http和tcp协议及java编程解读

应用层:HTTP协议(基于传输层的TCP协议,主要解决如何包装数据)
传输层: TCP协议(基于网络层的IP协议)、TPC/IP协议(主要解决数据如何在网络中传输)
网络层: IP 协议

socket则是对TCP/IP协议的封装和应用(程序员层面上),Socket本身并不是协议,而是一个调用接口(API,它只是提供了一个针对TCP或者UDP编程的接口),通过Socket,我们才能使用TCP/IP协议,实际上,Socket跟TCP/IP协议没有必然的联系。 

Socket编程接口在设计的时候,就希望也能适应其他的网络协议。所以说,Socket的出现只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已,是对TCP/IP协议的抽象,从而形成了我们知道的一些最基本的函数接口,比如create、 listen、connect、accept、send、read和write等等。

关于TCP /IP和HTTP协议的关系,网络有一段比较容易理解的介绍:     “我们在传输数据时,可以只使用(传输层)TCP/IP协议,但是那样的话,如果没有应用层,便无法识别数据内容,如果想要使传输的数据有意义,则必须使用到应用层协议,应用层协议有很多,比如HTTP、FTP、TELNET等,也可以自己定义应用层协议。WEB使用HTTP协议作应用层协议,以封装 HTTP 文本信息,然后使用TCP/IP做传输层协议将它发到网络上。”   

网络有一段关于socket和TCP/IP协议关系的说法比较容易理解:     “TCP/IP只是一个协议栈,就像操作系统的运行机制一样,必须要具体实现,同时还要提供对外的操作接口。这个就像操作系统会提供标准的编程接口,比如win32编程接口一样,TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口,这就是Socket编程接口。”   

1、TCP连接

手机能够使用联网功能是因为手机底层实现了TCP/IP协议,可以使手机终端通过无线网络建立TCP连接。TCP协议可以对上层网络提供接口,使上层网络数据的传输建立在“无差别”的网络之上。

建立一个TCP连接需要经过“三次握手”,具体如下:
第一次握手:客户端发送请求包到服务器,等待服务器确认
第二次握手:服务器响应客户端请求,同时也发送一个回应包给客户端
第三次握手:客户端收到服务器的回应包后,向服务器发送确认包

握手过程中传送的包里,不包含数据,三次握手完毕后,客户端与服务端才正式的开始传递数据。
TCP一旦连接起来,在客户端和服务端任何一方主动关闭连接之前,TCP连接都将被一直保持下去。
断开连接时,服务器和客户端都可以主动发起断开TCP连接的请求,断开过程需要经过“四次握手”


握手过程中传送的包里不包含数据,三次握手完毕后,客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下,TCP连接一旦建立,在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前,TCP 连接都将被一直保持下去。断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求,断开过程需要经过“四次握手”(过程就不细写了,就是服务器和客户端交互,最终确定断开)


2、HTTP连接

HTTP协议即超文本传送协议(Hypertext Transfer Protocol ),是Web联网的基础,也是手机联网常用的协议之一,HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。

HTTP连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应,在请求结束后,会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。

1)在HTTP 1.0中,客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接,在处理完本次请求后,就自动释放连接。

2)在HTTP 1.1中则可以在一次连接中处理多个请求,并且多个请求可以重叠进行,不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。

由于HTTP在每次请求结束后都会主动释放连接,因此HTTP连接是一种“短连接”,要保持客户端程序的在线状态,需要不断地向服务器发起连接请求。通常的做法是即时不需要获得任何数据,客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求,服务器在收到该请求后对客户端进行回复,表明知道客户端“在线”。若服务器长时间无法收到客户端的请求,则认为客户端“下线”,若客户端长时间无法收到服务器的回复,则认为网络已经断开。


3、SOCKET原理

Socket是通信的基石,是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。
3.1套接字(socket)概念

套接字(socket)是通信的基石,是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示,包含进行网络通信必须的五种信息:连接使用的协议,本地主机的IP地址,本地进程的协议端口,远地主机的IP地址,远地进程的协议端口。

应用层通过传输层进行数据通信时,TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个 TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接,许多计算机操作系统为应用程序与TCP/IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应用层可以和传输层通过Socket接口,区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信,实现数据传输的并发服务。


3.2 建立socket连接
建立Socket连接至少需要一对套接字,其中一个运行于客户端,称为ClientSocket ,另一个运行于服务器端,称为ServerSocket 。

