网络编程书籍讲义第九讲.ppt

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1、网络编程书籍讲义第九讲 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望9.1UDP网络程序设计模型网络程序设计模型9.1.1UDP程序工作流程程序工作流程根据前面介绍的知识我们知道，根据前面介绍的知识我们知道，TCP协议是基于数据流形式进行数据协议是基于数据流形式进行数据传输的，而传输的，而UDP协议是基于数据报模式进行数据传输的。它的通信双协议是基于数据报模式进行数据传输的。它的通信双方是不需要建立连接的，对于一些速度要求较高可靠性要求不高的网方是不需要建立连接

2、的，对于一些速度要求较高可靠性要求不高的网络应用程序来说，数据报通信是一个非常好的选择络应用程序来说，数据报通信是一个非常好的选择。数据报是网络层数据单元在介质上传输信息的一种逻辑分组格式，它数据报是网络层数据单元在介质上传输信息的一种逻辑分组格式，它是一种在网络中传播的、独立的、自身包含地址和端口号信息的消息，是一种在网络中传播的、独立的、自身包含地址和端口号信息的消息，它能否到达目的地、到达的时间、到达时内容是否会变化不能准确地它能否到达目的地、到达的时间、到达时内容是否会变化不能准确地知道。知道。无连接的数据报（无连接的数据报（SOCK_DGRAM）传输服务在传输层使用）传输服务在传输层

3、使用UDP协议，协议，与面向连接的通信过程不同，它的最大特点是不需要在客户和服务器与面向连接的通信过程不同，它的最大特点是不需要在客户和服务器之间先建立连接。通信的任何一方可以先发送数据，这样首先发送数之间先建立连接。通信的任何一方可以先发送数据，这样首先发送数据的一方就成了客户端，而接收数据的一方就是服务器端。在数据传据的一方就成了客户端，而接收数据的一方就是服务器端。在数据传输完成后，只要关闭套接口释放网络资源，通信过程就结束了。输完成后，只要关闭套接口释放网络资源，通信过程就结束了。第页9.1UDP网络程序设计模型网络程序设计模型9.1.1UDP程序工作流程程序工作流程无连接的数据报传输

4、服务通信时，客户端与服务器端所使用的函数是无连接的数据报传输服务通信时，客户端与服务器端所使用的函数是类似的。其工作流程如下：类似的。其工作流程如下：第一步：使用第一步：使用WSAStartup()函数检查系统协议栈的安装情况。常函数检查系统协议栈的安装情况。常用格式为：用格式为：WSAStartup(0 x0202,&wsaData)；WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData)；第二步：使用第二步：使用socket()或或WSASocket()函数创建套接口，以确定函数创建套接口，以确定了相关五元组的协议。常用格式有如下几种：了相关五元组的协议。常用格式有如下几种：

5、第页9.1UDP网络程序设计模型网络程序设计模型9.1.1UDP程序工作流程程序工作流程SOCKET s=socket（AF_INET,SOCK_DGRAM,IPPROTO_UDP）；）；SOCKET s=socket（AF_INET,SOCK_DGRAM,0）；）；SOCKET s=WSASocket（AF_INET,SOCK_DGRAM,IPPROTO_TCP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED）；）；SOCKET s=WSASocket（AF_INET,SOCK_DGRAM,0,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED）；）；第页9.1UDP网络程序设计模型

6、网络程序设计模型9.1.1UDP程序工作流程程序工作流程 第三步：使用第三步：使用bind()函数将创建的套接口与本地地址绑定。它确函数将创建的套接口与本地地址绑定。它确定了相关五元组中的本地定了相关五元组中的本地IP地址和端口号。地址和端口号。常用格式：常用格式：bind(s,(const struct sockaddr*)&localaddr,sizeof(sockaddr)；第四步：使用第四步：使用sendto()或或WSASendTo()函数发送数据，也可使用函数发送数据，也可使用recvfrom()或或WSARecvFrom()函数接收数据。函数接收数据。第五步：使用第五步：使用cl

