Socket - UDP快速入门
UDP是什么
- 英语:User Datagram Protocol,缩写为UDP。
- 一种
用户数据报协议
,又称用户数据报文协议
。 - 是一个简单的
面向数据报
的传输层
协议,正式规范为 RFC 768。 - 用户数据协议、非连接协议。
为什么UDP是不可靠的
- 它一旦把应用程序发给网络层的数据发送出去,就不保留数据备份。
- UDP在IP数据报的头部仅仅加入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。
- 结构简单、无校验、速度快、容易丢包、可广播。
UDP能做什么
UDP是面向消息的协议,通信时不需要建立连接,数据的传输自然是不可靠的,UDP一般用于多点通信和实时的数据业务,比如:
- 语音广播
- 视频
- TFTP(简单文件传送)
- SNMP(简单网络管理协议)
- RIP(路由信息协议,如报告股票市场,航空信息)
- DNS(域名解释)
- 注重速度流畅
UDP操作简单,而且仅需要较少的监护,因此通常用于局域网高可靠性的分散系统中client/server应用程序。例如视频会议系统,并不要求音频视频数据绝对的正确,只要保证连贯性就可以了,这种情况下显然使用UDP会更合理一些。
UDP通信模型
UDP通信模型中,在通信开始之前,不需要建立相关的链接,只需要发送数据即可,类似于生活中,"写信""
核心API讲解
DatagramSocket
- 用于接收与发送UDP的类。
- 负责发送某一个UDP包,或者接受UDP包。
- 不同于TCP,UDP并没有合并到 Socket API 中。
- DatagramSocket() 创建简单实例,不指定端口与IP。
- DatagramSocket(int port) :创建监听固定端口的实例。
- DatagramSocket(int port , InetAddress localAddr ) :创建固定端口指定IP的实例。
- receive(DatagramPacket d):接收。
- send(DatagramPacket d):发送。
- setSoTimeout(int timeout):设置超时时间,毫秒。
- close():关闭,释放资源。
DatagramPacket
- 用于处理报文
- 将byte数组、目标地址、目标端口等数据包装成报文或者将报文拆卸成byte数组。
- DatagramPacket是UDP的发送实体,也是接受实体。
- DatagramPacket(byte[] buf , int offset , int length , InetAddress address , int port ) :指定byte数组和使用区间,后两个指定目标机器地址与端口。
- 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):设置有效区间。
- getData() 、getOffset() 、getLength() :返回对应上述信息。
- setAddress(InetAddress addr):目标地址。
- setPort(int port):目标端口。
- 对应的getAddress()、getPort()。
- setSocketAddress(SocketAddress address):传入InetAddress + Port。
- getSocketAddress():获取socket地址。
UDP 单播、广播、多播
- 单播:用于两个主机之间的端对端通信。
- 广播: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位表示网络ID,后24位表示主机ID;该地址分配给政府机关单位使用。
- B类:前16位表示网络ID,后16位表示主机ID;该地址分配给中等规模的企业使用。
- C类:前24位表示网络ID,后8位表示主机ID;该地址分配给任何需要的人使用。
- 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;该地址用于实验。
地址区分
IP地址被分类以后,如何判断一个IP地址是A类、B类还是C类地址呢?为了更好地进行区分,将每类地址的开头部分设置为固定数值。如下:
从图中可以看出,每类IP地址都是以32位的二进制格式显示的,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。
地址范围
由于每类地址的开头是固定的,因此每类地址都有自己的范围:
- A类:IP地址范围为0.0.0.0~127.255.255.255。
- B类:IP地址范围为128.0.0.0~191.255.255.255。
- C类:IP地址范围为192.0.0.0~223.255.255.255。
- D类:IP地址范围为224.0.0.0~239.255.255.255。
- E类:IP地址范围为240.0.0.0~255.255.255.254。
广播地址
- 255.255.255.255 为受限广播地址,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备能够收到。
- C 网广播地址一般为:XXX.XXX.XXX.255(192.168.1.255)。
- D类地址一般为多播预留。
IP地址构成
IP地址构成是使用短整型来存储的。一共四位,也就是一个int值。
局域网搜索代码案例
/**
*
* 消息构建
* @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 {
// 生成一份唯一标示
String sn = UUID.randomUUID().toString();
Provider provider = new Provider(sn);
provider.start();
// 读取任意键盘信息后可以退出
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) {
// 构建接收实体
final byte[] buf = new byte[512];
DatagramPacket receivePack = new DatagramPacket(buf, buf.length);
// 接收
ds.receive(receivePack);
// 打印接收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();
// 直接根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();
}
// 完成
System.out.println("UDPProvider Finished.");
}
private void close() {
if (ds != null) {
ds.close();
ds = null;
}
}
/**
* 提供结束
*/
void exit() {
done = true;
close();
}
}
}
/**
* UDP 搜索者,用于搜索服务支持方
* @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());
}
// 完成
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.");
// 作为搜索方,让系统自动分配端口
DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
// 构建一份请求数据
String requestData = MessageCreator.buildWithPort(LISTEN_PORT);
byte[] requestDataBytes = requestData.getBytes();
// 直接构建packet
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(requestDataBytes,
requestDataBytes.length);
// 20000端口, 广播地址
requestPacket.setAddress(InetAddress.getByName("255.255.255.255"));
requestPacket.setPort(20000);
// 发送
ds.send(requestPacket);
ds.close();
// 完成
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() {
// 通知已启动
countDownLatch.countDown();
try {
// 监听回送端口
ds = new DatagramSocket(listenPort);
while (!done) {
// 构建接收实体
final byte[] buf = new byte[512];
DatagramPacket receivePack = new DatagramPacket(buf, buf.length);
// 接收
ds.receive(receivePack);
// 打印接收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;
}
}
}
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