套接字之间的连接过程分为三个步骤:服务器监听,客户端请求,连接确认。

服务器监听:服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字,而是处于等待连接的状态,实时监控网络状态,等待客户端的连接请求。

客户端请求:指客户端的套接字提出连接请求,要连接的目标是服务器端的套接字。为此,客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字,指出服务器端套接字的地址和端口号,然后就向服务器端套接字提出连接请求。

连接确认:当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时,就响应客户端套接字的请求,建立一个新的线程,把服务器端套接字的描述发给客户端,一旦客户端确认了此描述,双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态,继续接收其他客户端套接字的连接请求。


4、SOCKET连接与TCP连接

创建Socket连接时,可以指定使用的传输层协议,Socket可以支持不同的传输层协议(TCP或UDP),当使用TCP协议进行连接时,该Socket连接就是一个TCP连接。


5、Socket连接与HTTP连接

由于通常情况下Socket连接就是TCP连接,因此Socket连接一旦建立,通信双方即可开始相互发送数据内容,直到双方连接断开。但在实际网络应用中,客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点,例如路由器、网关、防火墙等,大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致 Socket 连接断连,因此需要通过轮询告诉网络,该连接处于活跃状态。

而HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式,不仅在请求时需要先建立连接,而且需要客户端向服务器发出请求后,服务器端才能回复数据。

很多情况下,需要服务器端主动向客户端推送数据,保持客户端与服务器数据的实时与同步。此时若双方建立的是Socket连接,服务器就可以直接将数据传送给客户端;若双方建立的是HTTP连接,则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端,因此,客户端定时向服务器端发送连接请求,不仅可以保持在线,同时也是在“询问”服务器是否有新的数据,如果有就将数据传给客户端。

通常即时性强的应用,用socket来通信。

Android的网络编程分为2种:基于socket的,和基于http协议的。
一、基于socket的用法
  服务器端:
  先启动一个服务器端的socket     ServerSocket svr = new ServerSocket(8989);
  开始侦听请求         Socket s = svr.accept();
  取得输入和输出        DataInputStream dis = new DataInputStream(s.getInputStream());
                 DataOutputStream dos = new DataOutputStream(s.getOutputStream());
  Socket 的交互通过流来完成,即是说传送的字节流,因此任何文件都可以在上面传送。谁打开的记得要关上。
  用DataInputStream/DataOutputStream来进行包装是因为我们想要他们对基本数据类型的读写功能readInt(),writeInt(),readUTF(),writeUTF()等等。
  客户端:
  发起一个socket连接      Socket s = new Socket("192.168.1.200",8989);
  取得输入和输出        DataInputStream dis = new DataInputStream(s.getInputStream());
                 DataOutputStream dos = new DataOutputStream(s.getOutputStream());
  之后就可以相互通信了。谁打开的记得要关上。
二、基于Http协议
 
Android中提供的HttpURLConnection和HttpClient接口可以用来开发HTTP程序。

1. HttpURLConnection接口
      首先需要明确的是,Http通信中的POST和GET请求方式的不同。GET可以获得静态页面,也可以把参数放在URL字符串后面,传递给服务器。而POST方法的参数是放在Http请求中。因此,在编程之前,应当首先明确使用的请求方法,然后再根据所使用的方式选择相应的编程方式。
      HttpURLConnection是继承于URLConnection类,二者都是抽象类。其对象主要通过URL的openConnection方法获得。创建方法如下代码所示:
Java代码  
URL url = new URL("http://www.51cto.com/index.jsp?par=123456");    
HttpURLConnection urlConn=(HttpURLConnection)url.openConnection(); 
    通过以下方法可以对请求的属性进行一些设置,如下所示
Java代码  
//设置输入和输出流    
urlConn.setDoOutput(true);    
urlConn.setDoInput(true);    
//设置请求方式为POST    
urlConn.setRequestMethod("POST");    
//POST请求不能使用缓存    
urlConn.setUseCaches(false);   
//关闭连接    
urlConn.disConnection();   
Manifest文件中权限的设定:
Xml代码  
<uses-permission android:name="android.permission.INTERNET" />  
  
HttpURLConnection默认使用GET方式,例如下面代码所示:
Java代码  
//以Get方式上传参数  
public class Activity03 extends Activity  
{  
    private final String DEBUG_TAG = "Activity03";   
     
