基于UDP协议的Socket通信.ppt

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1、基于UDP协议的Socket通信2本章内容1.UDP协议的基本概念协议的基本概念2.UDP数据报套接字数据报套接字DatagramSocketDatagramSocket的构造方法和主要方法的构造方法和主要方法DatagramSocket的选项设置的选项设置3.UDP数据报数据报DatagramPacketDatagramPacket的构造方法和主要方法的构造方法和主要方法传递基本类型数据和对象传递基本类型数据和对象UDP协议通信基本过程协议通信基本过程4.组播的基本概念及实现组播的基本概念及实现3UDP协议用户数据报协议（用户数据报协议（UDP）是一种基本的、低延时的）是一种基本的、低延时的

2、数据传输协议。数据传输协议。UDP的简单性不能保证数据传输的可靠性，但对另的简单性不能保证数据传输的可靠性，但对另一些更复杂的、自身提供面向链接功能的应用却很一些更复杂的、自身提供面向链接功能的应用却很适合。适合。UDP协议适合以下情况：转发路由表、数据交换、协议适合以下情况：转发路由表、数据交换、网络监控数据、网络电话应用等的交换。这些类型网络监控数据、网络电话应用等的交换。这些类型的交换不需要流控、应答、重排序或任何的交换不需要流控、应答、重排序或任何TCP提供提供的功能。的功能。4 UDP协议以数据报作为数据传输的载体。它是一个在网络上协议以数据报作为数据传输的载体。它是一个在网络上发送

3、的独立信息，它的到达、到达时间以及内容本身等都不能得发送的独立信息，它的到达、到达时间以及内容本身等都不能得到保证。到保证。UDP协议无需在发送方和接收方建立连接，协议无需在发送方和接收方建立连接，数据报在网数据报在网上可以以任何可能的路径传往目的地上可以以任何可能的路径传往目的地(分组交换分组交换)。基于基于UDP协议实现网络通信的类有三个：协议实现网络通信的类有三个：DatagramSocketDatagramPacketMulticastSocketUDP协议协议-数据报通信数据报通信邮局A包裹A包裹B包裹C邮局D邮局B邮局C5DatagramSocketpublicDatagramSo

4、cket()创建数据报套接字并将其绑定到本地主机的匿名端口。创建数据报套接字并将其绑定到本地主机的匿名端口。publicDatagramSocket(intport)创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。publicDatagramSocket(intport,InetAddressladdr)创建数据报套接字，将其绑定到指定的创建数据报套接字，将其绑定到指定的IP地址和端口。地址和端口。publicDatagramSocket(SocketAddressbindaddr)创建数据报套接字，创建数据报套接字，SocketAddres

5、s表示了要绑定的套接字表示了要绑定的套接字地址。地址。注意：以上方法都将抛出例外注意：以上方法都将抛出例外SocketExceptionSocketException。6publicvoidreceive(DatagramPacketp)throwsIOException此方法接收数据报包。当方法返回时，此方法接收数据报包。当方法返回时，DatagramPacket的的缓冲区填充了接收的数据。此方法在接收到数据前缓冲区填充了接收的数据。此方法在接收到数据前一直阻塞一直阻塞。publicvoidsend(DatagramPacketp)throwsIOException此方法发送数据报包。此方法

6、发送数据报包。DatagramPacket包含的信息指示将包含的信息指示将要发送的要发送的数据、长度、远程主机的数据、长度、远程主机的IP地址及其端口号。地址及其端口号。抛出异常的可能性小，除非发送的数据报超过了底层网络所抛出异常的可能性小，除非发送的数据报超过了底层网络所支持的数据报的大小。支持的数据报的大小。Exceptioninthread“main”.SocketException:ThemessageislargerthanthemaximumsupportedbytheunderlyingtransportDatagramSocket接收和发送数据7 用于接收数据的数据包用于接收数

7、据的数据包 public DatagramPacket(public DatagramPacket(bytebytebuf,intbuf,intlengthlength)用来用来接收接收长度为长度为length的数据包，放入的数据包，放入buf字节数组中字节数组中 public DatagramPacket(public DatagramPacket(bytebytebuf,intbuf,intoffset,intoffset,intlengthlength)用来用来接收接收长度为长度为length的数据包，在缓冲区中指定了偏移量。的数据包，在缓冲区中指定了偏移量。(length=buf.le

8、ngth-offset)用于发送数据的用于发送数据的数据包数据包 public DatagramPacket(public DatagramPacket(bytebytebuf,intbuf,intlength,InetAddress address,intlength,InetAddress address,intportport)用来将长度为用来将长度为length的数据报的数据报发送发送到指定主机上的指定端口号。到指定主机上的指定端口号。public DatagramPacket(public DatagramPacket(bytebytebuf,intbuf,intoffset,int

