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深入理解TCP協議與UDP協議的原理及區別

一、IP地址

網絡中的計算機使用IP地址來進行唯一標識，IP地址有IPv4和IPv6兩種類型。IPv4采用十進制或二進制表示形式，十進制是一種比較常用的表示形式，如192.168.1.131，IPv6采用十六進制表示形式，一般不常用。

如何查看IP地址相關信息：

在Windows系統下，打開cmd，輸入命令ipconfig，按回車即可查看。在Linux或Mac系統下，打開終端，使用ifconfig命令，按回車即可查看。

二、端口號

端口號是計算機中的應用程序的一個整數數字標號，用來區分不同的應用程序。

0 ~ 1024 為被系統使用或保留的端口號，0 ~ 65535為有效的端口號，也就是說我們要對一些程序定義端口號的時候，要選擇1024 ~ 65535范圍內的整數數字。

比如，以前學過的MySQL的端口號是3306，SQLServer的端口號是1433，查了一下Oracle的端口號是1521。

一定要把這些數據庫對應的端口號，藏在深深的腦海里，以后在連接數據庫的時候，會使用到端口號。

三、通信協議

說的通俗一點，通信協議就是網絡通信中的規則，分為TCP協議和UDP協議兩種。

第一種：TCP協議
英文名：Transmission Control Protocol
中文名：傳輸控制協議
協議說明：TCP是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議。

舉例：打電話，需要雙方都接通，才能進行對話

特點：效率低，數據傳輸比較安全

第二種：UDP協議
英文名：User Datagram Protocol
中文名：數據報協議
協議說明：UDP是一種面向無連接的傳輸層通信協議。

舉例：發短信，不需要雙方建立連接，But，數據報的大小應限制在64k以內

特點：效率高，數據傳輸不安全，容易丟包

四、三要素關系圖與網絡模型圖

1、網絡編程三要素關系圖

注：圖中端口號、IP地址為演示，并非真實

2、OSI參考模型與TCP/IP參考模型

五、TCP編程

TCP是基于字節流的傳輸層通信協議，所以TCP編程是基于IO流編程。

對于客戶端，我們需要使用Socket類來創建對象。對于服務器端，我們需要使用ServerSocket來創建對象，通過對象調用accept()方法來進行監聽是否有客戶端訪問。

客戶端與服務器端圖解：

客戶端與服務器端實現步驟：

前提：創建一個項目，在項目中創建兩個模塊（model），一個模塊用來放客戶端相關代碼，一個模塊用來放服務器端相關代碼。

目錄結構如下圖

客戶端：

1、創建Socket對象，并指定服務器端應用程序的端口號和服務器端主機的IP地址。

2、使用Socket的對象調用getOutputStream()方法來獲取字節輸出流對象。

3、調用字節輸出流的write(byte[] buf)或者write(int b)向服務器發送指定數據。

4、記得關閉流。

服務器端：

1、創建ServerSocket對象，并指定該應用程序的端口號，端口號必須和客戶端指定的端口號一樣。

2、使用ServerSocket對象的accept()方法來監聽客戶端發送過來的請求，返回值為Socket對象。

3、調用Socket對象的getInputStream()方法獲取字節輸入流對象

4、調用字節輸入流對象的read(byte[] buf)或read()方法獲取數據。

5、記得關閉流。

實例：

客戶端向服務器端發送信息，并顯示在服務器端。

Client類（客戶端）

package cn.tkrnet.client;

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        
        //創建Socket對象，指定要發送到服務器端的IP地址，以及服務器端應用程序接收的端口號
        //localhost代表本機IP地址
        Socket client = new Socket("localhost",9000);
        
        //獲取輸出流，用于向服務器端發送數據
        OutputStream os = client.getOutputStream();
        
        os.write("Java is my friend !".getBytes());
        System.out.println("信息已發送");

        //關閉流
        os.close();
        client.close();
    }
}

Server類（服務器端）

package cn.tkrnet.server;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("--服務器端已開啟--");

