Java网络编程 - 05 基于UDP协议的网络通信

导读目录

• UDP协议的基础
• 使用DatagramSocket发送、接受数据
• 使用MulticastSocket实现多点广播

1.UDP协议的基础

UDP(User Datagram Protocol, 用户数据报协议)是一中不可靠的网络协议，他在通信实例的两端各建立一个Socket，但这两个Socket之间并没有虚拟链路,它们只是发送和接受数据包的对象。

UDP是面向非连接的协议，即在正式通信之前是不需要与对方先建立连接(即对对方的状态不关心)。
UDP和TCP均位于IP协议之上。

UDP协议的主要作用是完成网络数据流和数据报之间的转换。发送时：将网络数据流封装成数据报，然后将数据报发送出去。接受端：将数据报转换为实际内容

使用DatagramSocket代表基于UDP协议的Socket
使用DatagramPacket代表要发送或接受的数据报

UDP和TCP相比:
(1)TCP协议：可靠，传输大小无限制，但是需要时间建立连接，差错控制开销大
(2)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

2.使用DatagramSocket发送、接受数据

(1)DatagramSocket

DatagramSocket不维护状态，不能产生IO流(前面讲的Socket可以产生IO流),它的唯一所用就是接受和发送数据报(即DatagramPacket对象)

DatagramSocket的构造器
DatagramSocket();//创建的DatagramSocket实例绑定到默认的IP地址和系统随机分配的端口
DatagramSocket(int port);//使用默认的IP和指定的端口
DatagramSocket(int port, InetAddress laddr);//使用指定的IP和端口

DatagramSocket的收发数据报的方法
void receive(DatagramPacket p);//从该DatagramPacket中接受数据报
void send(DatagramPacket p);//以该DatagramPacket对象向外发送数据报

注意：DatagramSocket并知道数据报要发送到哪里，而是由DatagramPacket自身决定数据报的目的地。

(2)DatagramPacket

//创建接受数据一方的DatagramPacket对象
DatagramPacket(byte[] buf, int length);
DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length);

//创建发送数据一方的DatagramPacket对象，因为要往外发，因此是需要传入IP地址和端口号的
DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port);
DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port)

由于服务器端(客户端一样)接收到一个DatagramPacket对象后，它是不知道谁发送过来的，因此可以调用DatagramPacket的如下方法：
(1)InetAddress getAddress();//如果程序准备发送此数据报时，该方法将返回此数据报的目标IP地址；当程序接受到一个数据报时，该方法返回该数据报的来源主机的IP地址
(2)int getPort(); //同上，只是返回的是端口，
(3)SocketAddress getSocketAddress();//同上，只是返回的是SocketAddress, 该对象封装了一个InetAddress对象和代表port的整数

(4)byte[] getData();//返回传入Datagrampacket中的数组
(5)void setData(byte[] buf);//往byte[]数组中装入数据
(6)void setData(byte[] buf, int offset, int length)
(7)int getLength();//返回读入数组中的实际数据的长度

事例
接收端

//创建一个DatagramSocket用于收发DatagramPacket数据报
DatagramSocket dmSocket = new DatagramSocket(3006);
//创建一个用于装载数据的DatagramPacket
byte[] inBuff = new byte[1024];//为了防止放过来的数据比较长，因此将这个字节数组设置的尽量大些
DatagramPacket inPacket = new DatagramPacket(inBuff, inBuff.length);
//准备接受收据报
while(true) {
    dmSocket.receive(inPacket);
    //程序执行到这里时就可以通过inPacket来获取一些关于发送端主机的信息，如IP地址、发送端口号等
    System.out.println(new String(inBuff, 0, inPacket.getLength()));
}

发送端

//创建一个DatagramSocket用于收发DatagramPacket数据报
DatagramSocket dgSocket = new DatagramSocket();
//创建一个用于装载数据的DatagramPacket
byte[] outBuff = "string".getBytes();//将数据装入DatagramPacket中
DatagramPacket outPacket = new DatagramPacket(outBuff, outBuff.length, InetAddress.getLocalHost(), 3006);
//发送数据
dgSocket.send(outPacket);
dgSocket.close();

注意：DatagramSocket只允许数据报发送给指定的目标地址，而MulticastSocket可以将数据报以广播的形式发送到多个客户端

3.使用MulticastSocket实现多点广播

参考博文：http://www.cnblogs.com/mengfanrong/p/3758308.html

(1)MulticastSocket的简洁

DatagramSocket仅仅同意数据报发送给指定的目标地址，而MulticastSocket能够将数据报以广播的方式发送到多个client。 若要使用多点广播，则须要让一个数据报标有一组目标主机地址，当数据报发出后，整个组的全部全部主机都能收到该数据报。IP多点广播（或多点发送）实现了将单一信息发送到多个接受者的广播，其思想是设置一组特殊网络地址作为多点广播地址，每个多点广播地址都被看做一个组，当client须要发送、接收广播信息时，增加到该组就可以。

应用程序仅仅将数据报包发送给组播地址，路由器将确保包被发送到该组播组中的全部主机。

组播地址：称为组播组的一组主机所共享的地址。组播地址的范围在224.0.0.0--- 239.255.255.255之间(都为D类地址 1110开头）。
备注：假设如今有三台机器A、B、C，三台机器IP地址都不一样，A\B为server监听广播消息，C为client发送广播消息，个人理解是将A、B两台机器的MulticastSocket对象绑定在组播地址中的当中一个，然后C client发送消息的组播地址一致，则A、B就行接收C发送的消息。
假设MulticastSocket用于发送信息则使用默认地址和随机port就可以，可是假设用来接收信息，则必需要指定port，否则发送方无法确定发送数据报的目标port。