9、offset,intlength,length,InetAddressInetAddressaddress,intaddress,intportport)用来将长度为用来将长度为length,偏移量为偏移量为offset的数据报的数据报发送发送到指定主机上的指定端到指定主机上的指定端口号。口号。见源文件：见源文件：udp/UDPSend.javaUDPReceive.javaDatagramPacket8intgetLocalPort()返回此套接字绑定的本地主机上的端口号。返回此套接字绑定的本地主机上的端口号。InetAddressgetLocalAddress()获取套接字绑定的本地地址。

10、获取套接字绑定的本地地址。SocketAddressgetLocalSocketAddress()返回返回SocketAddress对象，它包含对象，它包含DatagramSocket所绑定的所绑定的IP地址和端口。地址和端口。voidconnect(InetAddresshost,intport)限制当前限制当前DatagramSocket只对参数指定的远程主机和端口收只对参数指定的远程主机和端口收发数据报。发数据报。如果对其他如果对其他DatagramSocket发送数据，发送数据，send()方法抛出方法抛出IllegalArgumentException。接收到的数据报会抛。接收到的数

11、据报会抛弃，程序不会得到通知，也不会抛出异常。弃，程序不会得到通知，也不会抛出异常。DatagramSocket的主要方法9voiddisconnect()解除当前解除当前DatagramSocket与特定主机建立的与特定主机建立的“连接连接”,以后可以后可对其他任何对其他任何DatagramSocket收发数据报。收发数据报。intgetPort()返回远程的端口返回远程的端口(当且仅当当且仅当DatagramSocket建立了建立了“连接连接”,否则返回否则返回-1)。InetAddressgetInetAddress()返回远程的返回远程的IP地址地址(当且仅当当且仅当DatagramS

12、ocket建立了建立了“连接连接”,否则返回否则返回null)。SocketAddressgetRemoteSocketAddress()返回远程的返回远程的IP地址和端口地址和端口(当且仅当当且仅当DatagramSocket建立了建立了“连接连接”,否则返回否则返回null)。DatagramSocket的主要方法10DatagramPacket的主要方法的主要方法从数据报包中获取相关信息从数据报包中获取相关信息publicInetAddressgetAddress()得到发送或接收到的数据包的得到发送或接收到的数据包的IP地址。地址。publicbytegetData()得到发送或接收的

13、数据包的数据缓冲区得到发送或接收的数据包的数据缓冲区publicintgetLength()得到发送或接收到的实际数据的长度。得到发送或接收到的实际数据的长度。publicintgetOffset()得到发送或接收到的数据的偏移量。得到发送或接收到的数据的偏移量。publicintgetPort()得到发送或接收到的数据包所来自的主机的端口号。得到发送或接收到的数据包所来自的主机的端口号。11设置发送数据包中的相关信息设置发送数据包中的相关信息setAddress(InetAddressiaddr)设置要将此数据包发往的远程主机的设置要将此数据包发往的远程主机的IP地址地址setPort(in

14、tiport)设置要将此数据包发往的远程主机上的端口号设置要将此数据包发往的远程主机上的端口号setData(bytebuf)为此包设置数据缓冲区。为此包设置数据缓冲区。setData(bytebuf,intoffset,intlength)为此包设置数据缓冲区，包括偏移量和长度。为此包设置数据缓冲区，包括偏移量和长度。setLength(intlength)为此包设置长度。为此包设置长度。见源文件：见源文件：udp/UDPTest.javaDatagramPacket的主要方法的主要方法12建立建立DatagramSocket创建接收数据的创建接收数据的DatagramPacket等待接收报

15、文等待接收报文建立建立DatagramSocket建立发送数据的建立发送数据的DatagramPacket发出报文发出报文获得对方地址获得对方地址创建接收包创建接收包等待接收等待接收发送端发送端接收端接收端UDP协议通信的基本过程构成信息包构成信息包发送出去发送出去13数据格式的转换UDP数据报中只能存放字节类型的数据，如果需要传递其他类型数据报中只能存放字节类型的数据，如果需要传递其他类型的数据，需要将其他类型的数据与字节类型的数据进行转换。的数据，需要将其他类型的数据与字节类型的数据进行转换。发送方：发送方：ByteArrayOutputStream和和DataOutputStream基本

