Java网络编程基础
Java网络编程基础
网络通信协议
通过计算机网络可以实现不同计算机之间的连接与通信，但是计算机网络中实现通信必须有一些约定即通信协议，对速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定标准。就像两个人想要顺利沟通就必须使用同一种语言一样，如果一个人只懂英语而另外一个人只懂中文，这样就会造成没有共同语言而无法沟通。
国际标准化组织(ISO，即International Organization for Standardization)定义了网络通信协议的基本框架，被称为OSI(Open System Interconnect，即开放系统互联)模型。要制定通讯规则，内容会很多，比如要考虑A电脑如何找到B电脑，A电脑在发送信息给B电脑时是否需要B电脑进行反馈，A电脑传送给B电脑的数据格式又是怎样的?内容太多太杂，所以OSI模型将这些通讯标准进行层次划分，每一层次解决一个类别的问题，这样就使得标准的制定没那么复杂。OSI模型制定的七层标准模型，分别是：应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层，物理层。
虽然国际标准化组织制定了这样一个网络通信协议的模型，但是实际上互联网通讯使用最多的网络通信协议是TCP/IP网络通信协议。
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，网络接口层(物理+数据链路层)。
那么TCP/IP协议和OSI模型有什么区别呢？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，当划分太多层次时，你很难区分某个协议是属于哪个层次的。TCP/IP协议和OSI模型也并不冲突，TCP/IP协议中的应用层协议，就对应于OSI中的应用层，表示层，会话层。就像以前有工业部和信息产业部，现在实行大部制后只有工业和信息化部一个部门，但是这个部门还是要做以前两个部门一样多的事情，本质上没有多大的差别。TCP/IP中有两个重要的协议，传输层的TCP协议和互连网络层的IP协议，因此就拿这两个协议做代表，来命名整个协议族了，再说TCP/IP协议时，是指整个协议族。
网络协议的分层
由于网络结点之间联系很复杂，在制定协议时，把复杂成份分解成一些简单的成份，再将它们复合起来。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。
把用户应用程序作为最高层，把物理通信线路作为最低层，将其间的协议处理分为若干层，规定每层处理的任务，也规定每层的接口标准。
ISO模型与TCP/IP模型的对应关系：
数据封装与解封
数据发送处理过程
- 应用层将数据交给传输层，传输层添加上TCP的控制信息(称为TCP头部)，这个数据单元称为段(Segment)，加入控制信息的过程称为封装。然后，将段交给网络层。
- 网络层接收到段，再添加上IP头部，这个数据单元称为包(Packet)。然后，将包交给数据链路层。
- 数据链路层接收到包，再添加上MAC头部和尾部，这个数据单元称为帧(Frame)。然后，将帧交给物理层。
- 物理层将接收到的数据转化为比特流，然后在网线中传送。
数据接收处理过程
- 物理层接收到比特流，经过处理后将数据交给数据链路层。
- 数据链路层将接收到的数据转化为数据帧，再除去MAC头部和尾部，这个除去控制信息的过程称为解封，然后将包交给网络层。
- 网络层接收到包，再除去IP头部，然后将段交给传输层。
- 传输层接收到段，再除去TCP头部，然后将数据交给应用层。
从以上传输过程中，可以总结出以下规则：
- 发送方数据处理的方式是从高层到底层，逐层进行数据封装。
- 接收方数据处理的方式是从底层到高层，逐层进行数据解封装。
接收方的每一层只把对该层有意义的数据拿走，或者说每一层只能处理发送方同等层的数据，然后把其余的部分传递给上一层，这就是对等层通信的概念。
IP地址
用来标识网络中的一个通信实体的地址。通信实体可以是计算机、路由器等。 比如互联网的每个服务器都要有自己的IP地址，而每个局域网的计算机要通信也要配置IP地址。路由器是连接两个或多个网络的网络设备。
目前主流使用的IP地址是IPV4，但是随着网络规模的不断扩大，IPV4面临着枯竭的危险，所以推出了IPV6。
IPV4：32位地址，并以8位为一个单位，分成四部分，以点分十进制表示，如192.168.0.1。因为8位二进制的计数范围是00000000—11111111，对应十进制的0-255，所以-4.278.4.1是错误的IPV4地址。
