基于UDP协议的网络编程

Posted 2022-09-03 hjlin

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了基于UDP协议的网络编程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

UDP协议基础：

　UDP(User Datagram Protocol)协议，是用户数据报协议，主要用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络连接。它是一种面向非连接的协议，面向非连接指的是双方在正式通信前不必于对方先建立连接关系，不管对方状态就直接发送。至于对方是否可以接收到这些数据内容，UDP协议无法控制。因此UDP协议是一种不可靠的协议，适用于一次只传送少量数据，对可靠性要求不高的应用环境。

　UDP协议直接位于IP协议之上，和TCP协议一样输入传输层协议。

　UDP协议与TCP协议的简单对比：

　　TCP协议：可靠，传输大小无限制，但是需要连接建立时间，差错控制开销大

　　UDP协议：不可靠，差错控制开销小，传输大小限制在64KB以下，不需要建立连接。

使用DatagramSocket 发送，接收数据：

　　JAVA使用DatagramSocket代表UDP协议的Socket，它的唯一作用是接收和发送数据报。

　　构造方法如下：

　　　　DatagramSocket(): 创建一个DatagramSocket实例，并将对象绑定到本地计算机默认的IP地址，本机所有可用端口中随机选择某个端口

　　　　DatagramSocket(int port) :创建一个指定端口，本机默认IP地址的DatagramSocket实例

　　　　DatagramSocket(int port,InetAddress laddr):创建一个指定ip地址，指定端口的DatagramSocket实例

　　DatagramSocket主要方法：

　　　　receive(DatagramPacket p):从该DatagramSocket对象接收数据报

　　　　send(DatagramPacket p):以该DatagramSocket对象向外发送数据报

DatagramPacket：

　　构造方法如下：

　　　　DatagramPakcet(byte[] buf,int length):以一个空数组来创建DatagramPacket对象，该对象的作用是接收DatagramSocket中的数据放入buf中，最多放入length个字节。

　　　　DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress addr,int port): 以一个包含数据的数组来创建DatagramPacket发送对象，创建该DatagramPacket对象时还指定了IP指定和端口---这就决定了该数据包的目的地。

　　　　DatagramPacket(byte[] buf,int offset,int length): 以一个空数组来创建DatagramPacket对象，并指定接收到的数据放入buf数组中从offset开始，最多放length个字节。

　　　　DatagramPacket(byte[] buf,int offset,int length,InetAddress addr,int port)：创建DatagramPacket发送对象，指定发送buf数组中从offset开始，总共length字节的数组。

　　当接收端接收到了一个DatagramPacket对象后，相向该数据报的发送者”反馈“一些信息，但由于UDP协议是面向非连接的，所以接收者并不知道每个数据报由谁发送过来的，但程序可以调用DatagramPacket的如下方法来获取发送者的IP地址和端口

　　　1. InetAddress getAddress(): 当程序准备发送此数据报时，该方法返回此数据报对应目标机器的IP地址；当程序刚收到一份数据报时，该该方法返回该数据报发送者的IP地址。

　　　2. int getPort(): 与getAddress类似，不过getAddress返回的是IP地址，而getPort返回的是端口.

　　　3. SocketAddress getSocketAddress(): 与getAddress类型，不过getSocketAddress()返回的是SocketAddress对象。该对象实际上就是一个IP地址和一个端口号。

尽管UDP协议没有明确的区分服务端和客户端，事实上，我们通常将固定ip以及固定端口的DatagramSocket对象所在的程序被成为服务端，因为该DatagramSocket可以主动接收客户端数据。