    @Override  
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState)  
    {  
        super.onCreate(savedInstanceState);  
        setContentView(R.layout.http);    
        TextView mTextView = (TextView)this.findViewById(R.id.TextView_HTTP);  
        //http地址"?par=abcdefg"是我们上传的参数  
        String httpUrl = "http://192.168.1.110:8080/httpget.jsp?par=abcdefg";  
        //获得的数据  
        String resultData = "";  
        URL url = null;  
        try  
        {  
            //构造一个URL对象  
            url = new URL(httpUrl);   
        }  
        catch (MalformedURLException e)  
        {  
            Log.e(DEBUG_TAG, "MalformedURLException");  
        }  
        if (url != null)  
        {  
            try  
            {  
                // 使用HttpURLConnection打开连接  
                HttpURLConnection urlConn = (HttpURLConnection) url.openConnection();  
                //得到读取的内容(流)  
                InputStreamReader in = new InputStreamReader(urlConn.getInputStream());  
                // 为输出创建BufferedReader  
                BufferedReader buffer = new BufferedReader(in);  
                String inputLine = null;  
                //使用循环来读取获得的数据  
                while (((inputLine = buffer.readLine()) != null))  
                {  
                    //我们在每一行后面加上一个"\n"来换行  
                    resultData += inputLine + "\n";  
                }           
                //关闭InputStreamReader  
                in.close();  
                //关闭http连接  
                urlConn.disconnect();  
                //设置显示取得的内容  
                if ( resultData != null )  
                {  
                    mTextView.setText(resultData);  
                }  
                else   
                {  
                    mTextView.setText("读取的内容为NULL");  
                }  
            }  
            catch (IOException e)  
            {  
                Log.e(DEBUG_TAG, "IOException");  
            }  
        }  
        else  
        {  
            Log.e(DEBUG_TAG, "Url NULL");  
        }  
}  
  如果需要使用POST方式,则需要setRequestMethod设置。代码如下:
Java代码  
//以post方式上传参数  
public class Activity04  extends Activity  
{  
    private final String DEBUG_TAG = "Activity04";   
     
    @Override  
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState)  
    {  
        super.onCreate(savedInstanceState);  
        setContentView(R.layout.http);  
          
        TextView mTextView = (TextView)this.findViewById(R.id.TextView_HTTP);  
        //http地址"?par=abcdefg"是我们上传的参数  
        String httpUrl = "http://192.168.1.110:8080/httpget.jsp";  
        //获得的数据  
        String resultData = "";  
        URL url = null;  
        try  
        {  
            //构造一个URL对象  
            url = new URL(httpUrl);   
        }  
        catch (MalformedURLException e)  
        {  
            Log.e(DEBUG_TAG, "MalformedURLException");  
        }  
        if (url != null)  
        {  
            try  
            {  
                // 使用HttpURLConnection打开连接  
                HttpURLConnection urlConn = (HttpURLConnection) url.openConnection();  
                //因为这个是post请求,设立需要设置为true  
                urlConn.setDoOutput(true);  
                urlConn.setDoInput(true);  
                // 设置以POST方式  
                urlConn.setRequestMethod("POST");  
                // Post 请求不能使用缓存  
                urlConn.setUseCaches(false);  
                urlConn.setInstanceFollowRedirects(true);  
                // 配置本次连接的Content-type,配置为application/x-www-form-urlencoded的  
                urlConn.setRequestProperty("Content-Type","application/x-www-form-urlencoded");  
                // 连接,从postUrl.openConnection()至此的配置必须要在connect之前完成,  
                // 要注意的是connection.getOutputStream会隐含的进行connect。  
                urlConn.connect();  
                //DataOutputStream流  
                DataOutputStream out = new DataOutputStream(urlConn.getOutputStream());  
                //要上传的参数  
                String content = "par=" + URLEncoder.encode("ABCDEFG", "gb2312");  
                //将要上传的内容写入流中  
                out.writeBytes(content);   
                //刷新、关闭  
                out.flush();  
                out.close();   
                //获取数据  
                BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(urlConn.getInputStream()));  
                String inputLine = null;  
                //使用循环来读取获得的数据  
                while (((inputLine = reader.readLine()) != null))  
                {  
                    //我们在每一行后面加上一个"\n"来换行  
                    resultData += inputLine + "\n";  
                }           
                reader.close();  
                //关闭http连接  
                urlConn.disconnect();  
                //设置显示取得的内容  
                if ( resultData != null )  
                {  
                    mTextView.setText(resultData);  
                }  
                else   
                {  
                    mTextView.setText("读取的内容为NULL");  
                }  
            }  
            catch (IOException e)  
            {  
                Log.e(DEBUG_TAG, "IOException");  
            }  
        }  
        else  
        {  
            Log.e(DEBUG_TAG, "Url NULL");  
        }  
    }  
}  
 2. HttpClient接口
 使用Apache提供的HttpClient接口同样可以进行HTTP操作。
 对于GET和POST请求方法的操作有所不同。GET方法的操作代码示例如下:
Java代码  
public class Activity02 extends Activity  
{  
     
