关于java:Socket-UDP快速入门

Socket – UDP 疾速入门

UDP 是什么

• 英语：User Datagram Protocol，缩写为 UDP。
• 一种 用户数据报协定 ，又称 用户数据报文协定。
• 是一个简略的 面向数据报 的传输层 协定，正式标准为 RFC 768。
• 用户数据协定、非连贯协定。

为什么 UDP 是不牢靠的

• 它一旦把应用程序发给网络层的数据发送进来，就不保留数据备份。
• UDP 在 IP 数据报的头部仅仅退出了复用和数据校验字段。
• 发送端生产数据，接收端从网络中抓取数据。
• 构造简略、无校验、速度快、容易丢包、可播送。

UDP 能做什么

UDP 是面向音讯的协定，通信时不须要建设连贯，数据的传输天然是不牢靠的，UDP 个别用于多点通信和实时的数据业务，比方：

• 语音播送
• 视频
• QQ
• TFTP(简略文件传送）
• SNMP（简略网络管理协定）
• RIP（路由信息协定，如报告股票市场，航空信息）
• DNS(域名解释）
• 重视速度晦涩

UDP 操作简略，而且仅须要较少的监护，因而通常用于局域网高可靠性的分散系统中 client/server 应用程序。例如视频会议零碎，并不要求音频视频数据相对的正确，只有保障连贯性就能够了，这种状况下显然应用 UDP 会更正当一些。

UDP 通信模型

UDP 通信模型中，在通信开始之前，不须要建设相干的链接，只须要发送数据即可，相似于生存中，” 写信 ””

外围 API 解说

DatagramSocket

• 用于接管与发送 UDP 的类。
• 负责发送某一个 UDP 包，或者承受 UDP 包。
• 不同于 TCP，UDP 并没有合并到 Socket API 中。
• DatagramSocket() 创立简略实例，不指定端口与 IP。
• DatagramSocket(int port)：创立监听固定端口的实例。
• DatagramSocket(int port , InetAddress localAddr)：创立固定端口指定 IP 的实例。
• receive(DatagramPacket d)：接管。
• send(DatagramPacket d)：发送。
• setSoTimeout(int timeout)：设置超时工夫，毫秒。
• close()：敞开，开释资源。

DatagramPacket

• 用于解决报文
• 将 byte 数组、指标地址、指标端口等数据包装成报文或者将报文装配成 byte 数组。
• DatagramPacket 是 UDP 的发送实体，也是承受实体。
• DatagramPacket(byte[] buf , int offset , int length , InetAddress address , int port )：指定 byte 数组和应用区间，后两个指定指标机器地址与端口。
• DatagramPacket(byte[] buf , int length , SocketAddress address)：SocketAddress 相当于 InetAddress + Port。
• setData(byte[] buf , int offset , int length)：传入 byte 数据和长度信息。
• setData(byte buf)：传入整个 byte 数组的信息。
• seLength(int length)：设置无效区间。
• getData()、getOffset()、getLength()：返回对应上述信息。
• setAddress(InetAddress addr)：指标地址。
• setPort(int port)：指标端口。
• 对应的 getAddress()、getPort()。
• setSocketAddress(SocketAddress address)：传入 InetAddress + Port。
• getSocketAddress()：获取 socket 地址。

UDP 单播、播送、多播

• 单播：用于两个主机之间的端对端通信。
• 播送：用于一个主机对整个局域网上所有的主机上的数据通信。
• 多播：对一组特定的主机进行通信，而不是整个局域网上的所有主机。

IP 地址

• A 类：前 8 位示意网络 ID，后 24 位示意主机 ID；该地址调配给政府机关单位应用。
• B 类：前 16 位示意网络 ID，后 16 位示意主机 ID；该地址调配给中等规模的企业应用。
• C 类：前 24 位示意网络 ID，后 8 位示意主机 ID；该地址调配给任何须要的人应用。
• D 类：不分网络 ID 和主机 ID；该地址用于多播。
• E 类：不分网络 ID 和主机 ID；该地址用于试验。

