chp12.ppt

Size: px

Start display at page:

Download "chp12.ppt"

彤危
5 years ago
Views:

1 Java 软件设计基础 Java 网络编程

2 网络编程基础 TCP/IP 协议集网络进程之间通信必须要遵循预定的规则, 这些规则叫做网络进程通信协议 TCP/IP 协议是一组在 Internet 上的不同计算机之间进行通信的协议的总称, 由应用层的 HTTP FTP SMTP 和传输层的 TCP UDP 以及网络层的 IP 等一系列协议组成 HTTP: 超文本传输协议 FTP: 文件传输协议 SMTP: 简单邮件传输协议 TCP: 传输控制协议 (Tran) UDP: 用户数据报协议 (User Datagram Protocol) IP: 网际协议

3 TCP/IP 协议层次 SMTP Telnet SNMP FTP HTTP DNS TCP UDP IP ICMP ARP RARP IP FDDI.X.25

4 TCP 与 UDP 协议 Java 的网络编程主要针对应用层与传输层, 尤其注重 TCP/IP 与 UDP 等协议其中 TCP 协议定义了一套控制信息的规则, 提供了应用程序所需要的相关功能 ;IP 协议则定义了一系列数据报的组成格式, 提供了基本通信的网间地址在 TCP/IP 协议层次中, 传输层提供在源节点与目的节点的两个实体之间可靠的端到端数据传输其传输层提供两种传输协议 : TCP 协议面向连接的协议, 在传递数据之前必须和目标节点建立连接, 然后再传送数据, 传送数据结束后关闭连接 ; UDP 协议是一种无连接协议, 无需事先建立连接即可直接传送带有目标节点信息的数据报, 每个数据报都是一个独立的信息, 包括完整的源地址和目的地址, 它在网络上以任何可能的路径转往目的地, 而能否到达目的地到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的

5 IP 地址与域名 IP 地址每台主机拥有的一个唯一的地址, 以此来标识主机在网络中的位置,IP 地址由 32 位二进制数构成, 分为四段 (4 个字节 ), 每段 8 位, 可用小于 256 的十进制数表示域名用有意义的名字来一一对应的标识计算机的 IP 地址是统一资源定位器 URL 的基础互联网的域名系统是一种分布型层次式的命名机制, 一般形式为 :

6 端口与数据报端口 (Port) Port 和 IP 地址为网络通信的应用程序提供了一种确定的地址标识,IP 地址表示了发送端的目的计算机, 而端口表明将数据包发送给目的计算机上的哪一个应用程序 Port 号用 16 位二进制数表示, 分布在 0~16535 之间, 其中 0~1023 间的端口号分配给常用的网络服务, 如 HTTP 占用端口 80,FTP 占用端口 21,Telnet 占用端口 23 等用户的网络应用程序应该使用 1023 以上的端口号数据报 (Datagraph) 是一种面向非连接的以数据报方式工作的通信, 适用于网络层不可靠的数据传输与访问

7 服务器与客户机当用户在共享某个 Internet 资源时, 通常都有两个独立的程序协同提供服务, 这两个程序运行在不同的计算机上提供资源的计算机称为服务器, 使用资源的计算机称为客户机当用户使用 Internet 功能时, 启动客户机, 通过有关命令告知服务器进行连接以完成某种操作, 而服务器则按照此请求提供相应的服务套接字 (Socket) 套接字是网络驱动层提供给应用程序编程的接口和管理方法, 用于处理数据接收与输出 Socket 在应用层创建, 通过一定的绑定机制与应用程序建立联系, 告诉对方自己的 IP 地址与端口号, 然后应用程序给 Socket 数据, 由 Socket 交给驱动程序向网络发布, 接收方可以从 Socket 提取相应的数据