16、类型数据转换为字节类型基本类型数据转换为字节类型ByteArrayOutputStream和和ObjectOutputStream复合类型数据复合类型数据(对象对象)转换为字节类型转换为字节类型接收方：接收方：ByteArrayInputStream和和DataInputStream字节类型转换为基本类型数据字节类型转换为基本类型数据ByteArrayInputStream和和ObjectInputStream字节类型转换为复合类型数据字节类型转换为复合类型数据(对象对象)见源文件：见源文件：TypeChange/BasicTypeChangeSend.javaBasicTypeChangeR

17、eceive.java14选择数据报的大小DatagramPacket的构造方法中的的构造方法中的length参数参数，决定了要接收和发送，决定了要接收和发送的数据报的长度。如果长度不合适，会出现发不出去或数据收不全的数据报的长度。如果长度不合适，会出现发不出去或数据收不全的情况。的情况。实际上，许多基于实际上，许多基于UDP的协议的协议(如如DNS)，都规定数据报的长度不超过，都规定数据报的长度不超过512字节。字节。NFS协议协议(网络文件系统网络文件系统)规定数据报长度不超过规定数据报长度不超过8192字节字节(8KB)，对于大于，对于大于8K的数据报，网络会将数据报截断、分片，或者的数

18、据报，网络会将数据报截断、分片，或者丢弃。此种情况下，丢弃。此种情况下，Java程序得不到任何通知。程序得不到任何通知。对于网络可靠性不是很好的情况，选择较小的数据报；对于网络可靠对于网络可靠性不是很好的情况，选择较小的数据报；对于网络可靠性好的情况，选择尽可能大的数据报，性好的情况，选择尽可能大的数据报，最好不要超过最好不要超过8KB。注意：一个完整的注意：一个完整的UDPUDP数据报包括数据报包括IPIP头、头、UDPUDP头和数据三个部分，这里指数据头和数据三个部分，这里指数据部分。部分。DatagramSocket选项设置(1)SO_TIMEOUTvoidsetSoTimeout(in

19、tmilliseconds)throwsSocketExceptionintgetSoTimeout()throwsSocketException表示接收数据报时的等待超时时间。表示接收数据报时的等待超时时间。设置方法必须在接收数据报设置方法必须在接收数据报前执行才有效前执行才有效，执行，执行receive()方法时，如果超时抛出方法时，如果超时抛出SocketTimeoutException，但此时但此时DatagramSocket仍然有仍然有效，可继续尝试接收数据。效，可继续尝试接收数据。注意：注意：DatagramSocketds=newDatagramSocket(null);见源文件

20、：见源文件：DatagramSocket选项设置选项设置/SoTimeoutTest.java15DatagramSocket选项设置(2)SO_RCVBUFvoidsetReceiveBufferSize(intsize)throwsSocketExceptionintgetReceiveBufferSize()throwsSocketException表示底层网络接收数据的缓冲区大小。表示底层网络接收数据的缓冲区大小。UDP确保接收数据的缓确保接收数据的缓冲区有足够的大小更为重要，因为缓冲区满后到达的后续数冲区有足够的大小更为重要，因为缓冲区满后到达的后续数据会被丢弃据会被丢弃(TCP会要

21、求重传，确保数据不丢失会要求重传，确保数据不丢失)。许多网络都规定了数据报的最大值，如果参数许多网络都规定了数据报的最大值，如果参数size超过最大值，超过最大值，设置方法将无效。设置方法将无效。16DatagramSocket选项设置(3)SO_SNDBUFvoidsetSendBufferSize(intsize)throwsSocketExceptionintgetSendBufferSize()throwsSocketException表示底层网络发送数据的缓冲区大小。许多网络都限定表示底层网络发送数据的缓冲区大小。许多网络都限定了发送数据报缓冲区的最大值，如果参数了发送数据报缓冲区的

22、最大值，如果参数size超过最超过最大值，设置方法将无效。大值，设置方法将无效。17DatagramSocket选项设置(4)SO_REUSEADDRvoidsetReuseAddress(booleanon)throwsSocketExceptionbooleangetReuseAddress()throwsSocketException决定多个决定多个DatagramSocket是否可以同时绑定到相同的是否可以同时绑定到相同的IP地址和地址和端口端口(多个进程中的多个进程中的DatagramSocket绑定到同一绑定到同一IP和端口和端口)。如果多个如果多个DatagramSocket绑定

23、到相同的绑定到相同的IP地址和端口，到达地址和端口，到达该地址的数据报会复制给所有的该地址的数据报会复制给所有的DatagramSocket(仅限于广仅限于广播数据播数据)。18DatagramSocket选项设置(5)SO_BROADCASTvoidsetBroadCast(booleanon)throwsSocketExceptionbooleangetBroadCast()throwsSocketException是否允许收发广播数据报。是否允许收发广播数据报。对于一个地址为对于一个地址为192.168.5.*，其本地网络广播地址为。广播，其本地网络广播地址为。广播数据报一般只在本地网络

