Socket网络编程学习笔记 UDP的定义API单播广播多播

Posted 2022-02-22 鮀城小帅

1. UDP定义

UDP（User Datagram Protocol，缩写为UDP），是一种用户数据报协议，又成用户数据报文协议。

它是一个简单的面向数据报的传输层协议，正式规范为RFC 768，是用户数据协议，也是非连接协议。（TCP是连接协议）

UDP是不可靠的，它一旦把应用程序发给网络层的数据发送出去，就不保留数据备份。UDP在IP数据报的头部仅仅加入了复用和数据校验（字段）。

UDP的数据传输方式，发送端生产数据，接收端从网络中抓取数据。

UDP的特点，具有结构简单、无校验、速度快、容易丢包、可广播。

2. UDP的用途

（1）可作为DNS、TFTP、SNMP。

（2）可用于视频、音频、普通数据的传输。

3. UDP报文

UDP报文头

UDP的报文头长度，如上图，第二行、第三行分别为32个bit的长度，总共为64位。0~15存储发送源的数据，16~31存储的是接受者的数据。32~47存储的是字节的长度。48~63存储的是头部与数据的校验字段。

UDP包最大长度

可存储 16位 -> 2字节长度的信息；即 2^16-1 = 64k-1 = 65536-1=65535。但由于自身协议占用了：32+32位 = 64位 = 8字节，所以UDP分包后最大的一次传输数据大小为: 65535-8= 65507byte。

4. API

（1） DatagramSocket

这是用于接收与发送UDP的类，主要作用是负责发送某一个UDP包，或者接收UDP包。注意，UDP的API并没有合并到Socket API中。

• DatagramSocket()     创建简单实例，不指定端口和IP
• DatagramSocket(int port)     创建监听固定端口的实例
• DatagramSocket(int port, InetAddress localAddr)    创建固定端口指定IP的实例
• receive( DatagramSocket d) : 接收
• send(DatagramSocket d) : 发送
• setSoTimeout(int timeout): 设置超时，毫秒
• close(） : 关闭、释放资源

（2）DatagramPacket

其主要用于处理报文。即将 byte 数组、目标地址、目标端口等数据包装成报文或者将报文拆卸成 byte 数组。它既是UDP的发送实体，也是接收实体。

• DatagramPacket(byte[] buf,int offset, int length, InetAddress address, int port)  前面3个参数指定 buf 的使用区间，后面两个参数指定目标机器地址与端口
• DatagramPacket(byte[] buf,int length, SocketAddress address)   前面3个参数指定 buf 的使用区间， SocketAddress 相当于 InetAddress+Port
• setData(byte[] buf, int offset, int length)  指定 buf 中有效的那部分数据
• setData(byte[] buf)   不指定有效长度，从0开始
• setLength(int length)  单独设置 buf 有效的区间有多长
• getData() 、getOffset()、 getLength()   data、offset、length的返回
• setAddress( InetAddress iaddr) 、setPort(int iport) 设置目标的地址和端口
• getAddress()、getPort()   返回目标的地址和端口
• setSocketAddress(SocketAddress address)   SocketAddress 相当于 InetAddress+Port
• getSocketAddress() 

5.UDP单播、多播、广播

所谓单播，就是两台电脑之间进行点对点的传输数据，这两台电脑之间传输数据的整个过程，是不为其他电脑（主机）所感知的。

所谓多播，也可以叫组播。是同时给一组设备发送信息。

所谓广播，就是给所有的设备都发送信息。比如：给局域网内的所有设备都发送相同的数据。

三种方式的区别主要是在IP地址上，其IP地址类别如下：

6. 广播地址

（1）受限的广播地址：  255.255.255.255 ，该地址只能被局域网内的设备主动去接收到。

（2）C网广播地址一般为： XXX.XXX.XXX.255(192.168.1.255)

（3）D类IP地址为多播预留

7. 网络信息

上图中的 Subnet Mask也就是子网掩码可知，当前网络数据C类IP地址。

8. IP地址构成

一个ip地址是由4个比特，也就是32个字节长度，即一个 int值所构成。

9.广播地址运算

• 比如IP地址为： 192.168.124.7，
• 子网掩码就是： 255.255.255.0，由IP地址可知为C类IP地址，从而得出子网掩码
• 网络地址为 192.168.124.0 ，用子网掩码与IP地址进行与运算可得出网络地址
• 广播地址为： 192.168.124.255，由 255.255.255.0 的最后一位可知其最后一个字节全是0，最大可为255，也就是广播地址为 192.168.124. xxx  的 xxx=255。
• 如果子网掩码不为255.255.255.0，比如： 子网掩码为 ： 255.255.255.192，那么广播地址就是 192.168.124.63.
• 广播地址运算方式为：
  •  255.255.255.192 -> 11111111.11111111.11111111.11000000
  • 可划分网段： 2^2 = 4个 (两个1)
  • 0~63（4个字节长度）、64~127、128~191、 192~255
  • 所以广播地址最后一位不一定是255

10. 广播通信问题

主机一： 192.168.124.7，子网掩码： 255.255.255.192

主机二： 192.168.124.100，子网掩码：255.255.255.192

主机一广播地址： 192.168.124.63

主机二广播地址： 192.168.124.127

上述的两个广播地址之间是无法互通的。