Java---网络编程

一.网络的基本概念

1.指令

二.网络模型

1.七层模型

七层模型，也称为OSI（Open System Interconnection）参考模型，是国际标准化组织（ISO）制

定的一个用于计算机或通讯系统间互联的标准体系。它是一个七层的、抽象的模型体，不仅包括

一系列抽象的术语或概念，也包括具体的协议。

1.1 物理层

定义设备标准，如*网线*的接口类型、*管线*的接口类型、*各种传输介质*的传输速率等。物

理层的作用是尽可能地屏蔽掉底层的差异，透明的传输bit(比特)。

这一层定义了物理特性，这是最底层的层次，它定义了网络节点之间如何物理连接，包括网络设备的物理连接和数据传输介质的选择。

1.2 链路层

定义了如何让格式化数据进行传输，以及如何控制对物理介质的访问。这一层通常还提供错误检测和纠正，以确保数据的可靠传输。例如要发送的数据包的大小，要传送的每个数据包的寻址方式，使其到达预定的接收方，以及一种确保不超过一个节点尝试同时向接收方发送数据包的方法。

这一层负责在网络节点之间建立连接，以便进行数据传输，包括协商连接，以及如何表示、编码和识别数据帧。

链路层协议： SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等。

1.3 网络层

将数据传输到目标地址；目标地址可以使多个网络通过*路由器*连接而成的某一个地址，主要负责寻找地址和路由选择，网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能在这一层，数据的单位称为数据包(packet)。

这一层负责将数据从一台计算机传输到另一台计算机，它定义了网络节点之间怎样交换数据，以及实现网络节点地址管理和路由管理。

网络层协议的代表包括：IP、IPX、RIP、OSPF等。

1.4 传输层

提供*端到端*的服务，可以实现流量控制、负载均衡。传输层信息包括端口、控制字和校验和。传输层位于OSI的第四层，这层使用的设备时主机本身。数据包一旦离开网卡即进入网络传输层。

区块链，BT

这一层会对网络层提供的服务，以保证两个主机之间的数据传输的可靠性，同时确保可靠的数据传输以及可用的协议格式，如TCP，UDP和其他。

传输层协议: TCP和UDP。

1.5 会话层

负责在网络中的两点*建立**、****维持和终止****通信***，记忆数据的分隔等数据传输相关的管理。会话层的功能包括：建立通信链路，保持会话过程通信链接的畅通，同步两个节点之间的对话，决定通信是否被中断以及通信中断时决定从何处重新发送。

这一层负责建立、管理和终止会话，它负责建立主机之间的数据传输，并保持会话，以便在主机之间实现请求/响应。

1.6 表示层

将应用处理的信息转换为适合网络传输的格式，或将来自下一层的数据转换为上层能够处理的格式；主要负责数据格式的转换，确保一个系统的应用层信息可被另一个系统应用层读取具体来说，就是将设备固有的数据格式转换为网络标准传输格式，不同设备对同一比特流解释的结果可能会不同；因此，主要负责使它们保持一致。

这一层负责处理数据的格式化，以及在通信过程中数据的编码转换，以便各台计算机之间可以正确传输数据。

表示层协议还对图片和文件格式信息进行解码和编码。

1.7 应用层

应用层是最靠近用户的OSI层。这一层为用户的应用程序（例如电子邮件、文件传输和终端仿真）提供网络服务。

这一层定义了用户和网络之间怎样进行数据传输，它是专门针对用户应用程序的网络控制，比如HTTP，SMTP，FTP等协议。

应用层协议：HTTP、FTP、SMTP、SNMP、 DNS、 HTTPS、 POP3等。

此外，还有一个叫作管理层的单独层，它负责集中管理以上7层的所有信息和服务，以便实现网络的完整性和高效性。

2.五层模型

三.TCP的三次握手&四次挥手

1.三次握手

1.1 概念

1.2 三次握手相关参数

序列号seq：占4个字节，用来标记数据段的顺序，TCP把连接中发送的所有数据字节都编上一个序号，第一个字节的编号由本地随机产生；给字节编上序号后，就给每一个报文段指派一个序号；序列号seq 就是这个报文段中的第一个字节的数据编号。

