IP地址127.0.0.1為本地迴環地址，可以用於測試網絡卡，對應的主機名為localhost，主機名可以在host檔案進行修改。

　　　IP地址在java中用InetAddress類進行描述，InetAddress有兩個子類，分別為Inet4Address和Inet6Address。

　　　獲取InetAddress物件的方法：

　　　　a）通過給定原始IP地址獲取：

　　　　　static InetAddress getByAddress(byte[] addr)：該方法將IP地址的四段分別存入位元組陣列，由於位元組陣列的範圍在-128到127，如果超出127的段，則返回的為負數，使用原始IP地址時應注意修正。

　　　　b）通過主機名和IP地址獲取：

　　　　　static InetAddress getByAddress(String host, byte[] addr)：

　　　　c）通過主機名獲取：

　　　　　static InetAddress getByName(String host)：

　　　　d）直接呼叫返回本地主機：　

　　　　　static InetAddress getLocalHost()：

　　　　e）通過主機名，返回其 IP 地址所組成的陣列：

　　　　　static InetAddress［］getAllByName(String host)：

　　　　注：所有獲取InetAddress物件的方法，都將丟擲UnknownHostException異常，該異常為IOException異常的子類。

　　　InetAddress類的常用方法：

　　　　a）獲取IP地址的字串表示：

　　　　　String getHostAddress():

　　　　b）獲取主機名：

　　　　　String getHostName():

　　　　c）獲取InetAddress物件的原始IP地址：

　　　　　byte[] getAddress():

　　2）埠號：

　　　a）用於表示程序的邏輯地址。

　　　b）埠號的範圍為0到65535，其中0到1024為系統使用或保留埠，但也可以使用，只要與系統不衝突即可。

　　3）傳輸協議：

　　　傳輸協議即通訊規則，常見的協議有UDP和TCP。

二、UDP通訊

　1.特點：

UDP是面向無連線的，即UDP沒有建立連線的過程，沒有傳送連線請求資料包，而是直接傳送要傳輸的資料包，因此具有連線速度快，但一次傳輸資料量較少且傳輸可靠性較低的特點，傳輸過程容易丟失資料。因此UDP特點總結如下：
　　1）將資料及源和目的封裝成資料包中，不需要建立連線，速度快。
　　2）每個資料報包的大小在限制在64k內，一次傳輸少量資料。
　　3）因無連線，是不可靠的協議，有可能丟失資料。

　2.應用場合：

　　UDP適用於對傳輸速度要求較高，一次傳輸資料量不大，且可靠性要求不高的應用環境，如視訊會議、視訊
直播、桌面共享等。

　3.DatagramSocket類：

　　此類表示用來發送和接收資料報包的套接字。資料報套接字是包投遞服務的傳送或接收點。每個在資料報套接字上傳送或接收的包都是單獨編址和路由的。從一臺機器傳送到另一臺機器的多個包可能選擇不同的路由，也可能按不同的順序到達。

　　1）建立DatagramSocket物件：只能通過建構函式建立。

　　　DatagramSocket()：構造資料報套接字並將其繫結到本地主機上任何可用的埠。

　　　DatagramSocket(int port)：建立資料報套接字並將其繫結到本地主機上的指定埠。

　　　DatagramSocket(int port, InetAddress laddr)：建立資料報套接字，將其繫結到指定的本地地址。

　　　DatagramSocket(SocketAddress bindaddr)： 建立資料報套接字，將其繫結到指定的本地套接字地址。

　　2）常用方法：

　　　　void send(DatagramPacket p)：從此套接字傳送資料報包。

　　　　void receive(DatagramPacket p)；從此套接字接收資料報包。

　　　　InetAddress getInetAddress()：返回此套接字連線的地址。

　　　　int getPort()：返回此套接字的埠。

　　　　void connect(InetAddress address, int port)：將套接字連線到此套接字的遠端地址。

　　　　void connect(SocketAddress addr)：將此套接字連線到遠端套接字地址（IP 地址 + 埠號）。

　　　　void close()：關閉此資料報套接字。

　　注：更多方法參見API文件。 

　4.DatagramPacket類：

　　此類表示資料報包。資料報包用來實現無連線包投遞服務。每條報文僅根據該包中包含的資訊從一臺機器路由到另一臺機器。從一臺機器傳送到另一臺機器的多個包可能選擇不同的路由，也可能按不同的順序到達。

　　1）建立DatagramPacket物件：

　　　DatagramPacket(byte[] buf, int length)：

　　　DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)：

　　　DatagramPacket(byte[] buf, int length, SocketAddress address)：

　　2）常用的方法：

　　　InetAddress getAddress()：返回某臺機器的 IP 地址，此資料報將要發往該機器或者是從該機器接收到的。

　　　byte[] getData():返回資料緩衝區。

　　　int getLength(): 返回將要傳送或接收到的資料的長度。

　　　int getPort():返回某臺遠端主機的埠號，此資料報將要發往該主機或者是從該主機接收到的。

　　　SocketAddress getSocketAddress():獲取要將此包傳送到的或發出此資料報的遠端主機的 SocketAddress（通常為 IP 地址 + 埠號）。