7、osesocket()函数关闭套接口。函数关闭套接口。第六步：最后调用第六步：最后调用WSACleanup()函数，结束函数，结束Windows Sockets API的使用。的使用。至此，一次无连接的数据报传输过程结束。至此，一次无连接的数据报传输过程结束。第页9.1UDP网络程序设计模型网络程序设计模型9.1.2程序框架程序框架无连接的客户与服务器之间的交互通信模型可以图无连接的客户与服务器之间的交互通信模型可以图9-1表示。表示。数据交换服务数据交换服务WSAStartup()socket()bind()recvfrom()sendto()closesocket()WSACleanup(

8、)WSAStartup()socket()bind()recvfrom()sendto()closesocket()WSACleanup()图9-1 无连接的客户机/服务器程序工作流程第页9.1UDP网络程序设计模型网络程序设计模型9.1.2程序框架程序框架图图9-1所示的通信模型也明确的表示出了无连接的客户机所示的通信模型也明确的表示出了无连接的客户机/服务器程序服务器程序框架，图中在进行数据交换时，双方均可以发送数据和接收数据。框架，图中在进行数据交换时，双方均可以发送数据和接收数据。在具体编写无连接的客户机在具体编写无连接的客户机/服务器程序时，应该注意以下几个问题：服务器程序时，应该注

9、意以下几个问题：通信的一方可以不用通信的一方可以不用bind()绑定绑定IP地址和端口，而由系统自动分地址和端口，而由系统自动分配，但要注意不绑定配，但要注意不绑定IP地址和端口的一方必须首先向绑定地址的一方地址和端口的一方必须首先向绑定地址的一方发送数据。发送数据。无连接应用程序也可以调用无连接应用程序也可以调用connect()函数，但是它并不向对方发函数，但是它并不向对方发出建立连接的请求，内核只是将出建立连接的请求，内核只是将connect()中指定的目标端中指定的目标端IP地址和端地址和端口号记录下来，在以后的通信中就可以使用面向连接的数据发送口号记录下来，在以后的通信中就可以使用面

10、向连接的数据发送send()和数据接收和数据接收revc()函数。函数。第页9.1UDP网络程序设计模型网络程序设计模型9.1.2程序框架程序框架 无连接的数据报传输过程中，做为服务器的一方必须要先启动，无连接的数据报传输过程中，做为服务器的一方必须要先启动，否则客户请求传不到服务进程。否则客户请求传不到服务进程。由于无连接的客户端一般不调用由于无连接的客户端一般不调用connect()，因此在数据发送之前，因此在数据发送之前，客户与服务器之间尚未建立一个全相关（五元组），但各自通过客户与服务器之间尚未建立一个全相关（五元组），但各自通过socket()和和bind()调用建立了半相关。发送数

11、据时，发送方除指定本地套接口调用建立了半相关。发送数据时，发送方除指定本地套接口的地址外，还需指定接收方套接口的地址，从而在数据收发过程中动的地址外，还需指定接收方套接口的地址，从而在数据收发过程中动态地建立了全相关。态地建立了全相关。第页9.2UDP实例程序实例程序1实例程序说明实例程序说明本实例程序使用的编程环境为本实例程序使用的编程环境为Visual C+6.0，使用的是控制台程序，使用的是控制台程序“Win32 Console Application”。通信协议使用无连接的。通信协议使用无连接的UDP协议协议（SOCK_DGRAM）。服务器端）。服务器端IP地址由系统指定，端口号在程序

12、中地址由系统指定，端口号在程序中指定为指定为5050，用符号常量定义。，用符号常量定义。编该实例中我们编写一个基于数据报的客户机编该实例中我们编写一个基于数据报的客户机/服务器交互程序，在程服务器交互程序，在程序启动后，服务器向客户端发送序启动后，服务器向客户端发送“Hello!I am a server.”信息，客户端信息，客户端向服务器发送向服务器发送“Hello!I am a client.”信息，双方各自在接收到对方发信息，双方各自在接收到对方发送的信息后将其显示出来。送的信息后将其显示出来。图图9-2是服务器端程序执行后的结果。服务器程序在启动后等待客户机是服务器端程序执行后的结果。

