java 网络通信协议、UDP与TCP
一 网络通信协议
通过计算机网络可以使多台计算机实现连接,位于同一个网络中的计算机在进行连接和通信时需要遵守一定
的规则,这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样。在计算机网络中,这些连接和通信的规则被称
为网络通信协议,它对数据的传输格式、传输速率、传输步骤等做了统一规定,通信双方必须同时遵守才能完成
数据交换。
网络通信协议有很多种,目前应用最广泛的是TCP/IP协议(Transmission Control Protocal/Internet Protoal传输控
制协议/英特网互联协议),它是一个包括TCP协议和IP协议,UDP(User Datagram Protocol)协议和其它一些协议
的协议组,在学习具体协议之前首先了解一下TCP/IP协议组的层次结构。
在进行数据传输时,要求发送的数据与收到的数据完全一样,这时,就需要在原有的数据上添加很多信息 ,以
保证数据在传输过程中数据格式完全一致。TCP/IP协议的层次结构比较简单,共分为四层,如图所示。
上图中,TCP/IP协议中的四层分别是应用层、传输层、网络层和链路层,每层分别负责不同的通信功能,
接下来针对这四层进行详细地讲解。
链路层:链路层是用于定义物理传输通道,通常是对某些网络连接设备的驱动协议,例如针对光纤、网线提供的驱动。
网络层:网络层是整个TCP/IP协议的核心,它主要用于将传输的数据进行分组,将分组数据发送到目标计算机或者网络。
传输层:主要使网络程序进行通信,在进行网络通信时,可以采用TCP协议,也可以采用UDP协议。
应用层:主要负责应用程序的协议,例如HTTP协议、FTP协议等。
1.IP地址和端口号
要想使网络中的计算机能够进行通信,必须为每台计算机指定一个标识号,通过这个标识号来指定接受数据
的计算机或者发送数据的计算机。
在TCP/IP协议中,这个标识号就是IP地址,它可以唯一标识一台计算机,目前,IP地址广泛使用的版本是IPv4,
它是由4个字节大小的二进制数来表示,如:00001010000000000000000000000001。由于二进制形式表示的IP地址非
常不便记忆和处理,因此通常会将IP地址写成十进制的形式,每个字节用一个十进制数字(0-255)表示,数字间用符号
“.”分开,如 “192.168.1.100”。
随着计算机网络规模的不断扩大,对IP地址的需求也越来越多,IPV4这种用4个字节表示的IP地址面临枯竭,因此
IPv6 便应运而生了,IPv6使用16个字节表示IP地址,它所拥有的地址容量约是IPv4的8×1028倍,达到2128个(算上全零
的),这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。
通过IP地址可以连接到指定计算机,但如果想访问目标计算机中的某个应用程序,还需要指定端口号。在计算机中,
不同的应用程序是通过端口号区分的。端口号是用两个字节(16位的二进制数)表示的,它的取值范围是0~65535,其
中,0~1023之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用,用户的普通应用程序需要使用1024以上的端口号,从而避免
端口号被另外一个应用或服务所占用。
从上图中可以清楚地看到,位于网络中一台计算机可以通过IP地址去访问另一台计算机,并通过端口号访问目标计算
机中的某个应用程序。
2. InetAddress
了解了IP地址的作用,我们看学习下JDK中提供了一个InetAdderss类,该类用于封装一个IP地址,并提供了一系列与IP
地址相关的方法,下表中列出了InetAddress类的一些常用方法。
上图中,列举了InetAddress的四个常用方法。其中,前两个方法用于获得该类的实例对象,第一个方法用于获得表示指
定主机的InetAddress对象,第二个方法用于获得表示本地的InetAddress对象。通过InetAddress对象便可获取指定主机名,IP地
址等,接下来通过一个案例来演示InetAddress的常用方法,如下所示。
public class Example01 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
InetAddress local = InetAddress.getLocalHost();
InetAddress remote = InetAddress.getByName("www.oracle.cn");
System.out.println("本机的IP地址:" + local.getHostAddress());
System.out.println("oracle的IP地址:" + remote.getHostAddress());
System.out.println("oracle的主机名为:" + remote.getHostName());
}
}
二 UDP与TCP协议
在介绍TCP/IP结构时,提到传输层的两个重要的高级协议,分别是UDP和TCP,其中UDP是User Datagram Protocol的简称
,称为用户数据报协议,TCP是Transmission Control Protocol的简称,称为传输控制协议。
1.UDP协议
UDP是无连接通信协议,即在数据传输时,数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说,当一台计算机向另外一
台计算机发送数据时,发送端不会确认接收端是否存在,就会发出数据,同样接收端在收到数据时,也不会向发送端反馈是
否收到数据。
由于使用UDP协议消耗资源小,通信效率高,所以通常都会用于音频、视频和普通数据的传输例如视频会议都使用UDP
协议,因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包,也不会对接收结果产生太大影响。
但是在使用UDP协议传送数据时,由于UDP的面向无连接性,不能保证数据的完整性,因此在传输重要数据时不建议使
用UDP协议。UDP的交换过程如下图所示。
UDP传输数据被限制在64K以内。
2.TCP协议
TCP协议是面向连接的通信协议,即在传输数据前先在发送端和接收端建立逻辑连接,然后再传输数据,它提供了两台计
算机之间可靠无差错的数据传输。在TCP连接中必须要明确客户端与服务器端,由客户端向服务端发出连接请求,每次连接的
创建都需要经过“三次握手”。第一次握手,客户端向服务器端发出连接请求,等待服务器确认,第二次握手,服务器端向客
户端回送一个响应,通知客户端收到了连接请求,第三次握手,客户端再次向服务器端发送确认信息,确认连接。整个交互过
程如下图所示。
由于TCP协议的面向连接特性,它可以保证传输数据的安全性,所以是一个被广泛采用的协议,例如在下载文件时,
如果数据接收不完整,将会导致文件数据丢失而不能被打开,因此,下载文件时必须采用TCP协议。
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