网络编程 - 轻松入门

• 介绍
         网络编程指的是，在网络通信协议下。实现 不同计算机之间 的数据传输，例如 通信、聊天、视频通话 等。

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1. 网络编程概述

       学习网络编程过程 中我们可以将网络编程理解为
               计算机之间的数据交互 但 前提是通过 网络协议

• 通信协议
         规范数据交互的规则。

• IP地址
         计算机唯一标识，就像“收件人地址”和“寄件人地址”，负责指引数据的传输路径。

• 端口号
         应用程序的唯一标识。

• 通信方式

  1. TCP（传输控制协议）
            面向连接，提供安全可靠 的数据传输，代价是 性能开销较高。
  2. UDP（用户数据报协议）
            无连接，更高效，代价是 可靠性较低。

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2. 软件架构

① C/S 结构 （Client/Server）

• 概念
         客户端-服务器 架构。可以理解为需要 下载 才能使用的 应用程序 所使用的架构 ↓

  

• 特点
         需要下载客户端应用程序。

• 常见于
  ​        微信、QQ等。

② B/S 结构

• 概念：浏览器-服务器架构。
• 特点：通过浏览器访问，不需要单独安装客户端。
• 常见场景：网页应用，如电子邮件服务。

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3. 核心概念：服务器与通信协议

① 服务器

       可用于提供服务的计算机，用于处理客户端 请求 并提供 响应

• 我们的电脑也是服务器，但是提供服务范围较小，一般是我们自己
• 而服务器泛指范围较大的，用于托管平台，存储大量数据或支持网络应用
  1. Web服务器：提供网页浏览服务（通过 HTTP 协议）
  2. 数据库服务器：处理和管理数据存储，供客户端查询和修改。
  3. 文件服务器：提供文件存储与共享服务。
  4. 邮件服务器：管理电子邮件的发送和接收。

       服务器核心 在于接受客户端 请求 并提供 响应 的服务，这种服务是多样的

② 通信协议

       两台计算机完成数据交互需遵守通信协议：

• TCP 协议：连接前需建立连接（三次握手），断开时需关闭连接（四次挥手），确保传输的可靠性。
• UDP 协议：无需连接，快速但可能丢包，常用于视频通话等实时性要求较高的场景。

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③ 三次握手四次挥手

       “握手”用于连接，“挥手”用于断开。以下是两者的具体过程：

1. 三次握手（连接建立过程）
   “三次握手”指在 TCP 协议中，客户端与服务器之间建立连接的过程
   1. 第一次握手（SYN）
      客户端向服务器发送一个SYN（同步序列号）包，请求建立连接，并告诉服务器自己的初始序列号。
   2. 第二次握手（SYN-ACK）
      服务器收到SYN包后，回复一个SYN-ACK包，表示同意建立连接，同时告知自己的初始序列号。
   3. 第三次握手（ACK）：
      客户端收到服务器的SYN-ACK包后，发送一个ACK包，确认服务器的序列号。此时，连接建立完成。

通过“三次握手”，双方确认了彼此的发送和接收能力

术语解释 (SYN、SYN-ACK、ACK)

1. SYN（Synchronize：“同步”）
   可以理解为客户端向服务器发出的打招呼请求

       它的作用是发起通信请求，并告诉对方：“我准备好了，你也准备好了吗？”

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2. SYN-ACK（Synchronize-Acknowledge：“同步+确认”）
   服务器收到客户端的“打招呼”给出的回应

       它的作用是告诉客户端：“我同意通信，但需要确认你也能收到我的回应。”

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3. ACK（Acknowledge，意思是“确认”）
   是客户端收到服务器的回应后，给出的确认信息

       它的作用是告诉服务器“好的，我确认收到了你的准备，现在可以开始通信了！”
完成最后的确认，确保双方都准备好建立连接。

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2. 四次挥手（连接断开过程）
          “四次挥手”指在 TCP 协议中，客户端与服务器之间断开连接的过程
   • 第一次挥手（FIN）：
            客户端发送一个FIN（终止连接）包，表示希望关闭数据传输。
   • 第二次挥手（ACK）：
            服务器收到FIN包后，回复一个ACK包，表示收到了断开请求，但可能还有数据需要处理。
   • 第三次挥手（FIN）：
            服务器处理完所有数据后，发送一个FIN包，表示可以断开连接。
   • 第四次挥手（ACK）：
            客户端收到服务器的FIN包后，回复一个ACK包，确认连接断开。此时，连接完全关闭。

       “四次挥手”比“三次握手”多一步，是因为TCP连接是双向传输的，需要双方分别关闭自己的传输通道。

术语解释 (FIN、剩下上方已解释)