    @Override  
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState)  
    {  
        super.onCreate(savedInstanceState);  
        setContentView(R.layout.http);  
        TextView mTextView = (TextView) this.findViewById(R.id.TextView_HTTP);  
        // http地址  
        String httpUrl = "http://192.168.1.110:8080/httpget.jsp?par=HttpClient_android_Get";  
        //HttpGet连接对象  
        HttpGet httpRequest = new HttpGet(httpUrl);  
        try  
        {  
            //取得HttpClient对象  
            HttpClient httpclient = new DefaultHttpClient();  
            //请求HttpClient,取得HttpResponse  
            HttpResponse httpResponse = httpclient.execute(httpRequest);  
            //请求成功  
            if (httpResponse.getStatusLine().getStatusCode() == HttpStatus.SC_OK)  
            {  
                //取得返回的字符串  
                String strResult = EntityUtils.toString(httpResponse.getEntity());  
                mTextView.setText(strResult);  
            }  
            else  
            {  
                mTextView.setText("请求错误!");  
            }  
        }  
        catch (ClientProtocolException e)  
        {  
            mTextView.setText(e.getMessage().toString());  
        }  
        catch (IOException e)  
        {  
            mTextView.setText(e.getMessage().toString());  
        }  
        catch (Exception e)  
        {  
            mTextView.setText(e.getMessage().toString());  
        }    
            }  
}  
  使用POST方法进行参数传递时,需要使用NameValuePair来保存要传递的参数,另外,还需要设置所使用的字符集。代码如下所示:
Java代码  
public class Activity03 extends Activity  
{  
     
    @Override  
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState)  
    {  
        super.onCreate(savedInstanceState);  
        setContentView(R.layout.http);  
        TextView mTextView = (TextView) this.findViewById(R.id.TextView_HTTP);  
        // http地址  
        String httpUrl = "http://192.168.1.110:8080/httpget.jsp";  
        //HttpPost连接对象  
        HttpPost httpRequest = new HttpPost(httpUrl);  
        //使用NameValuePair来保存要传递的Post参数  
        List<NameValuePair> params = new ArrayList<NameValuePair>();  
        //添加要传递的参数  
        params.add(new BasicNameValuePair("par", "HttpClient_android_Post"));  
        try  
        {  
            //设置字符集  
            HttpEntity httpentity = new UrlEncodedFormEntity(params, "gb2312");  
            //请求httpRequest  
            httpRequest.setEntity(httpentity);  
            //取得默认的HttpClient  
            HttpClient httpclient = new DefaultHttpClient();  
            //取得HttpResponse  
            HttpResponse httpResponse = httpclient.execute(httpRequest);  
            //HttpStatus.SC_OK表示连接成功  
            if (httpResponse.getStatusLine().getStatusCode() == HttpStatus.SC_OK)  
            {  
                //取得返回的字符串  
                String strResult = EntityUtils.toString(httpResponse.getEntity());  
                mTextView.setText(strResult);  
            }  
            else  
            {  
                mTextView.setText("请求错误!");  
            }  
        }  
        catch (ClientProtocolException e)  
        {  
            mTextView.setText(e.getMessage().toString());  
        }  
        catch (IOException e)  
        {  
            mTextView.setText(e.getMessage().toString());  
        }  
        catch (Exception e)  
        {  
            mTextView.setText(e.getMessage().toString());  
        }    
    }  
}  
     HttpClient实际上是对Java提供方法的一些封装,在HttpURLConnection中的输入输出流操作,在这个接口中被统一封装成了HttpPost(HttpGet)和HttpResponse,这样,就减少了操作的繁琐性。
    另外,在使用POST方式进行传输时,需要进行字符编码。

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