java 网络编程基础 UDP协议的Socket：DatagramSocket；广播Socket：MulticastSocket
2024-08-31 03:26:26
什么是UDP协议：
UDP协议是一种不可靠的网络协议，它在通信实例的两端各建立一个Socket 但这两个 Socket之间并没有虚拟链路，这两个Socket只是发送、接收数据报的对象。Java 提供了DatagramSocket对象作为基于UDP协议的Socket。使用DatagramPacket代表 DatagramSocket发送、接收的数据包。
UDP协议从问世至今已经被使用了很多年，虽然UDP协议目前应用不如TCP协议广泛，但 UDP协议依然是一个非常实用和可行的网络传输层协议。尤其是在一些实时性很强的应用场景中，比如网络游戏、视频会议等，UDP协议的快速更具有独特的魅力。
UDP协议是一种面向非连接的协议，面向非连接指的是在正式通信前不必与对方先建立连接，不管对方状态就直接发送。至于对方是否可以接收到这些数据内容，UDP协议无法控制，因此说UDP议是一种不可靠的协议UDP协议适用于一次只传送少量数据、对可靠性要求不高的应用环境。因为UDP协议是面向非连接的协议，没有建立连接的过程，因此它的通信效率很高。但也正因为如此，它的可靠性不如TCP协议。
UDP 协议和 TCP 协议简单对比如下
(1),TCP协议: 可靠，传输大小无限制，但是需要连接建立时间，差错控制开销大。
(2),UDP协议: 不可靠，差错控制开销较小，传输大小限制在64K以下，不需要建立连接。
Java简单使用UDP:
DatagramSocket udpClient = new DatagramSocket() 端口随机 客户端
DatagramSocket udpSocket = new DatagramSocket(port) 指定端口 ：服务端
客户端向服务器端发送一个数据，服务端原样返回
client端代码：
package tcpandudp.udpexample; import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner; /**
* @ClassName UdpClient
* @projectName: object1
* @author: Zhangmingda
* @description： XXX
* date: 2021/5/12.
*/
public class UdpClient {
public static void main(String[] args) {
/**
* 键盘输入
*/
Scanner scanner = new Scanner(System.in); /**
* 构建客户端UDP Socket 端口随机 从键盘获取数据发送
* 初始化要发给服务端的数据包
*/
try (DatagramSocket udpClient = new DatagramSocket()){
/**
* 初始化要发给服务端的数据包
*/
DatagramPacket outputPacket = new DatagramPacket(new byte[0],0, InetAddress.getByName("127.0.0.1"),2233);
//返回数据的字节数组
byte[] inBuffer = new byte[4096];
/**
* 循环发送并获取返回数据
*/
while (scanner.hasNextLine()){
//获取键盘输入
String line = scanner.nextLine();
//将初始化的数据包加入数据
outputPacket.setData(line.getBytes());
// 使用socket 发送数据
udpClient.send(outputPacket); //返回数据包构建
DatagramPacket inputPacket = new DatagramPacket(inBuffer,inBuffer.length);
//返回数据写入inputPacket包
udpClient.receive(inputPacket);
System.out.println("收到返回数据：" + new String(inputPacket.getData(),0,inputPacket.getLength()));
}
} catch (SocketException | UnknownHostException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
server端代码：
package tcpandudp.udpexample; import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException; /**
* @ClassName UDPServer
* @projectName: object1
* @author: Zhangmingda
* @description： XXX
* date: 2021/5/12.
*/
public class UDPServer {
public static void main(String[] args) {
/**
* 定义UDP服务端监听的端口
*/
int port = 2233;
/**
* 构造一个接受UDP数据的包
*/
byte[] inBuffer = new byte[4096];
DatagramPacket inPacket = new DatagramPacket(inBuffer,inBuffer.length);
/**
* 构建socket 接受数据放到UDP包中解析，
* udpSocket 实例放到try()语句中自动管理，报错后自动close()
*/
try (DatagramSocket udpSocket = new DatagramSocket(port)){
/**
* 获取客户端数据
*/
while (true){
//获取客户端数据,装到inPacket包中
udpSocket.receive(inPacket);
System.out.println(inBuffer == inPacket.getData()); //测试包中的数组和定义的inBuffer数组是否是同一个对象
/**
* 将收到的包中字节(inPacket.getData())转换为字符串
*/
System.out.println("收到：" + new String(inPacket.getData(),0,inBuffer.length));
/**
* 构建发送包
*/
DatagramPacket outPacket = new DatagramPacket(inPacket.getData(),inPacket.getLength(),inPacket.getSocketAddress());
//发送数据
udpSocket.send(outPacket);
}
} catch (SocketException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
MulticastSocket基于UDP协议实现多点广播:
DatagramSocket只允许数据报发送给指定的目标地址，而MulticastSocket可以将数据报以广播方式发送到多个客户端。若要使用多点广播，需要让一个数据报标有一组目标主地址，当数据报发出后，整个组的所有主机都能收到该数据报文，多点广播(或多点发送)实现了将单一信息发送到多个接收者的广播。思想是设置一组特殊网络地址作为多点广播地址，每一个多点广播地址都被看做一个组，当客户端需要发送、接收广播信息时，加入到该组即可。
IP协议为多点广播提供了这批特殊的IP地址，这些IP地址的范围是 224.0.0.0 到 239.255.255.255
多点广播的示意图如下：
客户端控制台输入内容，所有的加入本组的客户端都能收到消息：
package tcpandudp.udpexample; import java.io.IOException;
import java.io.PipedReader;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;
import java.util.Scanner; /**
* @ClassName MulticastSocketServerAndClient
* @projectName: object1
* @author: Zhangmingda
* @description： XXX
* date: 2021/5/12.
*/
public class MulticastSocketClient {
/**
* 多点广播的IP：224.0.0.0 到 239.255.255.255
*/
private static final String BROAD_CAST_IP = "230.1.1.1";
/**
* 多点广播的端口任意
*/
private static final int BROAD_CAST_PORT = 30000;
private void start(){
/**
* 创建广播socket
*/
try (MulticastSocket multicastSocket = new MulticastSocket(BROAD_CAST_PORT);
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
){
/**
* 构建IP地址实例
* 初始化Socket 加入监听广播组地址(接收组内消息，向组内发送消息)
*/
InetAddress broadcastAddr = InetAddress.getByName(BROAD_CAST_IP);
multicastSocket.joinGroup(broadcastAddr);
/**
* 启动一个线程接收广播数据
*/
new Thread(){
@Override
public void run() {
/**
* 构建接收数据的UDP包
*/
byte[] inBuffer = new byte[4096];
DatagramPacket inPacket = new DatagramPacket(inBuffer,0,inBuffer.length);
/**
* 获取到数据输出
*/
while (true){
try {
multicastSocket.receive(inPacket);
System.out.println("收到：" + new String(inPacket.getData(),0,inPacket.getLength()));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}.start();
/**
* 构建要发送的UDP数据包
* 主线程获取命令行输入，发送广播
*/
DatagramPacket outPacket = new DatagramPacket(new byte[0],0, broadcastAddr,BROAD_CAST_PORT);
while (scanner.hasNextLine()){
/**
* 获取输入内容字节，加到包中
* 然后发送出去
*/
outPacket.setData(scanner.nextLine().getBytes());
multicastSocket.send(outPacket);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
} /**
* 程序入口
*/
public static void main(String[] args) {
new MulticastSocketClient().start();
}
}
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