以下代码使用DatagramSocket实现UDP协议通信

通信实体1 ，用于接收其他通信实体的数据报，以及对发送数据报的目的地址反馈

class UDPServer
    public static final int PORT = 30000;
    //定义每个数据报的大小最大为4KB
    public static final int DATA_LEN = 4096;
    //定义接收网络数据的字节数组
    byte[] inBuff = new byte[DATA_LEN];
    //以指定字节数组创建准备接收数据的DatagramPacket对象
    private DatagramPacket inPacket = new DatagramPacket(inBuff,inBuff.length);
    //定义一个用于发送的DatagramPacket
    private DatagramPacket outPacket;
    //定义一个字符串数组，服务端发送该数组的元素
    String[] books = new String[]"book_1","book_2","book_3","book_4";
    public void init()
        try 
            //创建DatagramSocket对象
            DatagramSocket socket  = new DatagramSocket(PORT);
            //采用循环接收数据
            for(int i=0;i<1000;i++)
                //读取Socket中的数据，读到的数据放入inPacket封装的数组里
                socket.receive(inPacket);
                //判断inPacket.getData()和inBuff是否是同一数组
                System.out.println(inBuff == inPacket.getData());
                //将接收到的内容转换成字符串后输出
                System.out.println(new String(inBuff,0,inPacket.getLength()));
                //从字符串数组中取出一个元素作为发送数据
                byte[] sendData = books[i%4].getBytes();
                /**
                 * 以指定的字节数组作为发送数据，
                 * 以刚接收到的DatagramPacket的源SocketAddress作为目标SocketAddress创建DatagramPacket
                 * */
                outPacket = new DatagramPacket(sendData,sendData.length,inPacket.getSocketAddress());
                socket.send(outPacket);
            
         catch (Exception e) 
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        
    


public class Net
　　public static void main(String[] args)
            //UDP协议
            System.out.println("启动通信实体(服务端)");
            new UDPServer().init();

通信实体2，用于对指定ip以及指定端口号的通信实体进行发送数据报，并接收来自指定IP地址和端口号的反馈数据报

class UDPClient
    //定义发送数组的目的地(ip地址与端口)
    public static final int DEST_ROPT = 30000;
    public static final String DEST_IP = "127.0.0.1";
    //定义每一个发送数据的大小，为4KB
    private static final int DATA_LEN = 4096;
    byte[] inBuff = new byte[DATA_LEN];
    //以指定字节数组创建准备接收数据的DatagramPacket对象
    private DatagramPacket inPacket = new DatagramPacket(inBuff,inBuff.length);
    //定义一个用于发送的DatagramPacket
    private DatagramPacket outPacket = null;

    public void init()
        try 
            //创建一个DatagramSocket,使用随机端口
            DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();
            //初始化发送用的DatagramPacket,它包含一个长度为0的字节数组，指定端口与IP地址
            outPacket =new DatagramPacket(new byte[0],0,InetAddress.getByName(DEST_IP),DEST_ROPT);
            //创建键盘输入流
            Scanner scan = new Scanner(System.in);
            //不断地读取键盘输入
            while(scan.hasNextLine())
                //将键盘输入的一行字符串转成字节数组
                byte[] sendByte =scan.nextLine().getBytes();
                //设置发送用的DatagramPacket对象
                outPacket.setData(sendByte);
                //发送数据报
                datagramSocket.send(outPacket);
                //读取Socket中的数据，读的数据放入在inPacket所封装的字节数组中
                datagramSocket.receive(inPacket);
                //打印数据
                System.out.println(new String(inBuff,0,inPacket.getLength()));
            
         catch (Exception e) 
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        
    

public class MyClient 
　　public static void main(String[] args)
            System.out.println("启动通信实体(客户端)");
        new UDPClient().init();

运行通信实体1，以及运行多个通信实体2,并在多个通信实体2控制台中输入字符串，通信实体1控制台会打印接收来自各个不同通信实体2的数据，同时各个通信实体2也会收到来自通信实体的反馈。

使用MulticastSocket实现多点发送（多点广播）

在上述程序中，我们可以看到通信实体1对应着多个通信实体2，并且单个通信实体2发送数据给通信实体1，是不会让其他通信实体2所得知的。倘若我们想让所有的通信实体2知道某个通信实体发送给通信实体1的数据，我们可以通过JAVA的MulticastSocket类来实现。

　MulticastSocket：该类是DatagramSocket的子类，作用是可以将数据报以广播方式发送到多个通信实体。若要使用多点发送(多点广播)，则需要让一个数据报标有一组目标主机地址，当数据报发出后，整个组的所有主机都能收到该数据报，不仅如此，MulticastSocket既可以接收广播也可以发送广播。

　IP多点发送(多点广播)实现了将单一信息发送到多个通信实体(接收者)，其思想是设置一组特殊网络地址作为多点广播地址，每一个多点广播地址都被看做一个组，通信实体需要在发送或者接收广播信息之前，加入到该组即可。同时IP协议为多点广播提供了这批特殊的IP地址，这些IP地址的范围是224.0.0.0 至 239.255.255.255，如下示意图：

　　技术图片