背景

MateBook Ubuntu18.04
MacBook MacOS HighSierra 10.13.6
两台电脑有的时候会需要文件传输，选择TCP协议下的Socket编程实现
印象中很简单且上学的时候实现过在实验室的两台机器间测试TCP和UDP的性能。现在实现一下，也来复习一下当时忽略的很多知识点

基础知识

网络通讯要素：协议，IP，端口

TCP协议

two types of switch operation for networks: circuit switching, packet switching

circuit swithing：固定链接，包括建立链路，传输数据，断开链接【电话系统】
packet switching：数据以包传输，通过路由管理链路【网络】

two types of service that networks can provide: connectionless and connection-oriented

connectionless：无连接服务，网络尽力传输每一个数据包，不保证丢失，按序，不可靠连接，发快递，UDP协议
connection-oriented：面向连接服务，发送和接收两端有通讯，接电话，TCP协议

协议选择TCP/IP可靠协议，多次握手建立连接，connection-oriented

IP Address

设备终端在网络中的唯一标识符

LAN，局域网，常用，typically under single admin domain。局域网之间Internet连接
子网通过路由器相互连接，router。routing refers to selecting path from source to destination across multiple subnets
四类IP地址， 192.168.1.1是C类保留IP，用于路由器设置。192.168.x.x通常是局域网，内网，每个接入的设备会分配一个内网IP
内网之间传输用内网IP即可，所有的内网设备有一个共同的外网IP，是运营商分配的网关的IP。外网设备间通讯用外网IP。我这里基本两台电脑能保证在同一个局域网范围内，用内网IP就行
IP地址的分配不是固定的，很可能是动态分配的，因此在每次链接通讯的时候要确认当前两台计算机的IP地址

端口

程序间通过IP+PORT来通讯
use operating system calls to bind to port，系统调用开放端口
packets have source and destination ports，包在链接两端的端口间建立传输
两台终端分别可以使用不同的端口，双方确定就行
一个端口在运行时只能启用一种服务，否则端口被占用

Java实现

服务端【接收】

创建ServerSocket对象，用通讯端口
监听ServerSocket对象，建立连接后，得到Socket对象
创建输入流对象读取通道内数据【字节流】
创建输出流对象，将通道内数据写入文件
传输完成后创建输出流对象，向客户端发送反馈
关闭流对象资源

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

//This class serves as the Socket Sever accepting files from MacBook

public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //create server socket instance, listening to local port 8888,specified for client-server connection
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
        //create socket instance from method accept, blocked method until binding occurs
        Socket s = ss.accept();

        //create byte input stream from socket
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(s.getInputStream());
        //create byte output stream to local destination, specify file name and directory for every transfer
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("/home/aries/Downloads/1.jpg"));

        //read data from socket stream and write to file stream
        byte[] bys = new byte[1024];
        int len = 0;
        while ((len = bis.read(bys)) != -1) {
            bos.write(bys, 0, len);
            bos.flush();
        }

        //notify for successful transfer
        OutputStream os = s.getOutputStream();
        os.write("MateBook已接收".getBytes());

        //resource release
        bos.close();
        //release server socket if necessary
        s.close();
    }
}

客户端【发送】

创建Socket对象，与服务器链接
创建输入流对象，从文件中读数据【字节流】
创建输出流对象，写入Socket通道
通知通道完成传输
接收服务端反馈
关闭流对象资源，关闭客户端

import java.io.*;
import java.net.Socket;

//This class serves as the Client socket sending files to MacBook
public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //create client socket instance by hostIP and hostPort
        Socket s = new Socket("192.168.1.131", 8888);

        //create byte input stream instance by file input stream, specify the directory and file name each time sending to Mac
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("/home/aries/Documents/Test.txt"));
        //create byte output stream instance by client socket
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(s.getOutputStream());

        //read data from file stream and write to socket stream
        byte[] bys = new byte[1024];
        int len = 0;
        while ((len = bis.read(bys)) != -1) {
            bos.write(bys, 0, len);
            bos.flush();
        }

        //Disables the output stream for this socket
        s.shutdownOutput();

        //accept feedback from server
        InputStream is = s.getInputStream();
        byte[] feedback = new byte[1024];
        int length = is.read(feedback);
        String server_ack = new String(feedback, 0, length);
        System.out.println(server_ack);

        bis.close();
        s.close();
    }
}

思考和注意

服务端监听客户端，当客户端运行时建立链接，所以服务端应早于客户端开启。

假设服务器在公网，而内网有不同设备向公网发送消息。此时内网设备的外网IP相同，内网IP不同。与服务器间的连接由公网IP实现。此时对公网服务器来说，两台不同的物理设备传输数据和同一台没啥区别。但可以用多线程避免传输等待问题。

假设客户端在公网，而内网有不同的服务器设备接收消息。此时服务器的公网IP相同，内网IP不同。如果开启了一个服务器，我猜另一个服务器开启时会报错，我没有试过是什么错误，但很可能是端口占用错误，或服务器已开启等。因为和上面相同的思路，应该将两台内网服务器看做一个整体，当端口开启时，如果重复开启端口则会报错。可以给两台服务器开启不同端口，但这样又不符合实际的逻辑，因为对于客户端，它可能不知道服务器是多个。所以可以用反向代理管理同IP内的多个服务器实现分布式，如果当服务器处于不同局域网时，应该也有分布式管理架构去管理服务器集群。

程序比较简单但是很多知识都忘了，多想想会觉得挺有意思的。总结就是，万物皆可分布式，这种思想在网络编程中还是很常见的。

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