基于UDP的Socket通信

谁践踏了优雅 2021-08-29 17:28 361阅读 0赞

### 基于UDP的Socket通信 ###

注意，在使用UDP实现Socket通信时一定要使用两台真机，不要使用虚拟机，不然会出现UDP包无法发送的情况。

UDP ( User Datagram Protocol,用户数据报协议)是-种面向无连接的传输层协议，提供不可靠的信息传送服务。  
无连接是指通信时服务端与客户端不需要建立连接，直接把数据包从一端发送到另一端，对方获取数据包再进行数据的处理。

UDP是“不可靠的”，是指该协议在网络环境不好的情况下，会丢失数据包，因为没有数据包重传的功能，另外它也不提供对数据包进行分组、组装，以及不能对数据包进行排序，这些都是它和TCP最主要的区别。使用UDP发送报文后，是无法得知其是否安全，以及是否完整地到达目的地的。

UDP将网络数据流量压缩成数据包的形式，一个典型的数据包就是一个二进制的数据传输单位，每一个数据包的前8个字节用来包含报头信息，剩余字节则用来包含具体的传输数据。  
因为UDP报文没有可靠性保证、没有顺序保证，以及没有流量控制等功能，所以它可靠性较差。但是，正因为UDP的控制选项较少，在数据传输过程中延迟小、数据传输效率高，因而适合对可靠性要求不高的应用程序。  
UDP和TCP都属于传输层协议。

在选择使用某种协议的时候，选择UDP必须要谨慎，因为在网络质量不好的情况下，UDP的数据包丟失的情况会比较严重，但正是因为它是无连接型协议，因而具有资源消耗小、处理速度快的优点。通常音频、视频和普通数据在传送时使用UDP较多，因为它们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，如视频聊天时，丟失某些帧对聊天效果影响不大。

TCP中包含了专门的传递保证机制，来确保发送的数据能到达对端，并且是有序的。UDP与TCP不同，UDP并不提供数据传送的保证机制，如果在从发送方到接收方的传递过程中出现数据报的丢失，协议本身并不能做出任何检测或提示，因此，经常把UDP称为不可靠的传输协议。

另外，相对于TCP，UDP的另外一个不同之处是不能确保数据的发送和接收的顺序。

#### 使用UDP实现Socket通信 ####

在使用UDP实现Socket通信时，服务端与客户端都是使用DatagramSocket类，传输的数据要存放在DatagramPacket类中。

DatagramSocket类表示用来发送和接收数据报包的套接字。数据报套接字是包投递服务的发送或接收点。每个在数据报套接字上发送或接收的包都是单独编址和路由的。从一台机器发送到另一台机器的多个包可能选择不同的路由，也可能按不同的顺序到达。在DatagramSocket.上总是启用UDP广播发送。为了接收广播包，应该将DatagramSocket绑定到通配符地址。在某些实现中，将DatagramSocket绑定到一个更加具体的地址时广播包也可以被接收。

DatagramSocket s = new DatagramSocket(null);
    s.bind(new InetSocketAddress(8888));
    //等价于
    DatagramSocket s = new DatagramSocket(8888);

DatagramPacket类表示数据报包。数据报包用来实现无连接包投递服务。每条报文仅根据该包中包含的信息从一台机器路由到另一台机器。从一台机器发送到另- -台机器的多个包可能选择不同的路由，也可能按不同的顺序到达。

DatagramSocket类中的`public synchronized void receive(DatagramPacket p)`方法的作用是从此套接字接收数据报包。当此方法返回时，DatagramPacket 的缓冲区填充了接收的数据。数据报包也包含发送方的IP地址和发送方机器上的端口号。此方法在接收到数据报前一直阻塞。数据报包对象的length字段包含所接收信息的长度。如果发送的信息比接收端包关联的byte\[\]长度长，该信息将被截短。如果发送信息的长度大于65507，则发送端出现异常。

DatagramSocket类中的`public void send(DatagramPacket p)`方法的作用是从此套接字发送数据报包。DatagramPacket 包含的信息有:将要发送的数据及其长度、远程主机的IP地址和远程主机的端口号。

DatagramPacket类中的`public synchronized byte[] getData()`方法的作用是返回数据缓冲区。接收到的或将要发送的数据从缓冲区中的偏移量offset处开始，持续length长度。

本测试要实现的是客户端使用UDP将字符串1234567890传递到服务端。

public static void main(String[] args) { 
            try { 
                DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);
                byte[] byteArray = new byte[12];
                //构造方法第二个参数也要写上10个，代表要接收数据的长度为10
                //和客户端发送数据的长度一致
                DatagramPacket myPacket = new DatagramPacket(byteArray, 10);
                socket.receive(myPacket);
                socket.close();
                System.out.println("包中数据的长度：" + myPacket.getLength());
                System.out.println(new String(myPacket.getData(), 0, myPacket.getLength()));
            } catch (SocketException e) { 
                e.printStackTrace();
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    public static void main(String[] args) { 
            //客户端要发送的数据字节长度为10
            //所以服务端只能最大取得10个数据
            try { 
                DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
                socket.bind(new InetSocketAddress("localhost", 8888));
                byte[] byteArray = "1234567890".getBytes();
                DatagramPacket myPacket = new DatagramPacket(byteArray, byteArray.length);
                socket.send(myPacket);
                socket.close();
            } catch (SocketException e) { 
                e.printStackTrace();
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }

#### 发送超大数据量的包导致数据截断的情况 ####

理论上，一个UDP包最大的长度为216-1 (65536- 1=65535),因此，IP 包最大的发送长度为65535。但是，在这65535之内包含IP协议头的20个字节，还有UDP协议头的.8个字节，即65535 - 20- 8= 65507，因此，UDP传输用户数据最大的长度为65507。如果传输的数据大于65507,则在发送端出现异常。

#### Datagram Packet类中常用API的使用 ####

DatagramPacket类中的`public synchronized void setData(byte[] buf)`方法的作用是为此包设置数据缓冲区。将此DatagramPacket的偏移量设置为0，长度设置为buf的长度。

DatagramPacket类中的`public synchronized void setData(byte[] buf, int offset, int length)`方法的作用是为此包设置数据缓冲区。此方法设置包的数据、长度和偏移量。

DatagramPacket类中的`public synchronized int getOffset()`方法的作用是返回将要发送或接收到的数据的偏移量。

DatagramPacket类中的`public synchronized void setLength(int length)`方法的作用是为此包设置长度。包的长度是指包数据缓冲区中将要发送的字节数，或用来接收数据的包数据缓冲区的字节数。长度必须小于或等于偏移量与包缓冲区长度之和。