地址辨别

IP 地址被分类当前，如何判断一个 IP 地址是 A 类、B 类还是 C 类地址呢？为了更好地进行辨别，将每类地址的结尾局部设置为固定数值。如下：

从图中能够看出，每类 IP 地址都是以 32 位的二进制格局显示的，每类地址的区别如下：

• A 类：网络 ID 的第一位以 0 开始的地址。
• B 类：网络 ID 的第一位以 10 开始的地址。
• C 类：网络 ID 的第一位以 110 开始的地址。
• D 类：地址以 1110 开始的地址。
• E 类：地址以 11110 开始的地址。

地址范畴

因为每类地址的结尾是固定的，因而每类地址都有本人的范畴：

• A 类：IP 地址范畴为 0.0.0.0～127.255.255.255。
• B 类：IP 地址范畴为 128.0.0.0～191.255.255.255。
• C 类：IP 地址范畴为 192.0.0.0～223.255.255.255。
• D 类：IP 地址范畴为 224.0.0.0～239.255.255.255。
• E 类：IP 地址范畴为 240.0.0.0～255.255.255.254。

播送地址

• 255.255.255.255 为受限播送地址，如果向该地址的 2000 端口号发送一个信息，其实只有局域网内的设施可能收到。
• C 网播送地址个别为：XXX.XXX.XXX.255（192.168.1.255）。
• D 类地址个别为多播预留。

IP 地址形成

IP 地址形成是应用短整型来存储的。一共四位，也就是一个 int 值。

局域网搜寻代码案例

/**
 * 
 * 音讯构建
 * @author Jack
 */
public class MessageCreator {
    private static final String SN_HEADER = "收到暗号，我是（SN）:";
    private static final String PORT_HEADER = "这是暗号，请回电端口（Port）:";

    public static String buildWithPort(int port) {return PORT_HEADER + port;}

    public static int parsePort(String data) {if (data.startsWith(PORT_HEADER)) {return Integer.parseInt(data.substring(PORT_HEADER.length()));
        }
        return -1;
    }

    public static String buildWithSn(String sn) {return SN_HEADER + sn;}

    public static String parseSn(String data) {if (data.startsWith(SN_HEADER)) {return data.substring(SN_HEADER.length());
        }
        return null;
    }
}

/**
 * UDP 提供者，用于提供服务
 * @author Jack
 */
public class UDPProvider {public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 生成一份惟一标示
        String sn = UUID.randomUUID().toString();
        Provider provider = new Provider(sn);
        provider.start();
        // 读取任意键盘信息后能够退出
        System.in.read();
        provider.exit();}

    private static class Provider extends Thread {
        private final String sn;
        private boolean done = false;
        private DatagramSocket ds = null;

        public Provider(String sn) {this.sn = sn;}

        @Override
        public void run() {System.out.println("UDPProvider Started.");
            try {
                // 监听 20000 端口
                ds = new DatagramSocket(20000);
                while (!done) {
                    // 构建接管实体
                    final byte[] buf = new byte[512];
                    DatagramPacket receivePack = new DatagramPacket(buf, buf.length);
                    // 接管
                    ds.receive(receivePack);
                    // 打印接管到的信息与发送者的信息
                    // 发送者的 IP 地址
                    String ip = receivePack.getAddress().getHostAddress();
                    int port = receivePack.getPort();
                    int dataLen = receivePack.getLength();
                    String data = new String(receivePack.getData(), 0, dataLen);
                    System.out.println("UDPProvider receive form ip:" + ip + ", port:" + port + ", data:" + data);
                    // 解析端口号
                    int responsePort = MessageCreator.parsePort(data);
                    if (responsePort != -1) {
                        // 构建一份回送数据
                        String responseData = MessageCreator.buildWithSn(sn);
                        byte[] responseDataBytes = responseData.getBytes();
                        // 间接依据发送者构建一份回送信息
                        DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(responseDataBytes, responseDataBytes.length, receivePack.getAddress(), responsePort);
                        ds.send(responsePacket);
                    }
                }
            } catch (Exception ignored) { } finally {close();
            }
            // 实现
            System.out.println("UDPProvider Finished.");
        }


        private void close() {if (ds != null) {ds.close();
                ds = null;
            }
        }