　　注：更多方法參見API文件。

　5.UDP傳輸：

　　1）UDP傳送端的建立步驟：

　　　a）建立DatagramSocket服務，可指定傳送端的埠。
　　　b）將要傳送的資料封包，封包的類為DatagramPacket，且需要指定目標IP物件和目標埠以及封裝的資料和長度。
　　　c）利用DatagramSocket服務的send方法將資料包傳送出去。
　　　d）關閉資源。

　　2）UDP接收端的建立步驟：

　　　a）建立DatagramSocket服務，並指定埠，以接收發送端發來的資料。
　　　b）定義一個數據包，用來儲存接收來的資料。
　　　c）通過DatagramSocket服務的receive方法將資料儲存到所定義的資料包中。
　　　d）利用資料包物件的更多功能實現對接收資料的不同操作。
　　　e）關閉資源。

　　3）程式碼示例：

//定義UDP傳送端
import java.net.*;
class UdpSend
{
	public static void main(String[] args) throws Exception
	{
		//建立傳送端Socket服務，並指定傳送端程式的埠為8888
		//如果不指定埠，則系統會自行分配
		DatagramSocket ds=new DatagramSocket(8888);

		//定義要一個位元組陣列，用來儲存要傳送的資料
		byte[] buf="hello UdpRece".getBytes();

		//將要傳送的資料封包，並指定目標主機IP物件和目標埠
		DatagramPacket dp=new DatagramPacket(buf,buf.length,InetAddress.getByName("127.0.0.1"),10000);

		//通過Socket服務中的send方法將資料包傳送出去
		ds.send(dp);

		//關閉資源
		ds.close();

	}
}

//定義UDP接收端
class UdpRece
{
	public static void main(String[] args) throws Exception
	{
		//建立傳送端Socket服務，並指定接收端程式的埠為10000
		DatagramSocket ds=new DatagramSocket(10000);

		//定義要一個位元組陣列
		byte[] buf=new byte[1024];

		//定義一個數據包，用來儲存要接受的資料
		DatagramPacket dp=new DatagramPacket(buf,buf.length);

		//通過接收端Socket服務中的receive方法將資料儲存到所定義的資料包中
		ds.receive(dp);

		//獲取傳送端主機IP物件,並通過該物件獲取傳送端主機地址
		String ip=dp.getAddress().getHostAddress();

		//獲取接收的資料內容
		byte[] data=dp.getData();

		//獲取傳送端主機程式埠
		int port=dp.getPort();

		//列印獲取的資料到控制檯
		//獲取列印資料的實際長度為getLength方法
		System.out.println(ip+"--"+(new String(data,0,dp.getLength()))+"--"+port);

		//關閉資源
		ds.close();

	}
}

　6.程式碼練習：

　　練習1:UDP傳送端通過鍵盤錄入的方式向UDP接收端傳送資料。

<pre name="code" class="java">import java.net.*;
import java.io.*;
class UdpSend
{
	public static void main(String[] args) 
	{
		DatagramSocket ds=null;
		BufferedReader bufr=null;
		try
		{
			ds=new DatagramSocket();
			bufr=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
			String line=null;
			while((line=bufr.readLine())!=null)
			{
				if (line.equals("over"))
				{
					break;
				}
				byte[] buf=line.getBytes();
				DatagramPacket dp=
					new DatagramPacket(buf,buf.length,InetAddress.getByName("192.168.90.31"),10002);
				ds.send(dp);
				
			}
		}

		//SocketException異常為IOException異常的子類
		catch(SocketException ex)
		{
			System.out.println("Socket異常:"+ex.toString());
		}
		catch (IOException e)
		{
			System.out.println("IO異常:"+e.toString());
		}
		finally
		{
			if (bufr!=null)
			{
				try
				{
					bufr.close();
				}
				catch (IOException e)
				{
					System.out.println(e.toString());
				}
			}
			ds.close();
		}
	}
}

class UdpRece
{
	public static void main(String[] args) 
	{
		DatagramSocket ds=null;
		try
		{
			ds=new DatagramSocket(10002);
			while (true)
			{
				byte[] buf=new byte[1024];
				DatagramPacket dp=new DatagramPacket(buf,buf.length);
				ds.receive(dp);//丟擲了IOException異常
				String ip=dp.getAddress().getHostAddress();
				String data=new String(dp.getData(),0,dp.getLength());
				System.out.println(ip+"--"+data);
			}
			