IPV6：128位(16个字节)写成8个16位的无符号整数，每个整数用四个十六进制位表示，每个数之间用冒号(：)分开，如：3ffe:3201:1401:1280:c8ff:fe4d:db39:1984
注意事项
- 127.0.0.1 本机地址
- 192.168.0.0—192.168.255.255为私有地址，属于非注册地址，专门为组织机构内部使用。
端口
IP地址用来标识一台计算机，但是一台计算机上可能提供多种网络应用程序，如何来区分这些不同的程序呢?这就要用到端口。
端口是虚拟的概念，并不是说在主机上真的有若干个端口。通过端口，可以在一个主机上运行多个网络应用程序。 端口的表示是一个16位的二进制整数，对应十进制的0-65535。
总结
- IP地址好比每个人的地址(门牌号)，端口好比是房间号。必须同时指定IP地址和端口号才能够正确的发送数据。
- IP地址好比为电话号码，而端口号就好比为分机号。
URL
在www上，每一信息资源都有统一且唯一的地址，该地址就叫URL(Uniform Resource Locator)，它是www的统一资源定位符。URL由4部分组成：协议 、存放资源的主机域名、资源文件名和端口号。如果未指定该端口号，则使用协议默认的端口。例如http 协议的默认端口为 80。 在浏览器中访问网页时，地址栏显示的地址就是URL。
在java.net包中提供了URL类，该类封装了大量复杂的涉及从远程站点获取信息的细节。
Socket
我们开发的网络应用程序位于应用层，TCP和UDP属于传输层协议，在应用层如何使用传输层的服务呢？在应用层和传输层之间，则是使用套接Socket来进行分离。
套接字就像是传输层为应用层开的一个小口，应用程序通过这个小口向远程发送数据，或者接收远程发来的数据；而这个小口以内，也就是数据进入这个口之后，或者数据从这个口出来之前，是不知道也不需要知道的，也不会关心它如何传输，这属于网络其它层次工作。
Socket实际是传输层供给应用层的编程接口。Socket就是应用层与传输层之间的桥梁。使用Socket编程可以开发客户机和服务器应用程序，可以在本地网络上进行通信，也可通过Internet在全球范围内通信。
TCP
TCP(Transfer Control Protocol)是面向连接的，所谓面向连接，就是当计算机双方通信时必需经过先建立连接，然后传送数据，最后拆除连接三个过程。
TCP在建立连接时又分三步走：
- 第一步，是请求端(客户端)发送一个包含SYN即同步(Synchronize)标志的TCP报文，SYN同步报文会指明客户端使用的端口以及TCP连接的初始序号。
- 第二步，服务器在收到客户端的SYN报文后，将返回一个SYN+ACK的报文，表示客户端的请求被接受，同时TCP序号被加一，ACK即确认(Acknowledgement)。
- 第三步，客户端也返回一个确认报文ACK给服务器端，同样TCP***被加一，到此一个TCP连接完成。然后才开始通信的第二步：数据处理。
这就是所说的TCP的三次握手(Three-way Handshake)。
UDP
基于TCP协议可以建立稳定连接的点对点的通信。这种通信方式实时、快速、安全性高，但是很占用系统的资源。
在网络传输方式上，还有另一种基于UDP协议的通信方式，称为数据报通信方式。在这种方式中，每个数据发送单元被统一封装成数据报包的方式，发送方将数据报包发送到网络中，数据报包在网络中去寻找它的目的地。
区别
TCP协议和UDP协议是传输层的两种协议。Socket是传输层供给应用层的编程接口，所以Socket编程就分为TCP编程和UDP编程两类。
在网络通讯中，TCP方式就类似于拨打电话，使用该种方式进行网络通讯时，需要建立专门的虚拟连接，然后进行可靠的数据传输，如果数据发送失败，则客户端会自动重发该数据。而UDP方式就类似于发送短信，使用这种方式进行网络通讯时，不需要建立专门的虚拟连接，传输也不是很可靠，如果发送失败则客户端无法获得。
这两种传输方式都在实际的网络编程中使用，重要的数据一般使用TCP方式进行数据传输，而大量的非核心数据则可以通过UDP方式进行传递，在一些程序中甚至结合使用这两种方式进行数据传递。
进行网络通讯时，不需要建立专门的虚拟连接，传输也不是很可靠，如果发送失败则客户端无法获得。
这两种传输方式都在实际的网络编程中使用，重要的数据一般使用TCP方式进行数据传输，而大量的非核心数据则可以通过UDP方式进行传递，在一些程序中甚至结合使用这两种方式进行数据传递。
由于TCP需要建立专用的虚拟连接以及确认传输是否正确，所以使用TCP方式的速度稍微慢一些，而且传输时产生的数据量要比UDP稍微大一些。