深入理解TCP協(xié)議與UDP協(xié)議的原理及區(qū)別

網(wǎng)絡(luò)編程有三個(gè)要素，分別是IP地址、端口號(hào)和通信協(xié)議，那本文主要講述的是TCP與UDP這兩種通信協(xié)議，以及編程的實(shí)現(xiàn)。

首先，我們需要了解一下IP地址、端口號(hào)、通信協(xié)議的相關(guān)知識(shí)。

一、IP地址

網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)使用IP地址來進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)，IP地址有IPv4和IPv6兩種類型。IPv4采用十進(jìn)制或二進(jìn)制表示形式，十進(jìn)制是一種比較常用的表示形式，如192.168.1.131，IPv6采用十六進(jìn)制表示形式，一般不常用。

如何查看IP地址相關(guān)信息：

在Windows系統(tǒng)下，打開cmd，輸入命令ipconfig，按回車即可查看。在Linux或Mac系統(tǒng)下，打開終端，使用ifconfig命令，按回車即可查看。

二、端口號(hào)

端口號(hào)是計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用程序的一個(gè)整數(shù)數(shù)字標(biāo)號(hào)，用來區(qū)分不同的應(yīng)用程序。

0 ~ 1024 為被系統(tǒng)使用或保留的端口號(hào)，0 ~ 65535為有效的端口號(hào)，也就是說我們要對(duì)一些程序定義端口號(hào)的時(shí)候，要選擇1024 ~ 65535范圍內(nèi)的整數(shù)數(shù)字。

比如，以前學(xué)過的MySQL的端口號(hào)是3306，SQLServer的端口號(hào)是1433，查了一下Oracle的端口號(hào)是1521。

一定要把這些數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)的端口號(hào)，藏在深深的腦海里，以后在連接數(shù)據(jù)庫的時(shí)候，會(huì)使用到端口號(hào)。

三、通信協(xié)議

說的通俗一點(diǎn)，通信協(xié)議就是網(wǎng)絡(luò)通信中的規(guī)則，分為TCP協(xié)議和UDP協(xié)議兩種。

第一種：TCP協(xié)議
英文名：Transmission Control Protocol
中文名：傳輸控制協(xié)議
協(xié)議說明：TCP是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。

舉例：打電話，需要雙方都接通，才能進(jìn)行對(duì)話

特點(diǎn)：效率低，數(shù)據(jù)傳輸比較安全

第二種：UDP協(xié)議
英文名：User Datagram Protocol
中文名：數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議
協(xié)議說明：UDP是一種面向無連接的傳輸層通信協(xié)議。

舉例：發(fā)短信，不需要雙方建立連接，But，數(shù)據(jù)報(bào)的大小應(yīng)限制在64k以內(nèi)

特點(diǎn)：效率高，數(shù)據(jù)傳輸不安全，容易丟包

四、三要素關(guān)系圖與網(wǎng)絡(luò)模型圖

1、網(wǎng)絡(luò)編程三要素關(guān)系圖

注：圖中端口號(hào)、IP地址為演示，并非真實(shí)

2、OSI參考模型與TCP/IP參考模型

五、TCP編程

TCP是基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，所以TCP編程是基于IO流編程。

對(duì)于客戶端，我們需要使用Socket類來創(chuàng)建對(duì)象。對(duì)于服務(wù)器端，我們需要使用ServerSocket來創(chuàng)建對(duì)象，通過對(duì)象調(diào)用accept()方法來進(jìn)行監(jiān)聽是否有客戶端訪問。

客戶端與服務(wù)器端圖解：

客戶端與服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)步驟：

前提：創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，在項(xiàng)目中創(chuàng)建兩個(gè)模塊（model），一個(gè)模塊用來放客戶端相關(guān)代碼，一個(gè)模塊用來放服務(wù)器端相關(guān)代碼。

