JAVA Socket 实现 UDP 编程

Posted 2022-03-14 qq_23473123

UDP简介

UDP 是User Datagram Protocol的简称， 中文名是用户数据报协议，是OSI（Open System Interconnection，开放式系统互联） 参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，IETF RFC 768是UDP的正式规范。UDP在IP报文的协议号是17。

UDP协议全称是用户数据报协议，在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。在OSI模型中，在第四层——传输层，处于IP协议的上一层。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。UDP用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。UDP协议从问世至今已经被使用了很多年，虽然其最初的光彩已经被一些类似协议所掩盖，但是即使是在今天UDP仍然不失为一项非常实用和可行的网络传输层协议。

与所熟知的TCP（传输控制协议）协议一样，UDP协议直接位于IP（网际协议）协议的顶层。根据OSI（开放系统互连）参考模型，UDP和TCP都属于传输层协议。UDP协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据包的形式。一个典型的数据包就是一个二进制数据的传输单位。每一个数据包的前8个字节用来包含报头信息，剩余字节则用来包含具体的传输数据。

UDP和TCP的优缺点

TCP的优缺点：

优点：

可靠，稳定
TCP的可靠体现在TCP在传递数据之前，会有三次握手来建立连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传完后，还会断开连接用来节约系统资源。

缺点：

慢，效率低，占用系统资源高，易被攻击
TCP在传递数据之前，要先建连接，这会消耗时间，而且在数据传递时，确认机制、重传机制、拥塞控制机制等都会消耗大量的时间，而且要在每台设备上维护所有的传输连接，事实上，每个连接都会占用系统的CPU、内存等硬件资源。
而且，因为TCP有确认机制、三次握手机制，这些也导致TCP容易被人利用，实现DOS、DDOS、CC等攻击。
UDP的优点：

快，比TCP稍安全
UDP没有TCP的握手、确认、窗口、重传、拥塞控制等机制，UDP是一个无状态的传输协议，所以它在传递数据时非常快。没有TCP的这些机制，UDP较TCP被攻击者利用的漏洞就要少一些。但UDP也是无法避免攻击的，比如：UDP Flood攻击……

UDP的优缺点：

不可靠，不稳定
因为UDP没有TCP那些可靠的机制，在数据传递时，如果网络质量不好，就会很容易丢包。
基于上面的优缺点，那么：

什么时候应该使用TCP：
当对网络通讯质量有要求的时候，比如：整个数据要准确无误的传递给对方，这往往用于一些要求可靠的应用，比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议，POP、SMTP等邮件传输的协议。
在日常生活中，常见使用TCP协议的应用如下：

浏览器，用的HTTP
FlashFXP，用的FTP
Outlook，用的POP、SMTP
Putty，用的Telnet、SSH
QQ文件传输
…………
什么时候应该使用UDP：
当对网络通讯质量要求不高的时候，要求网络通讯速度能尽量的快，这时就可以使用UDP。
比如，日常生活中，常见使用UDP协议的应用如下：

QQ语音
QQ视频
TFTP
……

UDP 编程

主要用到两个类DatagramPacket和DatagramSocket，下面分别介绍。

DatagramSocket

具体api见：http://www.javaweb.cc/help/JavaAPI1.6/index.html?java/nio/ReadOnlyBufferException.html

此类表示用来发送和接收数据报包的套接字。

数据报套接字是包投递服务的发送或接收点。每个在数据报套接字上发送或接收的包都是单独编址和路由的。从一台机器发送到另一台机器的多个包可能选择不同的路由，也可能按不同的顺序到达。

在 DatagramSocket 上总是启用 UDP 广播发送。为了接收广播包，应该将 DatagramSocket 绑定到通配符地址。在某些实现中，将 DatagramSocket 绑定到一个更加具体的地址时广播包也可以被接收。

