第10章 網(wǎng)絡(luò)編程

10.1網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本概念

10.2Java網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)

10.3URL編程

10.4Socket編程10.1網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本概念10.1.1TCP/IP協(xié)議集合傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，TCP/IP)，又名網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，是Internet最基本的協(xié)議、Internet國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，由網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP協(xié)議組成。TCP/IP定義了電子設(shè)備如何聯(lián)入因特網(wǎng)，以及數(shù)據(jù)如何在它們之間傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。協(xié)議采用了四層的層級結(jié)構(gòu)，每一層都呼叫它的下一層所提供的協(xié)議來完成自己的需求。也就是說，TCP負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)傳輸?shù)膯栴}，一有問題就發(fā)出信號，要求重新傳輸，直到所有數(shù)據(jù)安全正確地傳輸?shù)侥康牡?。而IP是給因特網(wǎng)的每一臺聯(lián)網(wǎng)設(shè)備規(guī)定一個(gè)地址。盡管TCP/IP協(xié)議的名稱中只有TCP這個(gè)協(xié)議名，但是在TCP/IP的傳輸層同時(shí)存在TCP和UDP兩個(gè)協(xié)議。TCP是面向連接的通信協(xié)議，通過三次握手建立連接，通信完成時(shí)要拆除連接，由于TCP是面向連接的所以只能用于端到端的通信。TCP提供的是一種可靠的數(shù)據(jù)流服務(wù)，采用“帶重傳的肯定確認(rèn)”技術(shù)來實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)目煽啃?。TCP還采用一種稱為“滑動窗口”的方式進(jìn)行流量控制，所謂窗口實(shí)際表示接收能力，用以限制發(fā)送方的發(fā)送速度。如果IP數(shù)據(jù)包中有已經(jīng)封好的TCP數(shù)據(jù)包，那么IP將把它們向“上”傳送到TCP層。TCP將包排序并進(jìn)行錯誤檢查，同時(shí)實(shí)現(xiàn)虛電路間的連接。TCP數(shù)據(jù)包中包括序號和確認(rèn)，所以未按照順序收到的包可以被排序，而損壞的包可以被重傳。TCP將它的信息送到更高層的應(yīng)用程序，例如Telnet的服務(wù)程序和客戶程序。應(yīng)用程序輪流將信息送回TCP層，TCP層便將它們向下傳送到IP層，即設(shè)備驅(qū)動程序和物理介質(zhì)，最后到接收方。面向連接的服務(wù)(如Telnet、FTP、rlogin、XWindows和SMTP)需要高度的可靠性，所以它們使用了TCP。DNS在某些情況下使用TCP發(fā)送和接收域名數(shù)據(jù)庫，而使用UDP則傳送有關(guān)單個(gè)主機(jī)的信息。UDP是面向無連接的通信協(xié)議，UDP數(shù)據(jù)包括目的端口號和源端口號信息，由于通信不需要連接，所以可以實(shí)現(xiàn)廣播發(fā)送。UDP通信時(shí)不需要接收方確認(rèn)，屬于不可靠的傳輸，可能會出現(xiàn)丟包現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng)用中要求程序員編程驗(yàn)證。UDP與TCP位于同一層，但它不負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的順序、錯誤或重發(fā)。因此，UDP不應(yīng)用于那些使用虛電路的面向連接的服務(wù)，而主要應(yīng)用于那些面向查詢—應(yīng)答的服務(wù)，如NFS。相對于FTP或Telnet，這些服務(wù)需要交換的信息量較小。使用UDP的服務(wù)包括NTP(網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議)和DNS(DNS也使用TCP)。欺騙UDP包比欺騙TCP包更容易，因?yàn)閁DP沒有建立初始化連接(也可以稱為握手，因?yàn)樵趦蓚€(gè)系統(tǒng)間沒有虛電路)。也就是說，與UDP相關(guān)的服務(wù)面臨著更大的危險(xiǎn)。10.1.2IP地址與端口網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議(IP)用于數(shù)據(jù)包在互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間傳送。這些設(shè)備都帶有一個(gè)稱為IP地址的邏輯地址。由網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議提供的IP地址具有特定的形式。每個(gè)IP地址都是32位的數(shù)值，通常由4個(gè)范圍在0～255之間的8位數(shù)值表示，如。在Internet上，各主機(jī)間通過TCP/IP協(xié)議發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包，各個(gè)數(shù)據(jù)包根據(jù)其目的主機(jī)的IP地址來進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的路由選擇。