1.软件结构

(1)C/S结构:全称为Client/Server结构,是指客户端和服务器结构。常见程序有QQ、迅雷等软件。

单机软件 网络架构_单机软件 网络架构

(2)B/S结构:全称Browser/Server结构,是指浏览器和服务器结构。常见浏览器有谷歌、火狐等。

单机软件 网络架构_单机软件 网络架构_02

两种结构各有优势,但是无论那种架构,都离不开网络的支持。网络编程,就是在一定的协议下,实现两台计算机的通信的程序。

2.网络通信协议

定义:通过计算机网络可以使多台计算机实现连接,位于同一网络中的计算机在进行连接和通信时需要遵守一定的规则,这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样。在计算机网络中,这些连接和通信的规则被称为网络通信协议,它对数据的传输格式、传输速率、传输步骤等做了统一规定,通信双方必须同时遵守才能完成数据交换。

TCP/IP协议:传输控制协议/因特网互联协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol),是Internet最基本、最广泛的协议。它定义了计算机如何连入因特网,以及数据如何在它们之间传输的标准。它的内部包含一系列的用于处理数据通信的协议,并采用了4层的分层模型,每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。

单机软件 网络架构_java_03

上图中,TCP/IP协议中的四层分别是应用层、传输层、网络层和链路层,每层分别负责不同的通信功能。

链路层:链路层是用于定义物理传输通道,通常是对某些网络连接设备的驱动协议,例如针对光纤、网线提供的驱动。

网络层:网络层是整个TCP/IP协议的核心,它主要用于将传输的数据进行分组,将分组数据发送到目标计算机或者网络。

运输层:主要使网络程序进行通信,在进行网络通信时,可以采用TCP协议,也可以采用UDP协议。

应用层:主要负责应用程序的协议,例如HTTP协议、FTP协议等。

3.协议分类

通信的协议还是比较复杂的,java.net包中包含的类和接口,它们提供低层次的通信细节。我们可以直接使用这些类和接口,来专注于网络程序开发,而不用考虑通信的细节。

java.net包中提供了两种常见的网络协议的支持:

(1)UDP:用户数据报协议(User Datagram Protocal)。UDP是无连接通信协议,即在数据传输时,数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说,当一台计算机向另外一台计算机发送数据时,发送端不会确认接收端是否存在,就会发出数据,同样接收端在收到数据时,也不会向发送端反馈是否收到数据。

举例:QQ无论对方是否在线,都可以发送信息,此处 使用的就是UDP协议。

由于使用UDP协议消耗资源小,通信效率高,所以通常都会用于音频、视频和普通数据的传输例如视频会议都使用UDP协议,因为这种情况即使丢失一两个数据包,也不会对接收结果产生太大影响。

但是在使用UDP协议传输数据时,由于UDP的面向无连接性,不能保证数据的完整性,因此在传输重要数据时不建议使用UDP协议。UDP的交换过程如图所示:

单机软件 网络架构_IP_04

特点:数据被限制在64Kb以内,超出这个范围就不能发送了。

数据报(Datagram):网络传输的基本单位。

(2)TCP:传输控制协议(Transmission Control Protocal)。TCP协议是面向连接的通信协议。即传输数据之前,在发送端和接收端建立逻辑连接,然后再传输数据,它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。

在TCP连接中必须要明确客户端和服务器端,由客户端向服务端发出连接请求,每次连接的创建都需要经过“三次握手”。

三次握手:TCP协议中,在发送数据的准备阶段,客户端与服务器之间的三次交互,以保证连接的可靠。

第一次握手:客户端向服务器端发出连接请求,等待服务器确认。

第二次握手:服务器端向客户端回送一个响应,通知客户端收到了连接请求。

第三次握手,客户端再次向服务器端发送确认信息,确认连接 。

整个交互过程如下图所示:

单机软件 网络架构_IP_05

(进行三次握手是为了告诉对方自己的序列号,分辨哪些内容已经传过了,哪些没有。三次握手是为了确定对方序列号的最小所需次数。)

完成三次握手,连接建立后,客户端和服务器就可以开始进行数据传输了。由于这种面向连接的特性,TCP协议可以保证传输数据的安全,所以应用十分广泛,例如下载文件、浏览网页等。

(具体三次握手,四次挥手,后续学习。)

4.网络编程三要素

(1)协议

计算机网络通信必须遵守的规则,如上。

(2)IP地址

概念:

指互联网协议地址(Internet Protocol Address),俗称IP。IP地址用来给一个网络中的计算机设备做唯一的编号。假如我们把“个人电脑”比作“一台电话”的话,那么IP地址相当于电话号码。

IP地址分类:

IPv4:是一个32位的二进制数,通常被分为4个字节,表示成a.b.c.d的形式,例如192.168.65.100。其中a、b、c、d都是0~255之间的十进制整数,那么最多可以表示42亿个。

IPv6:由于互联网的蓬勃发展,IP地址的需求量越来越大,但是网络地址资源呢有限,使得IP的分配越发紧张。为了扩大地址空间,拟通过IPv6重新定义地址空间,采用128位地址长度,每16个字节一组,分成8组十六进制数,表示成ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789,号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个网址,这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。

常用命令:

查看本机IP地址,在控制台输入:

ipconfig

检查网络是否连通,在控制台输入:

ping 空格 IP地址

ping 220.181.57.216

特殊的IP地址

本机IP地址:127.0.0.1、localhost。

(3)端口号

网络的通信,本质上是两个进程(应用程序)的通信。每台计算机都有很多进程,那么在网络通信时,如何区分这些进程呢?

如果说IIP地址可以唯一标识网络中的设备,那么端口号就可以唯一标识设备中的进程(应用程序)了。

端口号:用两个字节表示的整数,它的取值范围是0~65535。其中,0~1023之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用,普通的应用程序需要使用1024以上的端口号。如果端口号被另外一个服务或应用所占用,会导致当前程序启动失败。

利用协议+IP地址+端口号三元组合,就可以标识网络中的进程,那么进程间的通信就可以利用这个标识与其他进程进行交互。

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