构造方法：

DatagramSocket() ~ 构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上任何可用的端口。

protected DatagramSocket(DatagramSocketImpl impl) ~创建带有指定 DatagramSocketImpl （数据报和多播套接字实现的抽象基类，可以通过它将数据报套接字绑定到本地端口和地址。）的未绑定数据报套接字。

DatagramSocket(int port) ~创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。
DatagramSocket(int port, InetAddress laddr) ~创建数据报套接字，将其绑定到指定的本地地址。

DatagramSocket(SocketAddress bindaddr) ~创建数据报套接字，将其绑定到指定的本地套接字地址。 (SocketAddress 作为一个抽象类，应通过特定的、协议相关的实现为其创建子类。 它提供不可变对象，供套接字用于绑定、连接或用作返回值。 )

DatagramSocket(DatagramSocketImpl impl)和DatagramSocket(SocketAddress bindaddr)就是通过一个对象来进行本地端口和地址的绑定……。

DatagramPacket

此类表示数据报包。

数据报包用来实现无连接包投递服务。每条报文仅根据该包中包含的信息从一台机器路由到另一台机器。从一台机器发送到另一台机器的多个包可能选择不同的路由，也可能按不同的顺序到达。不对包投递做出保证。

具体api见：http://www.javaweb.cc/help/JavaAPI1.6/index.html?java/nio/ReadOnlyBufferException.html

流程

• 基于UDP的套接字就是数据报套接字（ava.net.DatagramSocketj）。

• 两个都要先构造好相应的数据包(java.net.DatagramPacket)。

• 在DatagramPacket包中的函数 intgetLength()返回实际接受的字节数，
byte[]getData()返回接受到的数据。

• 要想接受端给发送端回信息，就需要知道发送端的ＩＰ地址InetAddress getAddress()和发送端进程所绑定的端口号int getPort()。

• 数据报套接字发送成功之后，就相当于建立了一个虚连接，双方可以发送数据。

具体代码

服务器端：

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

/*
 * 服务器端，实现基于UDP的用户登陆
 */
public class UDPServer 
    public static void main(String[] args) throws IOException 
        /*
         * 接收客户端发送的数据
         */
        // 1.创建服务器端DatagramSocket，指定端口
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8800);
        // 2.创建数据报，用于接收客户端发送的数据
        byte[] data = new byte[1024];// 创建字节数组，指定接收的数据包的大小
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length);
        // 3.接收客户端发送的数据
        System.out.println("****服务器端已经启动，等待客户端发送数据");
        socket.receive(packet);// 此方法在接收到数据报之前会一直阻塞
        // 4.读取数据
        String info = new String(data, 0, packet.getLength());
        System.out.println("我是服务器，客户端说：" + info);

        /*
         * 向客户端响应数据
         */
        // 1.定义客户端的地址、端口号、数据
        InetAddress address = packet.getAddress();
        int port = packet.getPort();
        byte[] data2 = "欢迎您!".getBytes();
        // 2.创建数据报，包含响应的数据信息
        DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length, address, port);
        // 3.响应客户端
        socket.send(packet2);
        // 4.关闭资源
        socket.close();
    

客户端：

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;
import java.net.UnknownHostException;

/*
 * 客户端
 */
public class UDPClient 
    public static void main(String[] args) throws IOException 
        /*
         * 向服务器端发送数据
         */
        // 1.定义服务器的地址、端口号、数据
        InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");
        int port = 8800;
        byte[] data = "用户名：admin;密码：123".getBytes();
        // 2.创建数据报，包含发送的数据信息
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, address, port);
        // 3.创建DatagramSocket对象
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
        // 4.向服务器端发送数据报
        socket.send(packet);

        /*
         * 接收服务器端响应的数据
         */
        // 1.创建数据报，用于接收服务器端响应的数据
        byte[] data2 = new byte[1024];
        DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length);
        // 2.接收服务器响应的数据
        socket.receive(packet2);
        // 3.读取数据
        String reply = new String(data2, 0, packet2.getLength());
        System.out.println("我是客户端，服务器说：" + reply);
        // 4.关闭资源
        socket.close();