可見，數(shù)據(jù)包順利地傳送到目的主機(jī)是可以的。但是大多數(shù)操作系統(tǒng)都支持多程序(進(jìn)程)同時(shí)運(yùn)行，那么目的主機(jī)應(yīng)該把接收到的數(shù)據(jù)包傳送給同時(shí)運(yùn)行的哪一個(gè)進(jìn)程呢？為了解決這個(gè)問題，端口(port)機(jī)制便被引入進(jìn)來。本地操作系統(tǒng)會給那些有需求的進(jìn)程分配協(xié)議端口(protocolport，即我們常說的端口)，每個(gè)協(xié)議端口由一個(gè)正整數(shù)標(biāo)識。當(dāng)目的主機(jī)接收到數(shù)據(jù)包后，將根據(jù)包文首部的目的端口號，把數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)端口，而與此端口相對應(yīng)的那個(gè)進(jìn)程將會讀取數(shù)據(jù)并等待下一組數(shù)據(jù)的到來。不光接收數(shù)據(jù)包的進(jìn)程需要開啟端口，發(fā)送數(shù)據(jù)包的進(jìn)程也需要開啟端口，這樣，數(shù)據(jù)包中將會標(biāo)識有源端口，以便接收方能順利地回傳數(shù)據(jù)包到這個(gè)端口。如果沒有指明端口號，則使用服務(wù)文件中服務(wù)器的端口。每種協(xié)議有一個(gè)缺省的端口號，在端口號未指明時(shí)使用該缺省端口號。端口號應(yīng)用如下：21FTP：傳輸文件。23Telnet：提供遠(yuǎn)程登錄。25SMTP：傳遞郵件信息。67BOOTP：在啟動時(shí)提供配置情況。80HTTP：傳輸Web頁。109POP：使用戶能訪問遠(yuǎn)程系統(tǒng)中的郵箱。10.1.3URL統(tǒng)一資源定位符(UniformResourceLocator，URL)是對可以從互聯(lián)網(wǎng)上得到的資源位置和訪問方法的一種簡潔表示，是互聯(lián)網(wǎng)上標(biāo)準(zhǔn)資源的地址。互聯(lián)網(wǎng)上的每個(gè)文件都有一個(gè)唯一的URL，它包含的信息指出文件的位置以及瀏覽器應(yīng)該怎么處理它。URL的組成形式為protocol：//resourceName，其中協(xié)議名(protocol)指明獲取資源所使用的傳輸協(xié)議，如http、ftp、gopher、file等；資源名(resourceName)則應(yīng)該是資源的完整地址，包括主機(jī)名、端口號、文件名或文件內(nèi)部的一個(gè)引用。10.2Java網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)Java最初是作為一種網(wǎng)絡(luò)編程語言出現(xiàn)的，它能夠使用網(wǎng)絡(luò)上的各種資源和數(shù)據(jù)，與服務(wù)器建立各種傳輸通道，將自己的數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)地方。Java中有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)功能都定義在程序包中。Java所提供的網(wǎng)絡(luò)功能可分為以下三種：URL和URLConnection是功能中最高級的一種。通過URL的網(wǎng)絡(luò)資源表達(dá)方式，很容易確定網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的位置。利用URL的表示和建立，Java程序可以直接讀取網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)，或把自己的數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)絡(luò)的另一端。所謂Socket，可以想象成兩個(gè)不同的程序通過網(wǎng)絡(luò)的通道，這是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)程序中最常用的方法。一般在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議下的客戶服務(wù)器軟件采用Socket作為交互的方式。Datagram是功能中最低級的一種。其他網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送方式都假想在程序執(zhí)行時(shí)，建立一條安全穩(wěn)定的通道。但是以Datagram的方式傳送數(shù)據(jù)時(shí)，只是把數(shù)據(jù)的目的地記錄在數(shù)據(jù)包中，然后就直接放在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸，系統(tǒng)不保證數(shù)據(jù)一定能夠安全送到，也不能確定什么時(shí)候可以送到。也就是說，Datagram不能保證傳送質(zhì)量。10.3URL編程Java網(wǎng)絡(luò)API通過提供URL類讓我們能在源代碼層使用URL。每一個(gè)URL對象都封裝了資源的標(biāo)識符和協(xié)議處理程序。通過調(diào)用URL構(gòu)造函數(shù)來建立URL對象后，我們可以通過調(diào)用URL的方法來提取URL的組件，打開一個(gè)輸入流(InputStream)，從中讀取信息，獲得某個(gè)能方便檢索資源數(shù)據(jù)的對象的引用，然后比較兩個(gè)URL對象中的URL，獲得資源的連接對象，該連接對象允許代碼了解并寫入更多的資源信息。10.3.1創(chuàng)建URL對象為了表示URL，中實(shí)現(xiàn)了類URL。