8 网络编程方法与分类 Java 语言专门为网络通信提供了系统软件包 java.net, 利用它提供的有关类和方法可以快速开发基于网络的应用程序 Socket 通信模式面向传输层的 TCP 协议, 这是比较常用的网络通信方式, 使用 ServerSocket 与 Socket 类 ; URL 通信模式面向应用层, 通过 URL 进行网络上数据信息的通信 ( 读取与输出 ), 使用 URL 与 URLConnection 类 ; InetAddress 通信模式面向 IP 蹭, 用于标识网络的硬件资源, 使用 InetAddress 类 ; Datagram 通信模式面向传输层的 UDP 协议, 已经逐渐减少了应用, 使用 DatagramSocket DatagramPacket MulticastSocket 类

9 可能产生的异常种类 NoRouteToHostException 试图将套接字连接到远程地址和端口时发生错误的情况下, 抛出此异常通常为无法到达远程主机, 原因是防火墙干扰或者中间路由器停机 MalformedURLException 抛出这一异常指示出现了错误的 URL 或者在规范字符串中找不到任何合法协议, 或者无法解析字符串 ConnectException 试图将套接字连接到远程地址和端口时发生错误的情况下, 抛出此异常这些错误通常发生在拒绝远程连接时 ( 例如, 没有任何进程在远程地址 / 端口上进行侦听 ) UnknownHostException 指示主机 IP 地址无法确定而抛出的异常

10 UnknownServiceException 抛出这一异常指示出现了未知服务异常可能是 URL 连接返回的 MIME 类型无意义, 或者应用程序试图进行对只读的 URL 连接写入 BindException 试图将套接字绑定到本地地址和端口时发生错误的情况下, 抛出此异常这些错误通常发生在端口正在使用中或无法分配所请求的本地地址时 ProtocolException 抛出此异常指示在底层协议中存在错误, 如 TCP 错误 SocketException 抛出此异常指示在底层协议中存在错误, 如 TCP 错误

11 URL 编程 URL 构成在 WWW 上, 所有信息资源都有统一且有唯一的地址, 通过 URL 可以访问 Internet 上的文件和其他资源, 它是 WWW 的统一资源定位标志 URL 格式 : 其中如果 URL 地址中没有设定端口号, 则取用缺省端口号 URL 类创建 URL 类的对象使用 URL 的字符串来创建 URL 对象 : public URL(String url);

12 使用绝对路径与相对位置来创建 URL 对象 : public URL(URL baseurl, String relativeurl); 创建 URL 对象, 其中指定协议主机名文件名 : public URL(String protocol, String host, String filename); 创建 URL 对象, 其中指定协议主机名文件名和端口号 : public URL(String protocol, String host, int port, String filename);

13 URL 的构造方法会抛出 malformedurlexception( 畸形 URL 异常 ), 生成 URL 对象时必须对这个异常加以处理, 否则编译无法通过 URL 类的主要方法 getpath() 获取 URL 路径 ; getref() 获取该 URL 在文件中的相对位置 getprotocol() 获取协议内容, 如果协议没有设置则返回 null getcontent() 获取 URL 内容 getauthority 获取 URL 的权限信息 getdefaultport() 获取缺省端口 getport() 获取端口, 如果端口未设置则返回 -1 gethost() 获得主机名, 如果主机名未设置则返回 null

14 getdate() 获取资源的当前日期 getlastmodified() 获取资源最后修改日期 getfile() 获得文件名, 如果文件名未设置则返回 null getuserinfo() 获取 URL 的用户信息 getquery() 获取 URL 的查询信息 equals(object obj) openstream() tostring() set(string protocol, String host, int port, String filename, String ref) 与指定 URL 对象 obj 比较获取一个输入流将 URL 对象转换为字符串形式设置 URL 各参数