目錄結(jié)構(gòu)如下圖

客戶端：

1、創(chuàng)建Socket對(duì)象，并指定服務(wù)器端應(yīng)用程序的端口號(hào)和服務(wù)器端主機(jī)的IP地址。

2、使用Socket的對(duì)象調(diào)用getOutputStream()方法來獲取字節(jié)輸出流對(duì)象。

3、調(diào)用字節(jié)輸出流的write(byte[] buf)或者write(int b)向服務(wù)器發(fā)送指定數(shù)據(jù)。

4、記得關(guān)閉流。

服務(wù)器端：

1、創(chuàng)建ServerSocket對(duì)象，并指定該應(yīng)用程序的端口號(hào)，端口號(hào)必須和客戶端指定的端口號(hào)一樣。

2、使用ServerSocket對(duì)象的accept()方法來監(jiān)聽客戶端發(fā)送過來的請(qǐng)求，返回值為Socket對(duì)象。

3、調(diào)用Socket對(duì)象的getInputStream()方法獲取字節(jié)輸入流對(duì)象

4、調(diào)用字節(jié)輸入流對(duì)象的read(byte[] buf)或read()方法獲取數(shù)據(jù)。

5、記得關(guān)閉流。

實(shí)例：

客戶端向服務(wù)器端發(fā)送信息，并顯示在服務(wù)器端。

Client類（客戶端）

package cn.tkrnet.client;

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        
        //創(chuàng)建Socket對(duì)象，指定要發(fā)送到服務(wù)器端的IP地址，以及服務(wù)器端應(yīng)用程序接收的端口號(hào)
        //localhost代表本機(jī)IP地址
        Socket client = new Socket("localhost",9000);
        
        //獲取輸出流，用于向服務(wù)器端發(fā)送數(shù)據(jù)
        OutputStream os = client.getOutputStream();
        
        os.write("Java is my friend !".getBytes());
        System.out.println("信息已發(fā)送");

        //關(guān)閉流
        os.close();
        client.close();
    }
}

Server類（服務(wù)器端）

package cn.tkrnet.server;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("--服務(wù)器端已開啟--");

        //創(chuàng)建ServerSocket對(duì)象，這里的端口號(hào)必須與客戶端的端口號(hào)相同
        ServerSocket server = new ServerSocket(9000);

        //調(diào)用方法accept()，用來監(jiān)聽客戶端發(fā)來的請(qǐng)求
        Socket socket = server.accept();

        //獲取輸入流對(duì)象
        InputStream is = socket.getInputStream();

        //讀取輸入流中的數(shù)據(jù)
        int b = 0;
        while ((b =is.read()) != -1){
            System.out.print((char)b);
        }
        //關(guān)閉流
        is.close();
        socket.close();
        server.close();
    }
}

提示：在運(yùn)行程序時(shí)，一定要先運(yùn)行服務(wù)器端的程序代碼，再運(yùn)行客戶端的程序代碼。因?yàn)榭蛻舳艘蚍?wù)器發(fā)送請(qǐng)求，前提是服務(wù)器端要處于開啟狀態(tài)。

Server類（服務(wù)器端）運(yùn)行結(jié)果：

--服務(wù)器端已開啟--

Client類（客戶端）運(yùn)行結(jié)果：

信息已發(fā)送

Client類（客戶端）運(yùn)行后，Server類（服務(wù)器端）收到信息，運(yùn)行結(jié)果：

--服務(wù)器端已開啟--Java is my friend !

實(shí)例分析：

服務(wù)器端啟動(dòng)后，服務(wù)器端的accept()方法一直處于監(jiān)聽狀態(tài)，直到客戶端連接了服務(wù)器，服務(wù)器端再從流中讀取客戶端發(fā)來的數(shù)據(jù)。

恕我直言，這是一個(gè)超級(jí)無敵簡(jiǎn)單的單向通信實(shí)例。

六、UDP編程

UDP使用數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，沒有客戶端與服務(wù)器端之分，只有發(fā)送方與接收方，兩者哪個(gè)先啟動(dòng)都不會(huì)報(bào)錯(cuò)，但是會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象。發(fā)送的內(nèi)容有字?jǐn)?shù)限制，大小必須限制在64k以內(nèi)。

發(fā)送方與接收方實(shí)現(xiàn)步驟：

前提：創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，在項(xiàng)目中創(chuàng)建兩個(gè)模塊（model），一個(gè)模塊用來放發(fā)送方相關(guān)代碼，一個(gè)模塊用來放接收方相關(guān)代碼。