我們可以通過下面的構(gòu)造方法來初始化一個(gè)URL對象：(1)?publicURL(Stringspec);通過一個(gè)表示URL地址的字符串可以構(gòu)造一個(gè)URL對象。URLurlBase=newURL("http://www.263.net/")(2)?publicURL(URLcontext,Stringspec);通過基于URL和相對URL構(gòu)造一個(gè)URL對象。URLnet263=newURL("/");URLindex263=newURL(net263,"index.html");(3)?publicURL(Stringprotocol,Stringhost,Stringfile);newURL("http","","/pages/G.html");(4)?publicURL(Stringprotocol,Stringhost,intport,Stringfile);URLgamelan=newURL("http","",80,"Pages/Gwork.html");注意：類URL的構(gòu)造方法都聲明拋出非運(yùn)行時(shí)異常(MalformedURLException)，因此生成URL對象時(shí)，我們必須要對這一異常進(jìn)行處理，即：try{URLmyURL=newURL("")}catch(MalformedURLExceptione){…}10.3.2獲取URL對象的信息一個(gè)URL對象生成后，其屬性是不能被改變的，但是我們可以通過以下類URL所提供的方法來獲取這些屬性：?publicStringgetProtocol()：獲取該URL的協(xié)議名。?publicStringgetHost()：獲取該URL的主機(jī)名。?publicintgetPort()：獲取該URL的端口號，如果沒有設(shè)置端口，返回-1。?publicStringgetFile()：獲取該URL的文件名。?publicStringgetRef()：獲取該URL在文件中的相對位置。?publicStringgetQuery()：獲取該URL的查詢信息。?publicStringgetPath()：獲取該URL的路徑。?publicStringgetAuthority()：獲取該URL的權(quán)限信息。?publicStringgetUserInfo()：獲得使用者的信息。?publicStringgetRef()：獲得該URL的錨。10.4Socket編程Socket是應(yīng)用層與TCP/IP協(xié)議族通信的中間軟件抽象層，它是一組接口。在設(shè)計(jì)模式中，Socket其實(shí)就是一個(gè)門面模式，它把復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議族隱藏在Socket接口后面。對用戶來說，一組簡單的接口就是全部，由Socket去組織數(shù)據(jù)，符合指定的協(xié)議。服務(wù)器端先初始化Socket，然后與端口綁定(Bind)，對端口進(jìn)行監(jiān)聽(Listen)，調(diào)用accept()，等待客戶端連接。在這時(shí)如果有個(gè)客戶端初始化一個(gè)Socket，然后連接(Connect)服務(wù)器，若連接成功，則客戶端與服務(wù)器端的連接就建立了?？蛻舳税l(fā)送數(shù)據(jù)請求，服務(wù)器端接收請求并處理，然后把回應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端，客戶端讀取數(shù)據(jù)，最后關(guān)閉連接，交互結(jié)束。10.4.1Socket類和ServerSocket類Java在包中提供了Socket和ServerSocket兩個(gè)類，分別用來表示雙向連接的客戶端和服務(wù)端。其構(gòu)造方法如下：Socket(InetAddressaddress,intport);Socket(InetAddressaddress,intport,booleanstream);Socket(Stringhost,intprot);Socket(Stringhost,intprot,booleanstream);Socket(SocketImplimpl);Socket(Stringhost,intport,InetAddresslocalAddr,intlocalPort);Socket(InetAddressaddress,intport,InetAddresslocalAddr,intlocalPort);ServerSocket(intport);ServerSocket(intport,intbacklog);ServerSocket(intport,intbacklog,InetAddressbindAddr);其中，address、host和port分別是雙向連接中另一方的IP地址、主機(jī)名和端口號；stream指明Socket是Socket流還是Socket數(shù)據(jù)報(bào)；localPort表示本地主機(jī)的端口號；localAddr和bindAddr是本地機(jī)器的地址(ServerSocket的主機(jī)地址)；impl是Socket的父類，既可以用來創(chuàng)建serverSocket，又可以用來創(chuàng)建Socket；count則表示服務(wù)端所能支持的最大連接數(shù)。注意，在選擇端口時(shí)，必須小心。每一個(gè)端口提供一種特定的服務(wù)，只有給出正確的端口，才能獲得相應(yīng)的服務(wù)。0～1023的端口號為系統(tǒng)所保留，例如，http服務(wù)的端口號為80，telnet服務(wù)的端口號為21，ftp服務(wù)的端口號為23，所以我們在選擇端口號時(shí)，最好選擇一個(gè)大于1023的數(shù)以防止發(fā)生沖突。在創(chuàng)建Socket時(shí)如果發(fā)生錯誤，將產(chǎn)生IOException，在程序中必須對此作出處理。所以，在創(chuàng)建Socket或ServerSocket時(shí)必須捕獲或拋出異常。10.4.2So