15 实例 import java.awt.*;import java.awt.event.*; import java.net.*;import java.applet.applet; public class SearchEx extends Applet implements ActionListener{ String weblist[]={" String webname[]={"tooooold","grid"}; Choice select; public void init(){ select = new Choice(); Button b=new Button("Click to search"); for(int i=0;i<=1;i++)select.additem(webname[i]); add(select);add(b); b.addactionlistener(this); } public void actionperformed(actionevent e){ String s=e.getactioncommand(); if(s.equals("click to search")){ int no=select.getselectedindex(); openweb(no); } } void openweb(int index){ try{ URL myurl=new URL(webList[index]); getappletcontext().showdocument(myurl); }catch(exception e){ } } }

16 URLConnection 类 URLConnection 类可以在获取网站信息的同时向远程网络服务器传送信息创建 URLConnection 对象在使用 URLConnection 对象之前, 必须先创建一个 URL 对象, 然后调用该对象的 openconnection 方法来返回对应 URL 地址的 URLConnection 对象建立输入 / 输出数据流使用 URLConnection 类可以通过使用 getinputstream() 方法获得 URL 节点的信息, 也可以通过 getoutputstream() 方法向 URL 节点处传输数据, 这样本机与 URL 节点间就形成了一个数据流通道数据的输入输出必须遵循 HTTP 协议中规定的格式

17 实例

19 3. InetAddress 类 InetAddress 类可用于标识网络的硬件资源,java.net, 包中的 InetAddress 类提供了一系列描述网络资源的方法, 每个 InetAddress 对象都包含 IP 地址与主机域名等信息获取 Internet 上的主机地址 InetAddress 没有构造方法, 通常可以使用 InetAdress 类的静态方法来构造实例 : public static InetAddress getbyname(string host); 该方法将一个域名或 IP 地址传递给该方法的参数 host( 机器名域名或 IP 地址 ), 进而获得一个 InetAddress 对象, 所以该对象也就含有了主机地址的域名和 IP 地址 InetAddress 的实例方法 :

20 获取 InetAddress 对象所含的域名 ; public String gethostname(); 获取 InetAddress 对象的 IP 地址 : 获取本地机的地址通过静态方法获取 : 实例 public String gethostaddress(); public static String getlocalhost();

21 4. Socket 通信 Socket 概念 Socket 是由端口号与 IP 地址组合得出的 Socket 有两种形式 : 数据报 Socket 流式 Socket Socket 是指在两台计算机上运行的两个程序之间的一个双向通信的连接点, 这个通信链路的每一端成为一个 Socket, 它提供了一种面向连接的可靠的数据传输方式, 能够保证发送的数据按顺序无重复的到达目的地 Socket 是 TCP/IP 的编程接口, 即利用 Socket 提供的一组 API 可以通过编程实现 TCP/IP 协议 Socket 通信步骤

22 套接字连接就是客户端的套接字对象和服务器端的套接字对象通过输入 / 输出流连接在一起,Socket 所要完成的通信就是基于连接的通信, 建立连接所需的程序分别运行在客户端和服务器端

23 建立连接首先客户端程序申请连接, 而服务器端程序监听所有端口, 判断是否有客户程序的服务请求, 当客户程序请求和某个端口连接时, 服务器就将 Socket 连接到该端口上, 此时服务器和客户程序之间建立了一个专用的虚拟连接 ; 数据通信客户程序可以向 Socket 写入请求, 服务器程序处理请求, 并把处理结果通过 Socket 返回给客户端, 完成通过虚拟通道的数据通信 ; 拆除连接通信结束, 将所建立的虚拟连接全部拆除 ServerSocket 类与 Socket 类创建 ServerSocket 对象 ServerSocket 对象负责等待客户端请求建立套接字连接构造方法如下 :

24 在指定的端口创建一个 ServerSocket 对象 : ServerSocket(int port) 在指定的端口创建 ServerSocket 对象并设定服务器所能支持的最大连接数 : ServerSocket(int port, int count) 建立服务器套接字时可能发生 IOException 异常创建 Socket 对象创建一个 Socket 对象用于与服务器建立连接, 使用指定的端口号使得服务器在捕获到客户端的请求时, 根据端口号来完成给定的任务构造方法如下 : 使用指定 IP 地址和端口创建一个 Socket 对象 : Socket(InetAddress add, int port)

