Server端和Client端常见的通信方式TCP/IP和UDP

一、前提知识

1）网络编程主要包括两种通信方式：TCP/IP通信和UDP通信；前者是属于可靠地，端到端的字节流通信协议；后者是一种不可靠的连接。

2）Socket:两台机器建立一个双向的网络连接实现数据交换，这个双向链路的一端称为一个Socket；

     Socket编程是网络编程所必须经历的，根据TCP协议和UDP协议的不同，在网络编程方面就有面向两个协议的不同socket，一个是面向字节流（TCP）的一个是面向报文(UDP)的。

二、以java为例介绍Socket编程

1）Socket类
Socket类实现了一个客户端socket，作为两台机器通信的终端，默认采用的传输层协议为TCP，是一个可靠传输的协议。Socket类除了构造函数返回一个socket外，还提供了connect, getOutputStream, getInputStream和close方法。connect方法用于请求一个socket连接，getOutputStream用于获得写socket的输出流，getInputStream用于获得读socket的输入流，close方法用于关闭一个流。

2）DatagramSocket类
DatagramSocket类实现了一个发送和接收数据报的socket，传输层协议使用UDP，不能保证数据报的可靠传输。DataGramSocket主要有send, receive和close三个方法。send用于发送一个数据报，Java提供了DatagramPacket对象用来表达一个数据报。receive用于接收一个数据报，调用该方法后，一直阻塞接收到直到数据报或者超时。close是关闭一个socket。
3）ServerSocket类
ServerSocket类实现了一个服务器socket，一个服务器socket等待客户端网络请求，然后基于这些请求执行操作，并返回给请求者一个结果。ServerSocket提供了bind、accept和close三个方法。bind方法为ServerSocket绑定一个IP地址和端口，并开始监听该端口。accept方法为ServerSocket接受请求并返回一个Socket对象，accept方法调用后，将一直阻塞直到有请求到达。close方法关闭一个ServerSocket对象。
4）SocketAddress
SocketAddress提供了一个socket地址，不关心传输层协议。这是一个虚类，由子类来具体实现功能、绑定传输协议。它提供了一个不可变的对象，被socket用来绑定、连接或者返回数值。
5）InetSocketAddress
InetSocketAddress实现了IP地址的SocketAddress，也就是有IP地址和端口号表达Socket地址。如果不制定具体的IP地址和端口号，那么IP地址默认为本机地址，端口号随机选择一个。
6）DatagramPacket
DatagramSocket是面向数据报socket通信的一个可选通道。数据报通道不是对网络数据报socket通信的完全抽象。socket通信的控制由DatagramSocket对象实现。DatagramPacket需要与DatagramSocket配合使用才能完成基于数据报的socket通信。

三、不同通信协议下Server端和Client端所进行操作的步骤

1）TCP/IP协议下Server端常见的操作步骤：

 1- 构建一个ServerSocket实例，指定本地的端口。这个socket就是用来监听指定端口的连接请求的。

   2-重复如下几个步骤：

    a. 调用socket的accept()方法来获得下面客户端的连接请求。通过accept()方法返回的socket实例，建立了一个和客户端的新连接。

    b.通过这个返回的socket实例获取InputStream和OutputStream,可以通过这两个stream来分别读和写数据。

    c.结束的时候调用socket实例的close()方法关闭socket连接。

   3-常见的代码：

1. //1. 构造ServerSocket实例，指定服务端口。  
2. ServerSocket servSock = new ServerSocket(servPort); 
3. while(true)  
4. {  
5.        // 2.调用accept方法，建立和客户端的连接  
6.            Socket clntSock = servSock.accept();  
7.            SocketAddress clientAddress =      
8.                 clntSock.getRemoteSocketAddress();  
9.            System.out.println("Handling client at " + clientAddress);  
10.   
11.         // 3. 获取连接的InputStream,OutputStream来进行数据读写  
12.             InputStream in = clntSock.getInputStream();  
13.             OutputStream out = clntSock.getOutputStream();  
14.   
15.             while((recvMsgSize = in.read(receiveBuf)) != -1)  
16.             {  
17.                 out.write(receiveBuf, 0, recvMsgSize);  
18.             }     
19.         // 4.操作结束，关闭socket.  
20.             clntSock.close();  
21. }    

