从屌丝到架构师的飞越(网络编程篇)-UDP协议

一.介绍

UDP 是User Datagram Protocol的简称, 中文名是用户数据报协议,是OSI(Open System Interconnection,开放式系统互联) 参考模型中一种无连接的传输层协议,提供面向事务的简单不可靠信息传送服务,IETF RFC 768是UDP的正式规范。UDP在IP报文的协议号是17。

UDP是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议,它主要用于不要求分组顺序到达的传输中,分组传输顺序的检查与排序由应用层完成 ,提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。UDP 协议基本上是IP协议与上层协议的接口。UDP协议适用端口分别运行在同一台设备上的多个应用程序。

二.知识点介绍

1、概述

2、UDP协议通信

3、UDP网络程序

三.上课视频对应说明文档

1、概述

UDP是无连接通信协议,即在数据传输时,数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说,当一台计算机向另外一台计算机发送数据时,发送端不会确认接收端是否存在,就会发出数据,同样接收端在收到数据时,也不会向发送端反馈是否收到数据。

由于使用UDP协议消耗资源小,通信效率高,所以通常都会用于音频、视频和普通数据的传输例如视频会议都使用UDP协议,因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包,也不会对接收结果产生太大影响。

但是在使用UDP协议传送数据时,由于UDP的面向无连接性,不能保证数据的完整性,因此在传输重要数据时不建议使用UDP协议。UDP的交换过程如下图所示。

2、UDP协议通信

2.1、DatagramPacket

前面介绍了UDP是一种面向无连接的协议,因此,在通信时发送端和接收端不用建立连接。UDP通信的过程就像是货运公司在两个码头间发送货物一样。在码头发送和接收货物时都需要使用集装箱来装载货物,UDP通信也是一样,发送和接收的数据也需要使用“集装箱”进行打包,为此JDK中提供了一个  DatagramPacket类,该类的实例对象就相当于一个集装箱,用于封装UDP通信中发送或者接收的数据。

想要创建一个DatagramPacket对象,首先需要了解一下它的构造方法。在创建发送端和接收端的DatagramPacket对象时,使用的构造方法有所不同,接收端的构造方法只需要接收一个字节数组来存放接收到的数据,而发送端的构造方法不但要接收存放了发送数据的字节数组,还需要指定发送端IP地址和端口号。

接下来根据API文档的内容,对DatagramPacket的构造方法进行逐一详细地讲解。

(1)DatagramPacket(byte[] buf,int length):构造DatagramPacket,用来接收长度为length的数据包;

使用该构造方法在创建DatagramPacket对象时,指定了封装数据的字节数组和数据的大小,没有指定IP地址和端口号。很明显,这样的对象只能用于接收端,不能用于发送端。因为发送端一定要明确指出数据的目的地(ip地址和端口号),而接收端不需要明确知道数据的来源,只需要接收到数据即可。

(2)DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress address,int prot):构造数据报包,用来将长度为length的包发送到指定主机上的制定端口号。

使用该构造方法在创建DatagramPacket对象时,不仅指定了封装数据的字节数组和数据的大小,还指定了数据包的目标IP地址(addr)和端口号(port)。该对象通常用于发送端,因为在发送数据时必须指定接收端的IP地址和端口号,就好像发送货物的集装箱上面必须标明接收人的地址一样。

上面我们讲解了DatagramPacket的构造方法,接下来对DatagramPacket类中的常用方法进行介绍,如下表所示:

2.2、DatagramSocket

DatagramPacket数据包的作用就如同是“集装箱”,可以将发送端或者接收端的数据封装起来。然而运输货物只有“集装箱”是不够的,还需要有码头。在程序中需要实现通信只有DatagramPacket数据包也同样不行,为此JDK中提供的一个DatagramSocket类。DatagramSocket类的作用就类似于码头,使用这个类的实例对象就可以发送和接收DatagramPacket数据包,发送数据的过程如下图所示。

在创建发送端和接收端的DatagramSocket对象时,使用的构造方法也有所不同,下面对DatagramSocket类中常用的构造方法进行讲解。

(1)DatagramSocket():构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上任何可用的端口。

该构造方法用于创建发送端的DatagramSocket对象,在创建DatagramSocket对象时,并没有指定端口号,此时,系统会分配一个没有被其它网络程序所使用的端口号。

(2)DatagramSocket(int port):创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的制定端口。

该构造方法既可用于创建接收端的DatagramSocket对象,又可以创建发送端的DatagramSocket对象,在创建接收端的DatagramSocket对象时,必须要指定一个端口号,这样就可以监听指定的端口。

上面我们讲解了DatagramSocket的构造方法,接下来对DatagramSocket类中的常用方法进行介绍:

(1) void receive(DatagramPacket p):从此套接字接收数据报包。

(2) void send(DatagramPacket p):从此套接字发送数据报包

3、UDP网络程序

讲解了DatagramPacket和DatagramSocket的作用,接下来通过一个案例来学习一下它们在程序中的具体用法。

下图为UDP发送端与接收端交互图解

要实现UDP通信需要创建一个发送端程序和一个接收端程序,很明显,在通信时只有接收端程序先运行,才能避免因发送端发送的数据无法接收,而造成数据丢失。因此,首先需要来完成接收端程序的编写。

3.1、UDP发送端

/*

* 发送端

* 1,创建DatagramSocket对象

* 2,创建DatagramPacket对象,并封装数据

* 3,发送数据

* 4,释放流资源

*/

public class UDPSend {

public static void main(String[] args) throws IOException {

//1,创建DatagramSocket对象

DatagramSocket sendSocket = new DatagramSocket();

//2,创建DatagramPacket对象,并封装数据

//public DatagramPacket(byte[] buf,int length, InetAddress address,int port)

//构造数据报包,用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。

byte[] buffer = "hello,UDP".getBytes();

DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, InetAddress.getByName("192.168.75.58"), 12306);

//3,发送数据

//public void send(DatagramPacket p) 从此套接字发送数据报包

sendSocket.send(dp);

//4,释放流资源

sendSocket.close();

}

}

3.2、UDP接收端

/*

* UDP接收端

*

* 1,创建DatagramSocket对象

* 2,创建DatagramPacket对象

* 3,接收数据存储到DatagramPacket对象中

* 4,获取DatagramPacket对象的内容

* 5,释放流资源

*/

public class UDPReceive {

public static void main(String[] args)throws IOException {

//1,创建DatagramSocket对象,并指定端口号

DatagramSocket receiveSocket = new DatagramSocket(12306);

//2,创建DatagramPacket对象, 创建一个空的仓库

byte[] buffer = new byte[1024];

DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buffer, 1024);

//3,接收数据存储到DatagramPacket对象中

receiveSocket.receive(dp);

//4,获取DatagramPacket对象的内容

//谁发来的数据  getAddress()

InetAddress ipAddress = dp.getAddress();

String ip = ipAddress.getHostAddress();//获取到了IP地址

//发来了什么数据  getData()

byte[] data = dp.getData();

//发来了多少数据 getLenth()

int length = dp.getLength();

//显示收到的数据

String dataStr = new String(data,0,length);

System.out.println("IP地址:"+ip+ "数据是"+ dataStr);

//5,释放流资源

receiveSocket.close();

}

}

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