25 使用指定 IP 地址和端口创建 Socket 对象, 并指定是否为流式通信方式 : Socket(InetAddress add, int port, boolean stream) 使用指定主机和端口创建一个 Socket 对象 Socket(String host, int port) 使用指定主机和端口创建 Socket 对象, 并指定是否为流式通信方式 : Socket(String host, int port, boolean stream) 发送和接收流式数据为了能随时监听客户端的请求, 可以使用 accept() 方法用来接收客户机程序的连接请求, 返回值是一个 Socket 类型的对象程序运行到这里处于等待状态 Socket 对象创建成功后, 就可以在客户机与服务器之间建立一个连接, 并通过这个连接在两个端口之间传送数据过程如下 : 获取输出流 :

26 获取输入流返回读出的数据拆除连接每一个 Socket 存在时都占用一定的资源, 在通信完成后, 应该断开服务器端或客户端上运行的应用程序, 即断开其虚拟连接并释放所占用的系统资源系统采用 close() 方法拆除连接

27 使用套接字 Socket 完成服务器与客户端的通信连接服务器与客户端套接字的建立声明端口号建立套接字服务器监听客户端请求

28 发送和接收数据流服务器信息显示

29 客户端信息输入与回显关闭 Socket

30 运行流程启动服务器端程序此时服务器端处于等待状态, 等待客户端发出请求启动客户端程序客户端创建 Socket 对象用于与服务器连接, 此时等待键盘输入信息 : 服务器端接收到客户端请求, 给出提示信息, 并等待客户端信息 :

31 客户输入信息客户端回显输入信息服务器端显示客户端发来的信息客户端输入 quit

32 整体程序与架构

34 交互聊天程序聊天窗口的简单设计以服务器端为例 ( 客户端完全相同 )

35 套接字连接发送和接收流式数据

36 需要进行的事件响应处理以服务器端为例 ( 客户端完全相同 )

37 运行流程启动服务器程序与客户端程序开始交谈

38 一对多通信的实现聊天服务器 ChatServer 负责为每一个进入聊天室的网友建立一个线程, 它是一个典型的多线程程序聊天室的流程图如下 :

39 服务器方实现创建一个 Vector 静态变量 chatters, 它维护所有 Server 方的 ServerThread 实例, 通过该变量能向所有联入该服务器方的 Applet 广播消息 ChatServer 的主方法 main 监听 ChatClient 的请求, 并为新连接的 Applet 创建一个服务线程服务器监听的端口号必须和客户端的端口参数一致 ( 这里设为 4000)

40 监听线程要监听对应的 ChatClient 是否有信息传来, 程序会一直陷入到 in.read(buf) 中, 直到有信息传来才返回对 str 做判断, 若为 quit 则要通知所有其他 ChatClient 该用户的退出, 否则将该消息广播给所有其他的 ChatClient:

41 其中 write 方法的实现 : 当用户选择离开时, 要从 chatters 中删除该线程, 并关闭该 socket, 表示该线程已经离开聊天室 : 客户端实现与上例中服务器 - 客户端中的客户端程序类似

42 两个客户端运行结果

43 服务器端运行结果

Chapter #

Chapter # 第三章 TCP/IP 协议栈本章目标通过本章的学习, 您应该掌握以下内容 : 掌握 TCP/IP 分层模型掌握 IP 协议原理理解 OSI 和 TCP/IP 模型的区别和联系 TCP/IP 介绍主机主机 Internet TCP/IP 早期的协议族全球范围 TCP/IP 协议栈 7 6 5 4 3 应用层表示层会话层传输层网络层应用层主机到主机层 Internet 层 2 1 数据链路层