目錄結(jié)構(gòu)如下圖

發(fā)送方：

1、創(chuàng)建DatagramSocket對(duì)象，可以指定應(yīng)用程序的端口號(hào)，也可以不指定。

2、準(zhǔn)備需要發(fā)送的數(shù)據(jù)

3、創(chuàng)建DatagramPacket對(duì)象，用來對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，需要指定發(fā)送內(nèi)容、發(fā)送多少、發(fā)送到哪里和接收方的端口號(hào)四個(gè)參數(shù)。

4、調(diào)用DatagramSocket對(duì)象的send()方法發(fā)送數(shù)據(jù)。

5、記得關(guān)閉流。

接收方：

1、創(chuàng)建DatagramSocket對(duì)象，指定接收方的端口號(hào)，這個(gè)必須指定。

2、創(chuàng)建一個(gè)byte類型數(shù)組，用來接收發(fā)送方發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。

3、創(chuàng)建DatagramPacket對(duì)象，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。

4、調(diào)用DatagramSocket對(duì)象的receive()方法用于接收數(shù)據(jù)。

5、使用String類的構(gòu)造方法將byte類型的數(shù)組中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成String類型并顯示。

6、記得關(guān)閉流。

實(shí)例：

發(fā)送方發(fā)送信息，接收方接收信息，并顯示。

Sender類（發(fā)送方）

package cn.tkrnet.Sender;

import java.io.IOException;
import java.net.*;

public class Sender {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        //創(chuàng)建接受或發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)套接字，并指定發(fā)送方的端口號(hào)為7770
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(7770);   //端口號(hào)也可以不指定
        System.out.println("---發(fā)送方---");

        //創(chuàng)建數(shù)據(jù)報(bào)對(duì)象，用來發(fā)送數(shù)據(jù)
        byte[] b = "Java is my friend ！".getBytes();

        //8800為接收方的端口號(hào)，netAddress.getByName("localhost")是獲取主機(jī)的IP地址
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(b,b.length, InetAddress.getByName("localhost"),7788);

        ds.send(dp);    //發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)
        System.out.println("數(shù)據(jù)已發(fā)送");
        //關(guān)閉流
        ds.close();
    }
}

Receiver類（接收方）

package cn.tkrnet.receiver;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

public class Receiver {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("---接收方---");

        //創(chuàng)建數(shù)據(jù)報(bào)套接字對(duì)象，指定的端口號(hào)要和發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的端口號(hào)相同
        // （不是發(fā)送方的端口號(hào)7770，是發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的端口號(hào)7788）
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(7788);

        //創(chuàng)建接收數(shù)據(jù)報(bào)的對(duì)象
        byte[] b = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(b,b.length);

        //接收數(shù)據(jù)
        ds.receive(dp);
        System.out.println(new String(b,0,dp.getLength()));
        //關(guān)閉流
        ds.close();
    }
}

提示：在運(yùn)行程序時(shí)，先運(yùn)行發(fā)送方程序，還是先運(yùn)行接收方程序都不會(huì)報(bào)錯(cuò)，但是有可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包，一般我們都先運(yùn)行接收方的程序代碼，再運(yùn)行發(fā)送方的程序代碼。

Receiver類（接收方）運(yùn)行結(jié)果：

---接收方---

Sender類（發(fā)送方）運(yùn)行結(jié)果：

---發(fā)送方---數(shù)據(jù)已發(fā)送

Sender類（發(fā)送方）運(yùn)行后，Receiver類（接收方）接收到信息，運(yùn)行結(jié)果：

---接收方---Java is my friend ！

實(shí)例分析：

只有接收方先啟動(dòng)運(yùn)行，才會(huì)存在端口號(hào)為7788的程序，發(fā)送方才能發(fā)送數(shù)據(jù)到指定端口號(hào)7788，接收方才能接收數(shù)據(jù)。

不瞞你說，這也是個(gè)超級(jí)無敵簡(jiǎn)單的單向通信實(shí)例。

七、總結(jié)

到此這篇關(guān)于深入理解TCP協(xié)議與UDP協(xié)議的原理及區(qū)別的文章就介紹到這了,更多相關(guān)TCP協(xié)議與UDP協(xié)議內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！