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Java編程那些事兒9——網絡編程基礎

編輯:關於JAVA

 對於初學者,或者沒有接觸過網絡編程的程序員,會覺得網絡編程涉及的知識很高深,很難,其實這是一種誤解,當你的語法熟悉以後,其實基本的網絡編程現在已經被實現的異常簡單了。

  1.4.1 網絡編程是什麼?

  網絡編程的本質是兩個設備之間的數據交換,當然,在計算機網絡中,設備主要指計算機。數據傳遞本身沒有多大的難度,不就是把一個設備中的數據發送給兩外一個設備,然後接受另外一個設備反饋的數據。

  現在的網絡編程基本上都是基於請求/響應方式的,也就是一個設備發送請求數據給另外一個,然後接收另一個設備的反饋。

  在網絡編程中,發起連接程序,也就是發送第一次請求的程序,被稱作客戶端(ClIEnt),等待其他程序連接的程序被稱作服務器(Server)。客戶端程序可以在需要的時候啟動,而服務器為了能夠時刻相應連接,則需要一直啟動。例如以打電話為例,首先撥號的人類似於客戶端,接聽電話的人必須保持電話暢通類似於服務器。

  連接一旦建立以後,就客戶端和服務器端就可以進行數據傳遞了,而且兩者的身份是等價的。

  在一些程序中,程序既有客戶端功能也有服務器端功能,最常見的軟件就是BT、emule這類軟件了。

  下面來談一下如何建立連接以及如何發送數據。

  1.4.2 IP地址和域名

  在現實生活中,如果要打電話則需要知道對應人的電話號碼,如果要寄信則需要知道收信人的地址。在網絡中也是這樣,需要知道一個設備的位置,則需要使用該設備的IP地址,具體的連接過程由硬件實現,程序員不需要過多的關心。

  IP地址是一個規定,現在使用的是IPv4,既由4個0-255之間的數字組成,在計算機內部存儲時只需要4個字節即可。在計算機中,IP地址是分配給網卡的,每個網卡有一個唯一的IP地址,如果一個計算機有多個網卡,則該台計算機則擁有多個不同的IP地址,在同一個網絡內部,IP地址不能相同。IP地址的概念類似於電話號碼、身份證這樣的概念。

  由於IP地址不方便記憶,所以有專門創造了域名(Domain Name)的概念,其實就是給IP取一個字符的名字,例如163.com、sina.com等。IP和域名之間存在一定的對應關系。如果把IP地址類比成身份證號的話,那麼域名就是你的姓名。

  其實在網絡中只能使用IP地址進行數據傳輸,所以在傳輸以前,需要把域名轉換為IP,這個由稱作DNS的服務器專門來完成。

  所以在網絡編程中,可以使用IP或域名來標識網絡上的一台設備。

  1.4.3 端口的概念

  為了在一台設備上可以運行多個程序,人為的設計了端口(Port)的概念,類似的例子是公司內部的分機號碼。

  規定一個設備有216個,也就是65536個端口,每個端口對應一個唯一的程序。每個網絡程序,無論是客戶端還是服務器端,都對應一個或多個特定的端口號。由於0-1024之間多被操作系統占用,所以實際編程時一般采用1024以後的端口號。

  使用端口號,可以找到一台設備上唯一的一個程序。

  所以如果需要和某台計算機建立連接的話,只需要知道IP地址或域名即可,但是如果想和該台計算機上的某個程序交換數據的話,還必須知道該程序使用的端口號。

1.4.4 數據傳輸方式

  知道了如何建立連接,下面就是如何傳輸數據了,先來看一下數據傳輸的方式。

  在網絡上,不管是有線傳輸還是無線傳輸,數據傳輸的方式有兩種:

  l TCP(Transfer Control Protocol)

  傳輸控制協議方式,該傳輸方式是一種穩定可靠的傳送方式,類似於顯示中的打電話。只需要建立一次連接,就可以多次傳輸數據。就像電話只需要撥一次號,就可以實現一直通話一樣,如果你說的話不清楚,對方會要求你重復,保證傳輸的數據可靠。

  使用該種方式的優點是穩定可靠,缺點是建立連接和維持連接的代價高,傳輸速度不快。

  l UDP(User Datagram Protocol)

  用戶數據報協議方式,該傳輸方式不建立穩定的連接,類似於發短信息。每次發送數據都直接發送。發送多條短信,就需要多次輸入對方的號碼。該傳輸方式不可靠,數據有可能收不到,系統只保證盡力發送。

  使用該種方式的優點是開銷小,傳輸速度快,缺點是數據有可能會丟失。

  在實際的網絡編程中,大家可以根據需要選擇任何一種傳輸方式,或組合使用這兩種方式實現數據的傳遞。

  1.4.5 協議的概念

  協議(Protocol)是網絡編程中一個非常重要的概念,指的是傳輸數據的格式。因為大家在網絡中需要傳輸各種各樣的信息,在程序中獲得到的都是一組數值,如何閱讀這些數值呢,就需要提前規定好這組數據的格式,在客戶端按照該格式生成發送數據,服務器端按照該格式閱讀該數據,然後在按照一定的格式生成數據反饋給客戶端,客戶端再按照該格式閱讀數據。現實中類似的例子就是電報編碼,每個數字都是用特定的數據表達。

  一般程序的協議都分成客戶端發送的數據格式,以及服務器端反饋的數據格式,客戶端和服務器端都遵循該格式生成或處理數據,實現兩者之間的復雜數據交換。

  1.4.6 小結

  網絡編程就是使用IP地址,或域名,和端口連接到另一台計算機上對應的程序,按照規定的協議(數據格式)來交換數據,實際編程中建立連接和發送、接收數據在語言級已經實現,做的更多的工作是設計協議,以及編寫生成和解析數據的代碼罷了,然後把數據轉換成邏輯的結構顯示或控制邏輯即可。

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