13、服务器程序在启动后等待客户机的请求，如果有客户机请求后，它将向客户机发送信息的请求，如果有客户机请求后，它将向客户机发送信息“Hello!I am a server.”，并收到由客户机发送的信息，并收到由客户机发送的信息“Hello!I am a client.”。第页9.2UDP实例程序实例程序1第页9.2UDP实例程序实例程序1从图从图9-2中可以看出，服务器收到了两个客户的请求。中可以看出，服务器收到了两个客户的请求。图图9-3是客户端程序执行后的窗口。客户端程序执行时，从键盘输入服是客户端程序执行后的窗口。客户端程序执行时，从键盘输入服务器的务器的IP地址（即在命令行中输入），客户端口

14、号由系统指定，服务地址（即在命令行中输入），客户端口号由系统指定，服务器端口号指定为器端口号指定为5050。第一次执行时没有输入服务器的。第一次执行时没有输入服务器的IP地址，则显地址，则显示命令用法后返回。第二次执行时输入正确的命令行格式，则显示数示命令用法后返回。第二次执行时输入正确的命令行格式，则显示数据成功发送的提示信息，然后显示从服务器收到的信息。服务器则显据成功发送的提示信息，然后显示从服务器收到的信息。服务器则显示从客户收到的信息示从客户收到的信息“Hello!I am a client.”，然后显示客户的，然后显示客户的IP地址地址和端口号，最后显示数据成功发送的提示信息。第三

15、次执行时也输入和端口号，最后显示数据成功发送的提示信息。第三次执行时也输入了正确的命令行格式，但注意服务器所显示的端口号与前一次执行时了正确的命令行格式，但注意服务器所显示的端口号与前一次执行时不同（如图不同（如图9-2所示），因为客户机的端口号由系统自动分配。所示），因为客户机的端口号由系统自动分配。第页9.2UDP实例程序实例程序1第页9.3UDP实例程序实例程序29.3.1 程序要求程序要求在在本本节节中中，我我们们实实现现一一个个名名叫叫Echo的的协协议议（有有些些资资料料中中叫叫回回声声协协议议）。Echo协协议议是是一一个个非非常常简简单单的的协协议议，它它主主要要用用于于网网络

16、络可可达达性性的的检检测测中中。Echo协协议议的的功功能能也也十十分分简简单单，服服务务器器在在端端口口7检检测测接接收收到到的的信信息息，如如果果收收到到信信息息，则则原原封封不不动动的的重重发发回回客客户户端端。Echo协协议议工工作作时时可可以以基基于于TCP协协议议，也也可可以以基基于于UDP协协议议。本本节节我我们们实实现现基基于于UDP协议的协议的Echo协议。协议。第页9.3UDP实例程序实例程序2服服务务器端程序运行的窗口如器端程序运行的窗口如图图9-4所示，所示，图图中有中有3个客个客户户端端进进行了行了请请求。求。图9-4 Echo服务器运行结果第页9.3UDP实例程序实

17、例程序2Echo客客户户端程序运行端程序运行结结果如果如图图9-5所示，所示，图图中客中客户户端程序运行了端程序运行了3次。从次。从图图9-5中可以看出，客中可以看出，客户户端端计计算机算机输输入的内容被入的内容被Echo服服务务器原封不器原封不动动的返回。的返回。图图9-5 Echo客客户户端程序运行端程序运行结结果果第页9.3UDP实例程序实例程序29.3.2服务器程序服务器程序在在设设计计服服务务器器端端程程序序之之前前，我我们们先先来来讨讨论论一一下下在在Java语语言言中中与与数数据据报报程程序序设设计计有有关关的的知知识识。数数据据报报按按用用途途我我们们可可以以将将其其分分为为两