2）TCP/IP协议下Client端常见的操作步骤：

 1-构建Socket实例，通过指定的远程服务器地址和端口来建立连接。

  2-通过Socket实例包含的InputStream和OutputStream来进行数据的读写。

  3-操作结束后调用socket实例的close方法，关闭。

  4-常见的代码：

1. // 1.根据指定的server地址和端口，建立socket连接。  
2. Socket socket = new Socket(server, servPort); 
3. // 2. 根据socket实例获取InputStream, OutputStream进行数据读写。  
4. InputStream in = socket.getInputStream();  
5. OutputStream out = socket.getOutputStream();  
6. out.write(data);  
7. //3.操作结束，关闭socket.  
8. socket.close();

3）UDP协议下Server端常见的操作步骤：

 1- 构造DatagramSocket实例，指定本地端口。

 2- 通过DatagramSocket实例的receive方法接收DatagramPacket，DatagramPacket中间就包含了通信的内容。

 3-通过DatagramSocket的send和receive方法来收和发DatagramPacket.

  4-常见代码：

1. // 1. 构建DatagramSocket实例，指定本地端口。  
2. DatagramSocket socket = new DatagramSocket(servPort);  
3.   
4. // 2. 构建需要收发的DatagramPacket报文  
5. DatagramPacket packet = new DatagramPacket(new byte[ECHOMAX], ECHOMAX);  
6.   
7. while(true)  
8. {  
9.     // 3. 收报文  
10.     socket.receive(packet);  
11.     System.out.println("Handling client at " + packet.getAddress().getHostAddress()  
12.         + " on port " + packet.getPort());  
13.     // 4. 发报文  
14.     socket.send(packet);  
15.     packet.setLength(ECHOMAX);  
16. }

4） UDP协议下 Client端常见的操作：

 1-构造DatagramSocket实例。

 2-通过DatagramSocket实例的send和receive方法发送DatagramPacket报文。

 3-结束后，调用DatagramSocket的close方法关闭。

 5-典型的代码：

1. // 1. 构造UDP DatagramSocket对象  
2. DatagramSocket socket = new DatagramSocket(); 
3. 
   
4. // 2指定timeout时间，防止进入无限等待状态  
5. socket.setSoTimeout(TIMEOUT); 
6.  
7. // 3. 构造收发的报文对象  
8. DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(bytesToSend,  
9.     bytesToSend.length, serverAddress, servPort);  
10. DatagramPacket receivePacket =  
11.     new DatagramPacket(new byte[bytesToSend.length], bytesToSend.length);  
12.   
13. // 4.指定尝试的次数  
14. int tries = 0;  
15. boolean receivedResponse = false;  
16.  do  
17. {  
18.     socket.send(sendPacket);  
19.     try  
20.     {  
21.         socket.receive(receivePacket);  
22.    
23.         if(!receivePacket.getAddress().equals(serverAddress))  
24.         {  
25.             throw new IOException("Received packet from an unknown source");  
26.         }  
27.         receivedResponse = true;  
28.     }  
29.     catch(InterruptedIOException e)  
30.     {  
31.         tries += 1;  
32.         System.out.println("Timed out, " + (MAXTRIES - tries) + "");  
33.     }  
34. }while((!receivedResponse) && (tries < MAXTRIES));  
35.   
36. // 根据是否接收到报文进行反馈  
37. if(receivedResponse)  
38. {  
39.     System.out.println("Received: " + new String(receivePacket.getData()));  
40. }  
41. else  
42. {  
43.     System.out.println("No response -- giving up.");  
44. }  
45.   
46. // 5. 关闭socket  
47. socket.close();