确认号ack：占4个字节，期待收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号；序列号表示报文段携带数据的第一个字节的编号；而确认号指的是期望接收到下一个字节的编号；因此当前报文段最后一个字节的编号+1即为确认号。

确认ACK：占1位，仅当ACK=1时，确认号字段才有效。ACK=0时，确认号无效。

同步SYN：连接建立时用于同步序号。当SYN=1，ACK=0时表示：这是一个连接请求报文段。若同意连接，则在响应报文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示这是一个连接请求，或连接接受报文。SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1，握手完成后SYN标志位被置0。

1.3 三次握手的目的

第一次握手请求连接的包才到会使服务器打开连接，占用资源而且容易被恶意攻击！防止攻击的方法，缩短服务器等待时间。*两次握手容易死锁*。如果服务器的响应数据在传输中丢失，*客户端*将不知道*服务器*建立什么样的序列号，客户端认为连接还未建立成功，将忽略服务端发来的任何数据，只等待连接确认应答数据。而服务器在发出的响应超时后，重复发送同样的数据。这样就形成了死锁。

2.四次挥手

终止FIN：用来释放一个连接。FIN=1表示：此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放

运输连接

3.为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次挥手？

因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。

但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，“你发的FIN报文我收到了”。

只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

四.Socket编程

在计算机通信领域，socket 被翻译为“套接字”，它是计算机之间进行通信的一种约定或一种方式。通过 socket 这种约定，一台计算机可以接收其他计算机的数据，也可以向其他计算机发送数据

1.基于TCP的socket编程

1.1 开发流程

1.2 程序案例：

服务端

final int PORT = 9999;
/*
 * 创建ServerSocket对象并绑定端口
*/
ServerSocket server = **new** ServerSocket(PORT);
System.out.println("服务端启动成功.....");
boolean f = true;
 
while(f) {
/*
 * 监听客户端请求
 */
 Socket socket = server.accept(); 
/*
 * 获取输入流字节并将其转换为字符流
 */
  InputStream stream = socket.getInputStream();
  InputStreamReader in = new InputStreamReader(stream, "utf-8");
/*
 * 创建缓存区
 */
  char[] buffer = new char[48];
/*
 * 读取流中数据将其放入缓存(buffer)中
 */
    Socket socket = server.accept();//监听到客户端的socket
    // 接收客户端请求
    InputStream stream = socket.getInputStream();
    InputStreamReader in = new InputStreamReader(stream, StandardCharsets.UTF_8);
    char[] buffer = new char[64];
    in.read(buffer);
    String str = new String(buffer);
    str = str.trim();
    System.out.println("[来自客户端:] " + str);
server.close();

客户端

final   int  PORT = 10010;
final  String HOST = "127.0.0.1";

Socket socket =  new  Socket(HOST, PORT);
OutputStream stream = socket.getOutputStream();
OutputStreamWriter out = new OutputStreamWriter(stream);
out.write("测试一下客户端数据");
out.flush();
socket.close();

2.基于UDP的socket编程

UDP协议全称是用户数据报协议，在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。在OSI模型中，在第四层——传输层，处于IP协议的上一层。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。

2.1 程序案例：

UDP 接收端

final in  PORT = 9900;
DatagramSocket socket = **new** DatagramSocket(PORT);
System.out.println("UDP Receive启动....");
byte [] buffer =  new byte[1024];
DatagramPacket packet = new  DatagramPacket(buffer, buffer.length);
socket.receive(packet);
String msg =  new  String(packet.getData());
System. out .println("使用UDP接收到的数据: " + msg); 
socket.close();

UDP 发送端

final int  PORT = 9900;
 final  String HOST = "127.0.0.1";
DatagramSocket socket = new  DatagramSocket();
String msg="使用UDP发送一条数据";
 byte [] buffer = msg.getBytes();
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, 
InetAddress.getByName(HOST),PORT); 
System. out .println("UDPSend发送信息： ");
socket.send(packet);
socket.close();