網(wǎng)絡(luò)編程單元課件-JAVA網(wǎng)絡(luò)編程入門

1、引言Java語言是第一個完全融入網(wǎng)絡(luò)的語言，它之所以適合編寫網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，歸功于它的以下優(yōu)勢。（1）Java語言與生俱來就是與平臺無關(guān)的。Java程序能夠運行在不同的平臺上，運行在不同平臺上的Java程序能夠方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。（2）Java語言具有完善的安全機(jī)制，可以對程序進(jìn)行權(quán)限檢查，這對網(wǎng)絡(luò)程序至關(guān)重要。（3）JDK類庫提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)類庫，如套接字API、JavaMail API和JDBC API等，大大簡化了網(wǎng)絡(luò)程序的開發(fā)過程。1本單元主要內(nèi)容1.Java網(wǎng)絡(luò)編程入門2.Socket用法詳解3. ServerSocket用法詳解 4.非阻塞通信5.創(chuàng)建非阻塞的HTTP服務(wù)器6.基于U

2、DP的數(shù)據(jù)報和套接字7.對象的序列化與反序列化2Java網(wǎng)絡(luò)編程入門1.1 進(jìn)程之間的通信1.2 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念1.3 OSI參考模型1.4 TCP/IP參考模型和TCP/IP協(xié)議1.5 用Java編寫客戶/服務(wù)器程序客戶程序服務(wù)器程序計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)3Java網(wǎng)絡(luò)編程入門進(jìn)程之間通信客戶機(jī)和遠(yuǎn)程服務(wù)器是通過網(wǎng)絡(luò)連接的兩臺主機(jī)?？蛻魴C(jī)上運行EchoCl客ient進(jìn)程，遠(yuǎn)程服務(wù)器上運行EchoServer進(jìn)程。兩臺機(jī)器只需關(guān)注它們通信的具體內(nèi)容，例如EchoClient發(fā)送信息“hello”，那么EchoServer返回信息“echo:hello”。EchoClient和EchoServer都無需考

3、慮如何把信息傳輸給對方。傳輸信息的任務(wù)是由計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來完成的。(再如圖片傳送.)兩個進(jìn)程順利通信的前提條件是它們所在的主機(jī)都連接到了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上。4Java網(wǎng)絡(luò)編程入門計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通俗的說，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是通過電纜、電話線、或無線通訊設(shè)施等互聯(lián)的計算機(jī)的集合。網(wǎng)絡(luò)中每臺機(jī)器稱為節(jié)點（node）。大多數(shù)節(jié)點是計算機(jī)，此外，打印機(jī)、路由器、網(wǎng)橋、網(wǎng)關(guān)和啞終端等也是節(jié)點。5Java網(wǎng)絡(luò)編程入門計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不同網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)靠網(wǎng)絡(luò)上的標(biāo)準(zhǔn)語言TCP/IP協(xié)議。如上圖所示，一個網(wǎng)絡(luò)使用協(xié)議A，另一個網(wǎng)絡(luò)使用協(xié)議B，這兩個網(wǎng)絡(luò)通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行互聯(lián)。6Java網(wǎng)絡(luò)編程入門TCP/IP參考模型TCP/IP協(xié)

4、議確切地說應(yīng)該是:TCP/IP協(xié)議集，對應(yīng)TCP/IP參考模型的每一層次都有一個協(xié)議。而TCP協(xié)議和IP協(xié)議是該協(xié)議集中最核心的兩個協(xié)議。比較TCP/IP 參考模型和OSI參考模型、HTTPTCP、UDPIP以太網(wǎng)：IEEE802.3令牌環(huán)網(wǎng)：IEEE802.47Java網(wǎng)絡(luò)編程入門TCP/IP參考模型（1）主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層 實際上TCP/IP 參考模型沒有真正提供這一層的實現(xiàn)，也沒有提供協(xié)議。它只是要求第三方實現(xiàn)的主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層能夠為上層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層提供一個訪問接口，使得網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層能利用主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層來傳遞IP數(shù)據(jù)包。（2）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層是整個參考模型的核心。它的功能是把IP 數(shù)據(jù)包發(fā)送到目標(biāo)主