        //創建ServerSocket對象，這里的端口號必須與客戶端的端口號相同
        ServerSocket server = new ServerSocket(9000);

        //調用方法accept()，用來監聽客戶端發來的請求
        Socket socket = server.accept();

        //獲取輸入流對象
        InputStream is = socket.getInputStream();

        //讀取輸入流中的數據
        int b = 0;
        while ((b =is.read()) != -1){
            System.out.print((char)b);
        }
        //關閉流
        is.close();
        socket.close();
        server.close();
    }
}

提示：在運行程序時，一定要先運行服務器端的程序代碼，再運行客戶端的程序代碼。因為客戶端要向服務器發送請求，前提是服務器端要處于開啟狀態。

Server類（服務器端）運行結果：

--服務器端已開啟--

Client類（客戶端）運行結果：

信息已發送

Client類（客戶端）運行后，Server類（服務器端）收到信息，運行結果：

--服務器端已開啟--Java is my friend !

實例分析：

服務器端啟動后，服務器端的accept()方法一直處于監聽狀態，直到客戶端連接了服務器，服務器端再從流中讀取客戶端發來的數據。

恕我直言，這是一個超級無敵簡單的單向通信實例。

六、UDP編程

UDP使用數據報進行數據傳輸，沒有客戶端與服務器端之分，只有發送方與接收方，兩者哪個先啟動都不會報錯，但是會出現數據丟包現象。發送的內容有字數限制，大小必須限制在64k以內。

發送方與接收方實現步驟：

前提：創建一個項目，在項目中創建兩個模塊（model），一個模塊用來放發送方相關代碼，一個模塊用來放接收方相關代碼。

目錄結構如下圖

發送方：

1、創建DatagramSocket對象，可以指定應用程序的端口號，也可以不指定。

2、準備需要發送的數據

3、創建DatagramPacket對象，用來對發送的數據進行打包，需要指定發送內容、發送多少、發送到哪里和接收方的端口號四個參數。

4、調用DatagramSocket對象的send()方法發送數據。

5、記得關閉流。

接收方：

1、創建DatagramSocket對象，指定接收方的端口號，這個必須指定。

2、創建一個byte類型數組，用來接收發送方發送過來的數據。

3、創建DatagramPacket對象，準備接收數據。

4、調用DatagramSocket對象的receive()方法用于接收數據。

5、使用String類的構造方法將byte類型的數組中的數據轉化成String類型并顯示。

6、記得關閉流。

實例：

發送方發送信息，接收方接收信息，并顯示。

Sender類（發送方）

package cn.tkrnet.Sender;

import java.io.IOException;
import java.net.*;

public class Sender {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        //創建接受或發送的數據報套接字，并指定發送方的端口號為7770
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(7770);   //端口號也可以不指定
        System.out.println("---發送方---");

        //創建數據報對象，用來發送數據
        byte[] b = "Java is my friend ！".getBytes();

        //8800為接收方的端口號，netAddress.getByName("localhost")是獲取主機的IP地址
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(b,b.length, InetAddress.getByName("localhost"),7788);

        ds.send(dp);    //發送數據報
        System.out.println("數據已發送");
        //關閉流
        ds.close();
    }
}

Receiver類（接收方）

package cn.tkrnet.receiver;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

public class Receiver {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("---接收方---");

        //創建數據報套接字對象，指定的端口號要和發送方發送數據的端口號相同
        // （不是發送方的端口號7770，是發送方發送數據的端口號7788）
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(7788);

        //創建接收數據報的對象
        byte[] b = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(b,b.length);

        //接收數據
        ds.receive(dp);
        System.out.println(new String(b,0,dp.getLength()));
        //關閉流
        ds.close();
    }
}

提示：在運行程序時，先運行發送方程序，還是先運行接收方程序都不會報錯，但是有可能會出現數據丟包，一般我們都先運行接收方的程序代碼，再運行發送方的程序代碼。

Receiver類（接收方）運行結果：