18、两种种：一一种种用用来来发发送送数数据据，该该数数据据报报要要给给出出目目的的地地址址和和端端口口号号；另另一一种种数数据据报报用用来来从从网网络络中中接接收收数数据据。不不管管是是发发送送或或者者接接收收UDP数数据据报报，首首先先需需要要创创建建数据报套接口。数据报套接口。1.创建数据报套接口的创建数据报套接口的DatagramSocket类类在在Java语言里，数据报套接口由类语言里，数据报套接口由类.DatagramSocket实现。实现。在在TCP程程序序设设计计中中，我我们们使使用用Socket创创建建一一个个客客户户端端套套接接口口，使使用用ServerSocket创创建建一一个

19、个服服务务器器套套接接口口；但但在在Java的的UDP程程序序设设计计中中，DatagramSocket创创建建的的套套接接口口既既可可用用于于UDP客客户户端端程程序序也也可可用用于于UDP服务器程序。服务器程序。第页9.3UDP实例程序实例程序29.3.2服务器程序服务器程序DatagramSocket类常用的构造方法有：类常用的构造方法有：public DatagramSocket()throws SocketException public DatagramSocket(int port)throws SocketException public DatagramSocket(int

20、port,InetAddress laddr)throws SocketException其其中中，构构造造方方法法中中的的port参参数数用用于于指指定定DatagramSocket绑绑定定的的端端口口，如如果果不不指指定定port，系系统统自自动动为为数数据据报报套套接接口口选选择择一一个个可可用用端端口口。以以上上带带有有两两个个参参数数的的第第3个个构构造造方方法法创创建建一一个个数数据据报报套套接接口口，并并将将其其绑绑定定到到指指定定的的本本地地地地址址，这这主主要要用用于于多多IP地地址址的的主主机机中中。在在上上面面的的构构造造方方法法中中，如如果果不不能能创创建建套套接接口口

21、或或套套接接口口无无法法绑绑定定到到指指定定的的端端口口，则抛出则抛出SocketException异常。异常。第页9.3UDP实例程序实例程序29.3.2服务器程序服务器程序DatagramSocket类中定义的几个常用方法是：类中定义的几个常用方法是：public void send(DatagramPacket p)throws IOException：从从当当前前数数据据报报套套接接口口发发送送一一个个数数据据报报。发发送送数数据据报报应应包包含含将将要要发发送的数据、数据长度、目标主机送的数据、数据长度、目标主机IP地址和目标主机端口号等信息。地址和目标主机端口号等信息。public

22、 void receive(DatagramPacket p)throws IOException：从从当当前前数数据据报报套套接接口口接接收收一一个个数数据据报报。接接收收到到的的数数据据报中包含发送方的主机报中包含发送方的主机IP地址、端口号等信息。地址、端口号等信息。public void close()：关关闭闭数数据据报报套套接接口口，释释放放其其占占有有的的系系统统资资源。源。第页9.3UDP实例程序实例程序29.3.2服务器程序服务器程序需需要要注注意意的的是是调调用用receive()方方法法，它它将将阻阻塞塞当当前前Java线线程程，直直到到其其能能收收到到数数据据报报才才返

23、返回回。我我们们可可以以调调用用方方法法setSoTimeout(int timeout)设设置置阻阻塞塞时时间间，时时间间的的单单位位为为毫毫秒秒。当当等等待待时时间间到到达达阻阻塞塞时时间间时时，receive()方方法法就就返返回回并并抛抛出出SocketTimeoutException异异常常。当当调调用用close()关关闭闭数数据据报报套套接接口口时时，被被阻阻塞塞的的receive()调调用用也也会因会因IOException异常而返回。异常而返回。第页9.3UDP实例程序实例程序29.3.2服务器程序服务器程序2.创建创建UDP数据报的数据报的DatagramPacket类类J