5、機(jī)。為了盡快地發(fā)送數(shù)據(jù)，IP 協(xié)議把原始數(shù)據(jù)分為多個數(shù)據(jù)包，然后沿不同的路徑同時傳遞數(shù)據(jù)包。8Java網(wǎng)絡(luò)編程入門TCP/IP參考模型（3）傳輸層傳輸層的功能是使源主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)上的進(jìn)程可以進(jìn)行會話。在傳輸層定義了兩種服務(wù)質(zhì)量不同的協(xié)議，即TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）和UDP（UserDatagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）。TCP 協(xié)議是一種面向連接的、可靠的協(xié)議。它將源主機(jī)發(fā)出的字節(jié)流無差錯的發(fā)送給互聯(lián)網(wǎng)上的目標(biāo)主機(jī)。應(yīng)用層的許多協(xié)議，如HTTP、FTP 和TELNET 協(xié)議等都建立在TCP協(xié)議基礎(chǔ)上。UDP 協(xié)議是一個不可

6、靠的、無連接協(xié)議，主要適用于不需要對報文進(jìn)行排序和流量控制的場合。UDP 不能保證數(shù)據(jù)報的接收順序同發(fā)送順序相同，甚至不能保證它們是否全部到達(dá)目標(biāo)主機(jī)。應(yīng)用層的一些協(xié)議，如SNMP 和DNS 協(xié)議就建立在UDP 協(xié)議基礎(chǔ)上。如果要求可靠的傳輸數(shù)據(jù)，則應(yīng)該避免使用UDP協(xié)議，而要使用TCP協(xié)議。(如視頻聊天）9Java網(wǎng)絡(luò)編程入門TCP/IP參考模型（4）應(yīng)用層 TCP/IP 模型將OSI 參考模型中的會話層和表示層的功能合并到應(yīng)用層實現(xiàn)。針對各種各樣的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，應(yīng)用層引入了許多協(xié)議。 基于UDP協(xié)議的的應(yīng)用層協(xié)議主要包括：SNMP（網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）、DNS 基于TCP協(xié)議的應(yīng)用層協(xié)議主要包括：F

7、TP、TELNET（虛擬終端協(xié)議）、HTTP、HTTPS（安全超文本傳輸協(xié)議）、POP3（郵局協(xié)議-版本3）、IMAP4（Internet消息訪問協(xié)議-版本4）、SMTP10Java網(wǎng)絡(luò)編程入門IP協(xié)議IP 網(wǎng)絡(luò)（即在網(wǎng)絡(luò)層采用IP 協(xié)議的網(wǎng)）中每臺主機(jī)都有惟一的32位IP 地址。主機(jī)實際上有兩個不同性質(zhì)的地址：物理地址和IP 地址。物理地址是由主機(jī)上的網(wǎng)卡來標(biāo)識的，物理地址才是主機(jī)的真實地址。IP 是面向包的協(xié)議，即數(shù)據(jù)被分成若干小數(shù)據(jù)包，然后分別傳輸它們。IP 網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)只能直接向本地網(wǎng)上的其他主機(jī)（也就是具有相同IP 網(wǎng)址的主機(jī)）發(fā)送數(shù)據(jù)包。11Java網(wǎng)絡(luò)編程入門IP協(xié)議如下圖所示，

8、主機(jī)A向同一個網(wǎng)絡(luò)上的另一個主機(jī)B 發(fā)包時， ARP會通過地址解析協(xié)議，獲得對方的物理地址，然后把包發(fā)給對方。 ARP 協(xié)議的運行機(jī)制為：主機(jī)A 在網(wǎng)絡(luò)上廣播一個ARP 消息：“要尋找地址為 的主機(jī)”，接著，具有這個IP 地址的主機(jī)B 就會做出響應(yīng)，把自身的物理地址告訴主機(jī)A。12Java網(wǎng)絡(luò)編程入門IP協(xié)議當(dāng)主機(jī)A 向另一個網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)B 發(fā)送包時，主機(jī)A 利用ARP 協(xié)議找到本地網(wǎng)絡(luò)上的路由器的物理地址，把包轉(zhuǎn)發(fā)給它。路由器會按照如下步驟處理數(shù)據(jù)包：（1）如果數(shù)據(jù)包的生命周期已到，則該數(shù)據(jù)包被拋棄。（2）搜索路由表，優(yōu)先搜索路由表中的主機(jī)，如果能找到具有目標(biāo)IP地址的主機(jī)，則將數(shù)據(jù)包發(fā)送給