24、中传播，路由器和网关一般不转发数据报一般只在本地网络中传播，路由器和网关一般不转发广播数据报。广播数据报。默认值为默认值为true。设置方法在绑定前调用有效。设置方法在绑定前调用有效。见源文件见源文件:DatagramSocket选项设置选项设置/UDPSend1.javaUDPRecieve1.java1920组播的基本概念单播：提供点对点通信。单播：提供点对点通信。广播：发送方的数据能够被传播范围内的所有接收者接收。广播：发送方的数据能够被传播范围内的所有接收者接收。组播：发送者每次发送的数据可以被小组内的所有接收者接收。组播：发送者每次发送的数据可以被小组内的所有接收者接收。介于单播与广

25、播之间。介于单播与广播之间。组播组内的所有主机共享同一个地址。组播地址的范围是从组播组内的所有主机共享同一个地址。组播地址的范围是从224.0.0.0到。到。域名域名IP地址地址用途用途base-224.0.0.0保留，不会分配给任何组播保留，不会分配给任何组播all-224.0.0.1本子网内所有参加多播的主机和路由器本子网内所有参加多播的主机和路由器all-224.0.0.2本子网内所有参加多播的路由器本子网内所有参加多播的路由器224.0.1.0-238.255.255.255全球范围内都可以使用的多播地址全球范围内都可以使用的多播地址21组播的基本概念数据包要达到组播内的任何地址，要求

26、在发送主机和接收主机数据包要达到组播内的任何地址，要求在发送主机和接收主机之间存在一条有多个组播路由器组成的传输路径。音频、视之间存在一条有多个组播路由器组成的传输路径。音频、视频这类的大容量数据多采用多播形式传递。频这类的大容量数据多采用多播形式传递。主机1R1R2R3R4主机2主机3主机4主机5主机622组播-MulticastSocket具有组播的功能，它是具有组播的功能，它是DatagramSocket的子类，与的子类，与DatagramPacket配合使用来存放接收和发送的组配合使用来存放接收和发送的组播数据报。播数据报。MulticastSocket()throwsIOExcept

27、ion此构造方法适合于只向组播组中此构造方法适合于只向组播组中发送发送数据的程序数据的程序MulticastSocket(intport)throwsIOExceptionMulticastSocket(SocketAddressbindAddress)throwsIOException以上两种构造方法适合于接收组播组中发送的数据的程序以上两种构造方法适合于接收组播组中发送的数据的程序23组播-MulticastSocket主要方法：主要方法：(1)加入到组播组中加入到组播组中voidjoinGroup(InetAddressmcastaddr)throwsIOExceptionvoidjoi

28、nGroup(SocketAddressmcastaddr,NetworkInterfacenetIf)throwsIOException第二个方法可以限制第二个方法可以限制MulticastSocket只接收来自某个只接收来自某个网络接口的组播数据报。网络接口的组播数据报。注意：必须传入合法的注意：必须传入合法的IPIP组播地址。组播地址。24组播-MulticastSocket(2)离开组播组离开组播组voidleaveGroup(InetAddressmcastaddr)throwsIOExceptionvoidleaveGroup(SocketAddressmcastaddr,Netw

29、orkInterfacenetIf)throwsIOExceptionMulticastSocket有可能一开始就加入了所有网络接口的组有可能一开始就加入了所有网络接口的组播组，可通过此方法离开其中的一个网络接口中的组播组。播组，可通过此方法离开其中的一个网络接口中的组播组。注意：如果离开的地址不是组播地址会抛出注意：如果离开的地址不是组播地址会抛出IOExceptionIOException，如，如果离开一个从未加入的组播组，不会抛出任何异常。果离开一个从未加入的组播组，不会抛出任何异常。25组播-MulticastSocket(3)设置和读取设置和读取TTL(TimetoLive)属性属性

30、voidsetTimeToLive(intttl)throwsIOExceptionintgetTimeToLive()throwsIOException取值范围取值范围0-255(4)设置和读取组播数据报的回送模式设置和读取组播数据报的回送模式voidsetLoopbackMode(booleandisable)throwsSocketExceptionbooleangetLoopbackMode()throwsSocketException 注意：注意：MulticastSocketMulticastSocket是否能够收到自己发送的组播数据报，与底层是否能够收到自己发送的组播数据报，与底层实际网络情况决定。实际网络情况决定。见源文件：组播见源文件：组播/MulticastSender.java/MulticastSender.java MulticaseReciever.java MulticaseReciever.java