		}
		catch (SocketException e)
		{
			throw new RuntimeException("Socket服務建立失敗");
		}
		catch (IOException ex)
		{
			throw new RuntimeException("接受資料異常");
		}
		finally
		{
			ds.close();
		}
	}
}

　　練習2：UDP傳送端與接收端互相通訊。

<pre name="code" class="java">//定義UDP傳送端
import java.net.*;
class UdpSend3
{
	public static void main(String[] args) throws Exception
	{
		//向UDP接收端傳送資料包
		DatagramSocket ds=new DatagramSocket(8888);
		byte[] buf="hello UdpRece".getBytes();
		DatagramPacket dp=
			new DatagramPacket(buf,buf.length,InetAddress.getByName("192.168.90.36"),10000);
		ds.send(dp);

		//接收UDP傳送端傳送的資料包
		buf=new byte[1024];
		DatagramPacket dps=new DatagramPacket(buf,buf.length);
		ds.receive(dps);
		String ip=dps.getAddress().getHostAddress();
		byte[] data=dps.getData();
		int port=dps.getPort();
		System.out.println(ip+"--"+(new String(data,0,dps.getLength()))+"--"+port);

		//關閉資源
		ds.close();

	}
}

//定義UDP接收端
class UdpRece3
{
	public static void main(String[] args) throws Exception
	{
		//接收UDP傳送端傳送的資料包
		DatagramSocket ds=new DatagramSocket(10000);
		byte[] buf=new byte[1024];
		DatagramPacket dp=new DatagramPacket(buf,buf.length);
		ds.receive(dp);
		String ip=dp.getAddress().getHostAddress();
		byte[] data=dp.getData();
		int port=dp.getPort();
		System.out.println(ip+"--"+(new String(data,0,dp.getLength()))+"--"+port);
		
		//向UDP傳送端返回資料包
		buf="hello UdpSend".getBytes();
		DatagramPacket dpr=new DatagramPacket(buf,buf.length,dp.getAddress(),dp.getPort());
		ds.send(dpr);


		//關閉資源
		ds.close();
	}
}

三、TCP通訊

　1.特點：

　　TCP是面向有連線的，即TCP在傳送資料之前，會先發送連線請求資料包，通過三次握手建立起連線，然後再進行資料的傳送，因此具有傳輸可靠性強，一次傳輸資料量大的特點，但由於需要建立連線，傳輸速度稍慢。因此TCP的特點總結如下：　　

　　　1）建立連線，形成傳輸資料的通道。　　

　　　2）在連線中進行大資料傳輸。　　

　　　3）通過三次握手完成連線，是可靠協議。  　　

　　　4）因為必須建立連線，所以效率會稍低，速度稍慢。

　2.應用場合：

　　TCP通訊適用於對傳輸速度要求不高，但一次傳輸資料量較大，且可要性要求很高的應用場合，如資料下載、檔案傳輸等。

　3.Socket類：

　　此類實現客戶端套接字（也可以就叫“套接字”）。套接字是兩臺機器間通訊的端點。

　　1）建立Socket物件的常見構造方法：

　　　Socket(InetAddress address, int port):建立一個流套接字並將其連線到指定 IP 地址的指定埠號。

　　　Socket(String host, int port):建立一個流套接字並將其連線到指定主機上的指定埠號。

　　2）常用方法：

　　　InputStream getInputStream():返回此套接字的輸入流。

　　　OutputStream getOutputStream():返回此套接字的輸出流。

　　　void shutdownInput(): 此套接字的輸入流置於“流的末尾”。

　　　void shutdownOutput():禁用此套接字的輸出流。

　　　InetAddress getInetAddress():返回套接字連線的地址。 

　　　int getPort():返回此套接字連線到的遠端埠。

　　　void close():關閉此套接字。

　　注：更多方法參見API文件。

　4.ServerSocket類：

此類實現伺服器套接字。伺服器套接字等待請求通過網路傳入。它基於該請求執行某些操作，然後可能向請求者返回結果。

　　1）建立ServerSocket物件的常見構造方法：

　　　ServerSocket(int port): 建立繫結到特定埠的伺服器套接字。

　　　ServerSocket(int port, int backlog):利用指定的 backlog 建立伺服器套接字並將其繫結到指定的本地埠號。

　　2）常見的方法：

　　　Socket accept():偵聽並接受到此套接字的連線。

　　　InetAddress getInetAddress():返回此伺服器套接字的本地地址。

　　　void close(): 關閉此套接字。

　　注：更多方法參見API文件。

　5.TCP傳輸：

　　1）TCP客戶端的建立步驟：

　　　a）建立Socket服務，並指定連線的主機和埠。　　　

　　　b）獲取鍵盤錄入或讀取硬碟檔案資料。　　　

　　　c）獲取Socket輸出流，將資料傳送給服務端。　　　

　　　d）獲取Socket讀取流，讀取服務度返回的資料。　　　

　　　e）關閉資源。

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