第一章 网络编程入门

1.1 OSI参考模型

1. 物理层
         传输介质，如双绞线和同轴电缆。
2. 数据链路层
         负责在两个相邻节点无差错传输以帧为单位的数据。该层负责建立、维持和释放数据链路的连接，如交换机。
3. 网络层
         该层负责选择合适的网间路由和交换节点。如路由器。
4. 传输层
         该层任务是根据根据通信子网的特性最佳的利用网络资源，为两个端到端的会话层提供建立、维护和取消传输连接的功能。
5. 会话层
         管理进程之间的会话过程。
6. 表示层
         对上层数据进行转换。
7. 应用层
         确定进程间通信的实际用途。

1.2 TCP/IP参考模型

TCP:传输控制协议，是一种面向连接的、可靠的协议。

UDP:不可靠的、无连接协议。

1. 应用层

基于TCP的应用层协议有以下几种：

FTP:文件传输协议

TELNET: 虚拟终端协议，允许从主机A登入到远程主机B，使得A充当B的虚拟终端。

HTTP:超文本传输协议

HTTPS:安全超文本传输协议

POP3:邮局协议-版本3

IMAP4:Internet消息访问协议-版本4，允许用户通过浏览器和操纵远程服务器上的邮件和邮件夹。

基于UDP的应用层协议有以下：

SNMP:简单网络管理协议

DNS:域名系统协议

2. 传输层
3. 网络互联层
4. 主机-网络层

1.3 IP协议

IP地址由两部分组成：IP网址和IP主机地址。

IP主机地址表示网络中的主机的地址。网络掩码用来确定IP地址中哪部分是网址，哪部分是主机地址。

比如IP：192.166.3.4    掩码：255.255.255.0

掩码对应的二进制：11111111.11111111.11111111.00000000

掩码与IP地址进行二进制与操作得到的便是IP地址

1.子网划分

如果网址为：192.166.0.0，则可以有2^16-2(65534)个主机，可以分出三个子网：192.166.1.0 192.166.2.0 192.166.3.0  这三个子网的掩码都是255.255.255.0

注：192.166.0.0为网络地址，192.166.111.111是广播地址，不能作为主机地址。

2.发送数据包的过程

IP是面向包的协议，数据被分成多个数据包，分别传输。IP网络上的主机只能向本地网上的其他主机发送数据包。

主机有两个不同性质的地址：物理地址和IP地址。物理地址由主机的网卡标识。物理地址才是主机的真实地址。

主机A向同一个网络上的主机B发包时，会通过地址解析协议（ARP）获得对方的物理地址，然后把包发给对方。

个人理解：以一台本地路由器为例，主机A发送包给主机B时，如果访问地址不是局域网内地址，则通过默认路由经过wan口转发出去，经过运营商的路由继续搜索。

3.域名

域名最右边的部分为顶层域名，最左边的为机器名称。

一般形式为：主机机器名.单位名.网络名.顶层域名

4.URL(统一资源定位器)

如：http://www.javathinker.org/bbs/index.jsp

“http”指超文本传输协议，“www.javathinker.org”是服务器的域名，“bbs”是网页所在路径，“index.jsp”是对应得网页文件。

1.4 TCP协议与端口

TCP协议使两台主机的进程顺利通信，不必担心丢包或包顺序混乱。TCP跟踪包顺序，但包顺序搞乱时按正确顺序重组包。如果包丢失，则TCP会请求源主机重发包。

IP协议根据主机的IP地址将数据发送到对应主机。TCP采用端口来区分进程。端口不是物理设备，而是逻辑地址。

端口号的范围是0-65535。0-1023的端口号一般固定分配给一些服务。例如21分配给FTP，25分配给SMTP，80分配给HTTP。

注意：在一个主机中TCP和UDP的端口取值范围是各自独立的，允许存在相同的TCP端口和UDP端口。

1.5 RFC简介

TCP/IP协议是以RFC文档形式发布的。RFC是描述互联网相关技术规范的文档。

1.6 Java编写C/S程序

本文Java程序都建立在TCP/IP协议基础上，致力于实现应用层。传输层向应用层提供了套接字Socket接口。它封装了下层的数据传输细节，应用层的程序通过Socket来建立与远程主机的连接和数据传输。

Java中有三种套接字类：java.net,Socket,java.net.ServerSocket,java.net.DatagramSocket。

前两种建立在TCP协议上，后一个建立在UDP协议上。

1.创建EchoServer

//将当前进程注册为服务器进程

ServerSocket server = new ServerSocket(8000);//指定8000端口

//监听

Socket socket = server.accept()//等待用户连接请求

Socket类提供getInputStream()方法和getOutputStream()方法返回输入和输出流对象。

代码如下：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class EchoServer {
	private int port=8000;
	private ServerSocket serverSocket;

	public EchoServer() throws IOException{
		serverSocket = new ServerSocket(port);
		System.out.println("服务器启动");
	}

	public String echo(String msg){
		return "echo:"+msg;
	}

	private PrintWriter getWriter(Socket socket) throws IOException{
		OutputStream socketOut = socket.getOutputStream();
		return new PrintWriter(socketOut,true);//设为true，表示自动刷新
	}

	private BufferedReader getReader(Socket socket) throws IOException{
		InputStream socketIn = socket.getInputStream();
		return new BufferedReader(new InputStreamReader(socketIn));
	}

	public void service(){
		while(true){
			Socket socket=null;
			try{
				socket=serverSocket.accept();
				//socket.getPort()返回的是客户端套接字占用的本地端口
				System.out.println("New connetion accepted "+socket.getInetAddress()+":"+socket.getPort());
				BufferedReader br = getReader(socket);
				PrintWriter pw = getWriter(socket);

				String msg =null;
				while((msg=br.readLine())!=null){
					System.out.println(msg);
					pw.println(echo(msg));
					if(msg.equals("bye")){
						break;
					}
				}
			}catch(IOException e){
				e.printStackTrace();
			}finally{
				try{
					if(socket!=null) socket.close();
				}catch(IOException e){
					e.printStackTrace();
				}
			}
		}

	}
	public static void main(String args[])throws IOException{
		new EchoServer().service();
	}
}

2.创建EchoClient

String host="localhost";

String port="8000";

Socket socket=new Socket(host,port);

host表示EchoServer进程所在的主机的名字，port表示EchoServer进程监听的端口号。

代码如下：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;

public class EchoClient{
	private String host="localhost";
	private int port=8000;
	private Socket socket;

	public EchoClient() throws UnknownHostException, IOException{
		socket = new Socket(host,port);

	}

	private PrintWriter getWriter(Socket socket) throws IOException{
		OutputStream socketOut = socket.getOutputStream();
		return new PrintWriter(socketOut,true);//设为true，表示自动刷新
	}

	private BufferedReader getReader(Socket socket) throws IOException{
		InputStream socketIn = socket.getInputStream();
		return new BufferedReader(new InputStreamReader(socketIn));
	}

	public void talk(){
		try{
			BufferedReader br =getReader(socket);
			PrintWriter pw =getWriter(socket);
			BufferedReader localReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
			String msg=null;
			while((msg=localReader.readLine())!=null){
				pw.println(msg);
				System.out.println(br.readLine());
				if(msg.equals("bye")){
					break;
				}

			}
		}catch(IOException e){
			e.printStackTrace();
		}finally{
			try{
				socket.close();
			}catch(IOException e){
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}

	public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {
		new EchoClient().talk();

	}

}