FIN（Finish：“结束”）是用来表示一方准备关闭连接的信号。

它的作用是告知对方“我已经说完了，现在想挂电话了”，并通知当前一方已经完成数据发送，准备断开连接。

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4. 快速上手 UDP、TCP 网络编程程序

① Socket 套接字

**套接字Socket **

可以简单理解为：一种通信的“工具”或“接口”，用于在网络上两台计算机之间进行数据交换。

• 在编程中，它是一个“中间人”，帮助应用程序通过网络发送或接收数据。
• 通过它，计算机之间就像打电话一样，可以 建立连接、发送消息、接收消息。

打个比方

打电话给朋友 ：

• 你需要一个“电话”（套接字）才能进行交流；
• 套接字知道对方的“电话号码”（IP 地址 + 端口号）；
• 通过这个工具，你们可以建立通信并传递信息。

所以，套接字是网络通信中应用层（程序）和传输层（协议）之间的桥梁。

① UDP 编程

特点：无需建立连接，即使接收端未在线，也可发送数据。

• 套接字类型：DatagramSocket

• 客户端代码：

// 创建 UDP 客户端，发送数据到服务器
import java.net.*;

public class UDPClient {
     public static void main(String[] args) throws Exception {
          // 1. 创建 DatagramSocket 实例
          DatagramSocket socket = new DatagramSocket();

          // 2. 准备要发送的数据
          byte[] bytes = "你好".getBytes(); // 将字符串转换为字节数组

          // 3. 指定接收端的 IP 地址和端口号
          InetAddress ip = InetAddress.getByName("127.0.0.1"); // 本地 IP 地址（回环地址）

          // 4. 创建数据报包（DatagramPacket），封装数据、目标地址和端口号
          DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, ip, 6666);

          // 5. 发送数据报包
          socket.send(packet);

          // 6. 关流，释放资源
          socket.close();
     }
}

• 服务端代码：

// 创建 UDP 服务端，接收客户端发送的数据
import java.net.*;

public class UDPServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1. 创建 DatagramSocket 实例，并绑定到指定端口（6666）
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(6666);

        // 2. 准备缓冲区，用于存储接收到的数据
        byte[] bytes = new byte[1024]; // 缓冲区大小为 1024 字节

        // 3. 创建数据报包（DatagramPacket），用于接收数据
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);

        // 4. 接收数据（阻塞方法，直到接收到数据为止）
        socket.receive(packet);

        // 5. 解析接收到的数据，并打印
        System.out.println(new String(packet.getData(), 0, packet.getLength())); // 转换为字符串并输出

        // 6. 关闭套接字，释放资源
        socket.close();
    }
}

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② TCP 编程

特点 传输可靠，需建立连接。

• 套接字类型 Socket 和 ServerSocket。

• 客户端代码

// 创建 UDP 服务端，接收客户端发送的数据
import java.net.*;

public class UDPServer {
     public static void main(String[] args) throws Exception {
          // 1. 创建 DatagramSocket 实例，并绑定到指定端口（6666）
          DatagramSocket socket = new DatagramSocket(6666);

          // 2. 准备缓冲区，用于存储接收到的数据
          byte[] bytes = new byte[1024]; // 缓冲区大小为 1024 字节

          // 3. 创建数据报包（DatagramPacket），用于接收数据
          DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);

          // 4. 接收数据（阻塞方法，直到接收到数据为止）
          socket.receive(packet);

          // 5. 解析接收到的数据，并打印
          System.out.println(new String(packet.getData(), 0, packet.getLength())); // 转换为字符串并输出

          // 6. 关闭套接字，释放资源
          socket.close();
     }
}

• 服务端代码：

// 创建 TCP 客户端，与服务端建立连接并通信
import java.io.*;
import java.net.*;

public class TCPClient {
     public static void main(String[] args) throws Exception {
          // 1. 创建 Socket 对象，与服务端建立连接（指定服务端 IP 和端口号）
          Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 6666); // 连接本地的 6666 端口

          // 2. 获取输出流，用于发送数据到服务端
          OutputStream os = socket.getOutputStream();
          os.write("你好，服务器".getBytes()); // 发送数据（将字符串转为字节数组）

          // 3. 获取输入流，用于接收服务端的响应
          InputStream is = socket.getInputStream();
          byte[] response = new byte[1024]; // 创建缓冲区存储响应数据
          int len = is.read(response); // 读取服务端发送的数据（阻塞方法）

          // 4. 解析响应数据，并打印
          System.out.println(new String(response, 0, len)); // 输出服务端的响应

          // 5. 关闭 Socket，释放资源
          socket.close();
     }
}

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5. 小结

1. 网络编程概述
   网络编程实现计算机之间的数据交互，依赖通信协议，核心要素包括：

   • IP地址：计算机的唯一标识。

   • 端口号：标识应用程序的入口。

   • 通信协议：TCP提供可靠连接，UDP追求高效传输。

2. 软件架构

   • C/S架构：客户端-服务器模式，常见于微信、QQ等需安装应用的场景。

   • B/S架构：浏览器-服务器模式，适用于网页应用，如邮箱服务。

3. 核心概念

   • 服务器：响应客户端请求的计算机，提供多样化服务（如Web、数据库）。

   • 通信协议：

     • TCP：通过三次握手建立连接，四次挥手断开连接，确保传输可靠。
     • UDP：无需连接，快速高效，适合视频通话等场景。

4. 快速上手

   • UDP编程：使用DatagramSocket快速发送数据。

   • TCP编程：基于Socket和ServerSocket，建立可靠连接。

end…

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