MulticastSocket既能够将数据报发送到多点广播地址，也能够接收其它主机的广播信息

构造器
MulticastSocket();//使用默认的地址、随机端口来创建MulticastSocket对象，适用于只发不收的情况下
MulticastSocket(int port);//;//使用默认的地址、指定的端口来创建MulticastSocket对象，可发可收
MulticastSocket(SocketAddress bindaddr);//使用指定的地址和端口来创建MulticastSocket对象

方法
(1)joinGroup(InetAddress mcastaddr);//将该MulticastSocket加入指定的多点广播地址
(2)joinGroup(SocketAddress mcastaddr, NetworkInterface netIf);//将该MulticastSocket加入指定的多点广播地址,并指定网络接口
(3)leaveGroup(InetAddress mcastaddr);//让该MulticastSocket离开指定的多点广播地址
(4)leaveGroup(SocketAddress mcastaddr, NetworkInterface netIf);//让该MulticastSocket离开指定的多点广播地址,并指定网络接口
(5)get/setInterface(InetAddress inf);
(6)get/setNetworkInterface(NetworkInterface netIf);//设置/获取该MulticastSocket的网络接口

注：
NetworkInterface 网络接口类
什么是网络接口：网络接口名并非计算机名，而是用于标识物理或逻辑网络接口的名字，通常是由操作系统设置的。网络接口名在大多数操作系统上（包含Windows、Linux和Unix）是以eth开头，后面是网络接口的索引號，从0開始。如本机安了三块网卡，那么网络接口名就依次是eth0、eth1和eth2。每一个网络接口都能够绑定一个ip地址，也能够据此得到设备的MAC地址。
方法：1. Enumeration getInetAddresses()：一个 Enumeration 对象，具有绑定到此网络接口的所有或部分 InetAddress

Java中InetAddress和InetSocketAddress的区别：
在Java中InetAddress和InetSocketAddress看起来很相似，用来描述IP地址和主机名称。当然，它们也支持使用常规方法来检查地址：回环地址、本地地址、组播地址；基本的返回方法：获得IP，获得主机名称等。

重要的是InetSocketAddress包含InetAddress。这意味着，如果我们想对InetSocketAddress中的InetAddress做任何操作，只需要通过getInetAddress()方法获得即可。

对照表
属性 InetAddress InetSocketAddress
描述对象 IP地址 Socket地址（IP地址+端口）
描述 IP和主机对象名称 IP和主机的对象名称，并包括端口号
解决问题 IP到主机名称，主机名称到IP IP到主机名称，主机名称到IP，可以包含端口
获取对象 InetAddress.getLocalhost(); InetSocketAddress.createUnresolved(String, port);
InetAddress.getByName(String);
InetAddress.getByAddress(String);

参考自：http://blog.csdn.net/wo541075754/article/details/66971888

(2)实现多点广播

1.创建MulticastSocket对象
2.将该MulticastSocket增加到指定的多点广播地址:
joinGroup(InetAddress multicastAddr)：将该MulticastSocket增加指定的多点广播地址。
leaveGroup(InetAddress multicastAddr)：让该MulticastSocket离开指定的多点广播地址。
3.创建相关的DatagramPacket,用于接受或发送数据
4.接受或发送数据

import java.net.MulticastSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.DatagramPacket;
import java.io.*;
import java.util.*;
public class MulticastSocketTest implements Runnable {
    
    MulticastSocket mSocket = null;//创建MulticastSocket对象
    byte[] inBuff = new byte[1024];
    DatagramPacket inPacket = null;//创建相关的DatagramPacket,用于接受数据
    public void init() throws IOException { 
        //1.创建MulticastSocket对象
        mSocket = new MulticastSocket(3006);//指定端口号，就可以收发数据
        //2.将该MulticastSocket加入到组播地址中
        InetAddress boradcastAddrss = InetAddress.getByName("230.0.0.1");
        mSocket.joinGroup(boradcastAddrss);
        //设置本MulticastSocket发送的数据报会被回送到自身
        mSocket.setLoopbackMode(false);//true表示不会回送
        //3.创建相关的DatagramPacket,用于接受数据
        inPacket = new DatagramPacket(inBuff, inBuff.length);
    
        //3.创建用于发送数据的DatagramPacket(这个可以在其他类中实现，只是本类设计成了可以进行收发的)
        DatagramPacket outPacket = new DatagramPacket(inBuff, inBuff.length, boradcastAddrss, 3006);
        
        new Thread(this).start();//开启单独的线程用于接受数据
        //下面是为了实现发送数据的逻辑
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        while(sc.hasNextLine()) {
            //将数据转换为byte[]
            byte[] outBuff = sc.nextLine().getBytes();
            //设置发送用的DatagramSocket的数据
            outPacket.setData(outBuff);
            //4.发送数据
            mSocket.send(outPacket);
        }
    }

    public void run() { 
        try{
            while(true) {
                //4.等待接收数据
                mSocket.receive(inPacket);
                System.out.println(new String(inBuff, 0, inPacket.getLength()));
            }
        }catch(IOException ie) {
            ie.printStackTrace();
        }
    }
    //主方法
    public static void main(String[] args) throws IOException{
        new MulticastSocketTest().init();
    }
}