互联网程序设计第六讲

第6讲 UDP套接字程序设计

完成日期：2018.10.31
GitHub：https://github.com/fyinh/network_programming_course/tree/master/ch06

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教学与实践目的：学会使用UDP套接字来实现网络应用程序设计。

UDP通信特点:
(1) UDP有别于TCP，有自己独立的套接字(IP+PORT)，它们的端口号不冲突；
(2) UDP 通信前通常[不]需要连接；
(3) 基于用户数据报文（包）读写；
(4) UDP通信一般用于线路质量好的环境，如局域网内。
几个关键的Java类：DatagramSocket，DatagramPacket，MulticastSocket。

1. 程序设计第一步：创建UDPClient.java程序

  UDPClient.java源程序见附录1。
（1）UDP套接字类: DatagramSocket
  不像TCP通信有客户套接字Socket和服务器套接字ServerSocket两种，而UDP套接字只有一种DatagramSocket，不区分客户套接字和服务器套接字。
UDP套接字的两个重要方法是：
  发送网络数据用：

DatagramSocket.send(packet)； //发送一个数据包

  接收网络数据用：

DatagramSocket.receiver(packet)；//接收一个数据包`

  其中packet属于 DatagramPacket报文类的一个实例对象，用户数据封装在packet中。

（2）UDP数据报文类:DatagramPacket。
  TCP发送数据是基于字节流的，而UDP发送数据是基于报文DatagramPacket，网络中传递的UDP数据都要封装在报文中。
报文类的两个重要方法是：

Byte[] b=DatagramPacket.getData（）；//从报文中取数据
DatagramPacket.setData（String msg）；//往报文中填充数据

2. 程序设计第二步：创建UDPClientJFrame.java程序

  用户界面如下图所示。

演示过程：
（1）在“连接”按钮中实例化UDPClient对象，并启动接收信息的“读线程”；
（2）在“发送”按钮中设置发送信息的动作代码；
（3）在“退出”按钮中设置退出程序运行代码。
（4）验证和服务器通话。

3. 程序设计第三步：创建UDPServer.java程序

  根据UDPClient.java程序，创建对应的UDPServer服务器程序。服务器程序的功能是接收用户信息，并能自动返回用户信息。

4. 程序设计进阶之一：组播程序设计(源程序见附录2)

  组播是指在一群用户范围内发送和接收信息，该信息具有共享性。UDP具有组播功能，而TCP不具有。
  组播地址的格式为：224...*，比如：224.1.10.10。组播地址号唯一标示一群用户（一定网络范围内，仅限于局域网络内或有些自治系统内支持组播）。

组播套接字类:MulticastSocket及其几个重要的方法：
（1）路由器、交换机一般只转发和终端机一致IP地址和广播地址数据，终端机如何知道要接收组内信息？要先声明加入或退出某一组播组，其方法是：

MulticastSocket  ms=new MulticastSocket(8900);
ms.joinGroup(groupIP)；//加入groupIP组
//作用：告知自己的网络层该IP地址的包要收；
//转告上联的路由器这样的IP地址包要转发。
ms.leaveGroup(groupIP);//退出groupIP组

（2）组内接收和发送信息的方法同UDP单播，其方法是：
ms.send(packet)；
ms.receiver(packet).
（3）独立完成组播程序MulticastQQ.java和MulticastQQJFrame.java,组播套接字为：[224.0.1.8:8900]，在组内发言要求以“201********* 姓名*”为信息头。其效果如下图所示，要求每位同学都能看到组内其他同学的留言。

5．程序设计进阶之二：基于UDP技术实现一个通用聊天软件

  要求支持用户验证、在线提示、单人及群组聊天等。

附录：
一、 UDP客户端程序

public class UDPClient {
    private int remotePort;
    private InetAddress  remoteIP;
    private DatagramSocket socket; //UDP套接字 
    
    public UDPClient(String ip, String port) throws IOException{
        this.remotePort=Integer.parseInt(port);
        this.remoteIP=InetAddress.getByName(ip);
     
        //创建一个UDP套接字，与本地任意一个未使用的UDP端口绑定
        socket=new DatagramSocket(); 
        //与本地一个固定的UDP端口绑定
        //socket=new DatagramSocket(9000);
    }
    
    //定义一个数据的发送方法。
    public void send(String msg){
        try {
            byte[] outputData = msg.getBytes("GB2312");
            //构建一个数据报文。
            DatagramPacket outputPacket;
            outputPacket = new DatagramPacket(outputData,outputData.length,remoteIP,remotePort);
            socket.send(outputPacket); //给UDPServer发送数据报
        } catch (IOException ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
    }
        
    //定义一个数据的接收方法。
    public String receive(){//throws IOException{
        String msg;
        //先准备一个空数据报文
        DatagramPacket inputPacket = new DatagramPacket(new byte[512],512);
        try{
            //阻塞语句，有数据就装包，以装完或装满为此.
            socket.receive(inputPacket);
            //从报文中取出字节数据并装饰成字符。
            msg = new String(inputPacket.getData(),0,inputPacket.getLength(),"GB2312");
        }catch(IOException ex){
            msg = null;
        }
        return msg;
    }
    
    public void close(){
        if(socket != null){
            socket.close();//释放本地接口
        }
    }   
}

二、组播程序

public class MulticastQQ {
    InetAddress groupIP;// = InetAddress.getByName("224.0.1.8");
    int port = 8900;
    MulticastSocket ms = null; //组播套接字
    
    byte[] inBuff;
    byte[] outBuff;
    
    public MulticastQQ() throws IOException
    {
        groupIP = InetAddress.getByName("224.0.1.8");
        
        ms = new MulticastSocket(port); //开启一个组播端口(UDP端口)
        ms.joinGroup(groupIP); //告诉网卡这样的IP地址数据包要接收
        
        inBuff = new byte[1024];
        outBuff = new byte[1024];
    }
    
    public void send(String msg)
    {
        try
        {
            outBuff = ("20121000000老师 : " + msg).getBytes("GBK");
            DatagramPacket outdp = new DatagramPacket(outBuff, outBuff.length, groupIP, port);
            ms.send(outdp);
        }catch(Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    public String receive()
    {
        try
        {
            DatagramPacket indp = new DatagramPacket(inBuff,inBuff.length);
            
            ms.receive(indp);
            String msg = new String(indp.getData(), 0, indp.getLength(), "GBK");
            return indp.getAddress() + "--->" + msg;
                
        }catch(Exception e)
        {
            return null;
           // e.printStackTrace();
        }
    }
    
    public void close()
    {
        try
        {
            ms.leaveGroup(groupIP);
            ms.close();
            
        }catch(Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}