9、該主機(jī)。（3）如果匹配主機(jī)失敗，則繼續(xù)搜索路由表，匹配同子網(wǎng)的路由器，如果找到匹配的路由器，則將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給該路由器。（4）如果匹配同子網(wǎng)的路有器失敗，則繼續(xù)搜索路由表，匹配同網(wǎng)絡(luò)的路由器，如果找到匹配的路由器，則將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給該路由器。（5）如果以上匹配操作都失敗，就搜索默認(rèn)路由，如果默認(rèn)路由存在，則按照默認(rèn)路由發(fā)送數(shù)據(jù)包，否則丟棄數(shù)據(jù)包。IP 協(xié)議并不保證一定把數(shù)據(jù)包送達(dá)目標(biāo)主機(jī)，在發(fā)送過程中，會因為數(shù)據(jù)包結(jié)束生命周期，或者找不到路由而丟棄數(shù)據(jù)包。13Java網(wǎng)絡(luò)編程入門TCP協(xié)議IP協(xié)議在發(fā)送數(shù)據(jù)包時，途中會遇到各種事情，例如可能路由器突然崩潰，使包丟失。再例如一個包可能沿低速鏈路移動，

10、而另一個包可能沿高速鏈路移動而超過前面的包，最后使得包的順序搞亂。TCP 協(xié)議使兩臺主機(jī)上的進(jìn)程順利通信，不必?fù)?dān)心包丟失或包順序搞亂。TCP 跟蹤包順序，并且在包順序搞亂時按正確順序重組包。如果包丟失，則TCP會請求源主機(jī)重發(fā)包。14Java網(wǎng)絡(luò)編程入門TCP協(xié)議端口號的范圍為0 到65535，其中0 到1023 的端口號一般固定分配給一些服務(wù)。比如 FTP服務(wù)(21)，SMTP(25)服務(wù)，HTTP(25)服務(wù)，135端口分配給RPC（遠(yuǎn)程過程調(diào)用）服務(wù)等等;從1024到65535的端口號供用戶自定義的服務(wù)使用。15Java網(wǎng)絡(luò)編程入門TCP協(xié)議客戶進(jìn)程的端口一般由所在主機(jī)的操作系統(tǒng)動態(tài)分配

11、，當(dāng)客戶進(jìn)程要求與一個服務(wù)器進(jìn)程進(jìn)行TCP 連接，操作系統(tǒng)為客戶進(jìn)程隨機(jī)的分配一個還未被占用的端口，當(dāng)客戶進(jìn)程與服務(wù)器進(jìn)程斷開連接，這個端口就被釋放。TCP 和UDP 都用端口來標(biāo)識進(jìn)程,允許存在取值相同的TCP端口與UDP端口。16Java網(wǎng)絡(luò)編程入門客戶/服務(wù)器通信模式網(wǎng)絡(luò)上有些通用的服務(wù)有著固定的端口17Java網(wǎng)絡(luò)編程入門客戶/服務(wù)器通信模式在Java中，有三種套接字類：.Socket、.ServerSocket和DatagramSocket。其中Socket和ServerSocket類建立在TCP協(xié)議基礎(chǔ)上，DatagramSocket 類建立在UDP協(xié)議基礎(chǔ)上。傳輸層向應(yīng)用層提供了

12、套接字Socket 接口，Socket 封裝了下層的數(shù)據(jù)傳輸細(xì)節(jié)，應(yīng)用層的程序通過Socket來建立與遠(yuǎn)程主機(jī)的連接以及進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。圖1-18 套接字可看過是通信連接兩端的收發(fā)器18Java網(wǎng)絡(luò)編程入門客戶/服務(wù)器通信模式圖1-19 服務(wù)器與客戶利用ServerSocket 和Socket來通信19編寫服務(wù)器端程序和客戶端程序，要求實現(xiàn)如下功能：客戶端循環(huán)從控制臺輸入字符串，服務(wù)器端程序接收到數(shù)據(jù)后會在字符串前加上echo： ，返回給客戶端。當(dāng)客戶端輸入“bye”時，客戶端程序退出。編程時，注意程序代碼的規(guī)范性、模塊化。注意多使用斷點調(diào)試功能體會程序運行結(jié)果。Java網(wǎng)絡(luò)編程入門TCP Socket編程實例20InputStre