24、包包中中的的DategramPacket类类用用来来创创建建UDP数数据据报报，创创建建接接收收数据报的构造方法是：数据报的构造方法是：public DatagramPacket(byte buf,int length)public DatagramPacket(byte buf,int offset,int length)其其中中，参参数数buf表表示示保保存存传传入入数数据据报报的的缓缓冲冲区区，length表表示示希希望望接接收收到到的的数数据据报报的的最最大大长长度度，第第二二个个构构造造方方法法中中的的offset参参数数，指指定定了了缓缓冲冲区区的偏移量，表示数据从的偏移量，表示数

25、据从bufoffset开始存储。开始存储。第页9.3UDP实例程序实例程序29.3.2服务器程序服务器程序下面的语句创建了一个接收缓冲区长度为下面的语句创建了一个接收缓冲区长度为8912个字节的个字节的UDP数据报：数据报：byte buffer=new byte8912;DatagramPacket datap=new DatagramPacket(buffer,buffer.length();在在UDP报报文文中中，数数据据报报长长度度用用2个个字字节节的的无无符符号号整整数数表表示示，所所以以理理论论上上UDP报报文文的的最最大大长长度度为为65536字字节节(包包含含UDP头头部部以以

26、及及IP头头部部)。但但是是实实际际上上，大大多多数数系系统统限限制制了了数数据据报报的的长长度度为为8192字字节节。在在具具体体的的网网络络环环境中，这个限制值可能更小。境中，这个限制值可能更小。第页9.3UDP实例程序实例程序29.3.2服务器程序服务器程序创建发送数据报的构造方法是：创建发送数据报的构造方法是：public DatagramPacket(byte buf,int length,InetAddress address,int port)public DatagramPacket(byte buf,int offset,int length,InetAddress addr

27、ess,int port)其其中中，缓缓冲冲区区buf为为发发送送数数据据存存储储区区。address和和port指指定定目目标标主主机机的的IP地址和端口号。地址和端口号。第页9.3UDP实例程序实例程序29.3.2服务器程序服务器程序例如，下面的程序段创建了一个名为例如，下面的程序段创建了一个名为outgoing的发送数据报：的发送数据报：try InetAddress server=InetAddress.getByName(192.168.34.12);int port=3737;byte data=This is a test.getBytes();DatagramPacket ou

28、tgoing=new DatagramPacket(data,data.length,server,port);.catch(IOException e).第页9.3UDP实例程序实例程序29.3.2服务器程序服务器程序DatagramPacket类类中中定定义义了了一一些些用用来来对对数数据据报报进进行行设设置置或或者者从从中中提提取信息的方法，下面是几个常用的方法：取信息的方法，下面是几个常用的方法：public InetAddress getAddress()：返返回回一一个个IP地地址址，如如果果是是发发送数据报则指目标主机，如果是接收数据报指则源主机。送数据报则指目标主机，如果是接收

29、数据报指则源主机。public void setAddress(InetAddress remote)：设设置置目目标标主主机机的的IP地址。地址。public int getPort()：返返回回一一个个端端口口号号，发发送送数数据据报报指指目目标标主主机机的端口号，接收数据报指来自源主机的端口号。的端口号，接收数据报指来自源主机的端口号。public void setPort(int iport)：设置端口号。：设置端口号。public byte getData()：获获得得数数据据报报的的数数据据缓缓冲冲区区，不不论论是是发发送送数据报还是接收数据报，数据存储从数据报还是接收数据报，数据

30、存储从offset位置开始。位置开始。第页9.3UDP实例程序实例程序29.3.2服务器程序服务器程序 public int getOffset()：获获得得发发送送数数据据或或者者接接收收数数据据在在数数据据缓缓冲冲区中的偏移量区中的偏移量(offset)。public int getLength()：获得发送数据或者接收数据的长度。：获得发送数据或者接收数据的长度。public void setData(byte buf,int offset,int length)：设设置置数数据据缓缓冲冲区区、偏偏移移量量和和长长度度。还还可可以以使使用用方方法法setData(byte buf)和和setLength(int length)单独设置缓冲区和长度。单独设置缓冲区和长度。第页