标签:32位 通信 height col counter 实验 区分 log input
本次实验采用Java语言,编写了一个简单的聊天室程序,可以实现多人之间的聊天。以下将对该程序进行详尽分析,并对比分析该编程语言提供的网络接口API与Linux Socket API之间的关系。
1、 网络通信相关要素
1) 协议
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: TCP:传输控制协议 (Transmission Control Protocol)。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。 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。
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。
UDP:用户数据报协议(User Datagram Protocol)。UDP协议是一个面向无连接的协议。传输数据时,不需 要建立连接,不管对方端服务是否启动,直接将数据、数据源和目的地都封装在数据包中,直接发送。每个 数据包的大小限制在64k以内。它是不可靠协议,因为无连接,所以传输速度快,但是容易丢失数据。日常应 用中,例如视频会议、QQ聊天等。
2) IP地址
IP地址: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。
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地址的需求量愈来愈大,但是网络地址资源有限,使得IP的分配越发紧张。 有资料显示,全球IPv4地址在2011年2月分配完毕。 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。
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的进程,那么在网络通信时,如何区分 这些进程呢? 如果说IP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了,那么进程间的通信就可以利用这个标识与其 它进程进行交互。
2、 服务端程序主要代码
/**
* 创建服务器 启动服务监听1001端口
*/
public AppServer()
{
sFrame = new ServerFrame();
try
{
serverSocket = new ServerSocket(1001);
InetAddress address = InetAddress.getLocalHost();
sFrame.txtServerName.setText(address.getHostName());
sFrame.txtIP.setText(address.getHostAddress());
sFrame.txtPort.setText("1001");
} catch (IOException e)
{
fail(e, "不能启动服务!");
}
sFrame.txtStatus.setText("已启动...");
this.start(); // 启动线程
}
3、 客户端程序主要代码
public void run() { int intMessageCounter = 0; int intUserTotal = 0; boolean isFirstLogin = true; // 判断是否刚登陆 boolean isFound; // 判断是否找到用户 Vector user_exit = new Vector(); try { for (;;) { Socket toServer; toServer = new Socket(strServerIp, 1001); // 将信息发往服务器 messobj = new Message(); ObjectOutputStream streamtoserver = new ObjectOutputStream( toServer.getOutputStream()); streamtoserver.writeObject((Message) messobj); // 收来自服务器的信息 ObjectInputStream streamfromserver = new ObjectInputStream( toServer.getInputStream()); messobj = (Message) streamfromserver.readObject(); // //////刷新聊天信息列表////////// if (isFirstLogin) // 如果刚登陆 { intMessageCounter = messobj.chat.size(); // 屏蔽该用户登陆前的聊天内容 isFirstLogin = false; } if (!serverMessage.equals(messobj.serverMessage)) { serverMessage = messobj.serverMessage; taUserMessage.append("[系统消息]:" + serverMessage+"\n"); } for (int i = intMessageCounter; i < messobj.chat.size(); i++) { Chat temp = (Chat) messobj.chat.elementAt(i); String temp_message; if (temp.chatUser.equals(strLoginName)) { if (temp.chatToUser.equals(strLoginName)) { temp_message = "系统提示您:请不要自言自语!" + "\n"; } else { if (!temp.whisper) { temp_message = temp.chatUser + ":"+ temp.chatMessage+ "\n"; } } } else { if (temp.chatToUser.equals(strLoginName)) { if (!temp.whisper) { temp_message = temp.chatUser + ":"+ temp.chatMessage+ "\n"; } } else { if (!temp.chatUser.equals(temp.chatToUser)) // 对方没有自言自语 { if (!temp.whisper) // 不是悄悄话 { temp_message = temp.chatUser + ":"+ temp.chatMessage+ "\n"; } else { temp_message = ""; } } else { temp_message = ""; } } } taUserMessage.append(temp_message); intMessageCounter++; }
4、 实验结果截图
实现基于tcp的网络通信,服务端程序监听本地ip地址127.0.0.1,监听端口号为1001。客户端程序向本机该端口号发送消息。服务器接收到客户端消息,将该消息转发给每一个客户端,从而实现多人通信。
5、java socket接口与Linux socket api之间的关系
在Java中,提供了两个类用于实现TCP通信程序: 1. 客户端: java.net.Socket 类表示。创建 Socket 对象,向服务端发出连接请求,服务端响应请求,两者建 立连接开始通信。 2. 服务端: java.net.ServerSocket 类表示。创建 ServerSocket 对象,相当于开启一个服务,并等待客户端 的连接。以下是java中socket编程中一些常用方法,即接口public InputStream getInputStream() : 返回此套接字的输入流。 如果此Scoket具有相关联的通道,则生成的InputStream 的所有操作也关联该通道。 关闭生成的InputStream也将关闭相关的Socket。 public OutputStream getOutputStream() : 返回此套接字的输出流。 如果此Scoket具有相关联的通道,则生成的OutputStream 的所有操作也关联该通道。 关闭生成的OutputStream也将关闭相关的Socket。 public void close() :关闭此套接字。 一旦一个socket被关闭,它不可再使用。 关闭此socket也将关闭相关的InputStream和OutputStream 。 public void shutdownOutput() : 禁用此套接字的输出流。 任何先前写出的数据将被发送,随后终止输出流。
那么java 这些接口与Linux socket api之间有哪些关系呢?
1)Socket toServer = new Socket(strServerIp, 1001)即socket接口对Linux API的调用,具体如下:
1 创建socket结构体
2 将对应socket和本地协议地址对应(执行bind函数),将当前网络命名空间名和端口存到bhash(),可以理解为,绑定到系统能够找到的地方。
3 listen()监听,即检查侦听端口是否存在bhash中,初始化csk_accept_queue,将tcp_sock指针存放到listening_hash表。
2)accpet()方法在Linux 的底层详细如下:
linux中由TCP服务器调用,从已完成的连接队列的队头返回下一个已完成连接;成功则会返回由内核创建的新的描述符,在并发服务器中,accept()返回后,服务器会调用fork函数,创建一个子进程,由该子进程来和客户端进行通讯,此时套接口对应文件描述符的引用计数会增加。
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