        /**
         * 提供完结
         */
        void exit() {
            done = true;
            close();}
    }
}

/**
 * UDP 搜寻者，用于搜寻服务反对方
 * @author Jack
 */
public class UDPSearcher {
    private static final int LISTEN_PORT = 30000;

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {System.out.println("UDPSearcher Started.");
        Listener listener = listen();
        sendBroadcast();
        System.in.read();
        List<Device> devices = listener.getDevicesAndClose();
        for (Device device : devices) {System.out.println("Device:" + device.toString());
        }
        // 实现
        System.out.println("UDPSearcher Finished.");
    }

    private static Listener listen() throws InterruptedException {System.out.println("UDPSearcher start listen.");
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
        Listener listener = new Listener(LISTEN_PORT, countDownLatch);
        listener.start();
        countDownLatch.await();
        return listener;
    }

    private static void sendBroadcast() throws IOException {System.out.println("UDPSearcher sendBroadcast started.");
        // 作为搜寻方，让零碎主动调配端口
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        // 构建一份申请数据
        String requestData = MessageCreator.buildWithPort(LISTEN_PORT);
        byte[] requestDataBytes = requestData.getBytes();
        // 间接构建 packet
        DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(requestDataBytes,
                requestDataBytes.length);
        // 20000 端口, 播送地址
        requestPacket.setAddress(InetAddress.getByName("255.255.255.255"));
        requestPacket.setPort(20000);
        // 发送
        ds.send(requestPacket);
        ds.close();
        // 实现
        System.out.println("UDPSearcher sendBroadcast finished.");
    }

    private static class Device {
        final int port;
        final String ip;
        final String sn;

        private Device(int port, String ip, String sn) {
            this.port = port;
            this.ip = ip;
            this.sn = sn;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "Device{" +
                    "port=" + port +
                    ", ip='" + ip + '\'' +
                    ", sn='" + sn + '\'' +
                    '}';
        }
    }

    private static class Listener extends Thread {
        private final int listenPort;
        private final CountDownLatch countDownLatch;
        private final List<Device> devices = new ArrayList<>();
        private boolean done = false;
        private DatagramSocket ds = null;

        public Listener(int listenPort, CountDownLatch countDownLatch) {
            this.listenPort = listenPort;
            this.countDownLatch = countDownLatch;
        }

        @Override
        public void run() {
            // 告诉已启动
            countDownLatch.countDown();
            try {
                // 监听回送端口
                ds = new DatagramSocket(listenPort);
                while (!done) {
                    // 构建接管实体
                    final byte[] buf = new byte[512];
                    DatagramPacket receivePack = new DatagramPacket(buf, buf.length);
                    // 接管
                    ds.receive(receivePack);
                    // 打印接管到的信息与发送者的信息
                    // 发送者的 IP 地址
                    String ip = receivePack.getAddress().getHostAddress();
                    int port = receivePack.getPort();
                    int dataLen = receivePack.getLength();
                    String data = new String(receivePack.getData(), 0, dataLen);
                    System.out.println("UDPSearcher receive form ip:" + ip + "\tport:" + port + "\tdata:" + data);
                    String sn = MessageCreator.parseSn(data);
                    if (sn != null) {Device device = new Device(port, ip, sn);
                        devices.add(device);
                    }
                }
            } catch (Exception ignored) { } finally {close();
            }
            System.out.println("UDPSearcher listener finished.");

        }

        private void close() {if (ds != null) {ds.close();
                ds = null;
            }
        }

        List<Device> getDevicesAndClose() {
            done = true;
            close();
            return devices;
        }
    }
}