計算機網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計利用java實現(xiàn)UDP協(xié)議

1、 計算機網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計利用java 實現(xiàn)UDP協(xié)議系 別計算機與通信工程學(xué)院專 業(yè)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué) 號4110415姓 名張振指導(dǎo)教師王聰2014年7月4日1. 需求分析程序是如何通過網(wǎng)絡(luò)進行相互通信的呢？各個孤立的工作站或主機用物理鏈路相連在一起，組成數(shù)據(jù)鏈路，從而達到資源共享和通信的目的，就形成網(wǎng)絡(luò)。通信是人與人之間同過某種媒體進行的信息交流與傳遞。網(wǎng)絡(luò)通信一般指網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有很多，其中基本最常用的就是TCP/IP 協(xié)議族。UDP協(xié)議就是屬于TCP/IP協(xié)議族中的協(xié)議。在網(wǎng)絡(luò)中它與TCP協(xié)議一樣用于處理數(shù)據(jù)包。在OSI模型中，UDP協(xié)議在第四層傳輸層，處于IP協(xié)議的上一層。與TC

2、P相比，UDP有不提供數(shù)據(jù)報分組、組裝和不能對數(shù)據(jù)包的排序的缺點，也就是說，當(dāng)報文發(fā)送之后，是無法得知其是否安全完整到達的。本文利用Java語言網(wǎng)絡(luò)編程的思想，編寫UDP協(xié)議程序，實現(xiàn)UDP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中所要完成的功能。在Java語言為實現(xiàn)程序的相互通信提供了許多有用的抽象應(yīng)用程序接口（API， Application Programming Interface），這類應(yīng)用程序接口被稱為套接字（sockets）。因此，本文UDP協(xié)議的編程所需要用到的接口就是套接字。2. 實驗環(huán)境開發(fā)環(huán)境: 個人PC+win8.1+myeclipse 103. 實驗原理以及相關(guān)內(nèi)容3.1 UDP簡介UDP 是Us

3、er Datagram Protocol的簡稱，中文全稱是用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議，是一種無連接的傳輸層協(xié)議，提供面向事務(wù)的簡單不可靠信息傳送服務(wù)。在網(wǎng)絡(luò)中它與TCP協(xié)議一樣用于處理數(shù)據(jù)包。在OSI模型中，UDP協(xié)議在第四層傳輸層，處于IP協(xié)議的上一層。與TCP相比，UDP有不提供數(shù)據(jù)報分組、組裝和不能對數(shù)據(jù)包的排序的缺點，也就是說，當(dāng)報文發(fā)送之后，是無法得知其是否安全完整到達的。UDP用來支持那些需要在計算機之間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。包括網(wǎng)絡(luò)視頻會議系統(tǒng)在內(nèi)的眾多的客戶/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要使用UDP協(xié)議。3.2 使用UDP原因UDP協(xié)議從問世至今已經(jīng)被使用了很多年，雖然其最初的光彩已經(jīng)被一些類似

4、協(xié)議所掩蓋，但是即使是在今天，UDP仍然不失為一項非常實用和可行的網(wǎng)絡(luò)傳輸層協(xié)議。這是因為UDP 有以下特點：（1）UDP是一個無連接協(xié)議，傳輸數(shù)據(jù)之前源端和終端不建立連接，當(dāng)它想傳送時就簡單地去抓取來自應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)，并盡可能快地把它扔到網(wǎng)絡(luò)上。（2）由于傳輸數(shù)據(jù)不建立連接，因此也就不需要維護連接狀態(tài)，包括收發(fā)狀態(tài)等，因此一臺服務(wù)機可同時向多個客戶機傳輸相同的消息。（3）UDP信息包的標(biāo)題很短，只有8個字節(jié)，相對于TCP的20個字節(jié)信息包的額外開銷很小。（4）吞吐量不受擁擠控制算法的調(diào)節(jié)，只受應(yīng)用軟件生成數(shù)據(jù)的速率、傳輸帶寬、源端和終端主機性能的限制。（5）UDP使用盡最大努力交付，即不保證

5、可靠交付，因此主機不需要維持復(fù)雜的鏈接狀態(tài)表（這里面有許多參數(shù)）。（6）UDP是面向報文的。發(fā)送方的UDP對應(yīng)用程序交下來的報文，在添加首部后就向下交付給IP層。既不拆分，也不合并，而是保留這些報文的邊界，因此，應(yīng)用程序需要選擇合適的報文大小。3.3 UDP套接字UDP協(xié)議提供了一種不同于TCP協(xié)議的端到端服務(wù)。實際上UDP協(xié)議只實現(xiàn)兩個功能： (1).在IP協(xié)議的基礎(chǔ)上添加了另一層地址（端口）； (2).對數(shù)據(jù)傳輸過程中可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯誤進行了檢測，并拋棄已經(jīng)損壞的數(shù)據(jù)。由于其簡單性，UDP套接字具有一些與我們之前所看到的TCP套接字不同的特征。例如，UDP套接字在使用前不需要進行連接。TC

6、P協(xié)議與電話通信相似，而UDP協(xié)議則與郵件通信相似：你寄包裹或信件時不需要進行“連接”，但是你得為每個包裹和信件指定目的地址。類似的，每條信息（即數(shù)據(jù)報文，datagram）負(fù)載了自己的地址信息，并與其他信息相互獨立。在接收信息時，UDP套接字扮演的角色就像是一個信箱，從不同地址發(fā)送來的信件和包裹都可以放到里面。一旦被創(chuàng)建，UDP套接字就可以用來連續(xù)地向不同的地址發(fā)送信息，或從任何地址接收信息。UDP套接字與TCP套接字的另一個不同點在于他們對信息邊界的處理方式不同：UDP套接字將保留邊界信息。這個特性使應(yīng)用程序在接受信息時，從某些方面來說比使用TCP套接字更簡單。最后一個不同點是，UDP協(xié)議

7、所提供的端到端傳輸服務(wù)是盡力而為（best-effort）的，即UDP套接字將盡可能地傳送信息，但并不保證信息一定能成功到達目的地址，而且信息到達的順序與其發(fā)送順序不一定一致（就像通過郵政部門寄信一樣）。因此，使用了UDP套接字的程序必須準(zhǔn)備好處理信息的丟失和重排。4. 實驗內(nèi)容4.1 流程圖UDP應(yīng)用程序原理圖UDP應(yīng)用程序流程圖4.2 實例解析3.3.1 UDP服務(wù)器端UDP服務(wù)器要執(zhí)行以下三步： （1）.創(chuàng)建一個DatagramSocket實例，指定本地端口號，并可以選擇指定本地地址。此時，服務(wù)器已經(jīng)準(zhǔn)備好從任何客戶端接收數(shù)據(jù)報文。 （2）.使用DatagramSocket類的recei

8、ve()方法老接收一個DatagramPacket實例。當(dāng)receive() 方法返回時，數(shù)據(jù)報文就包含了客戶端的地址與端口，這樣我們就知道回復(fù)信息該發(fā)送到什么地方。（3）.使用DatagramSocket類的send()和receive()方法發(fā)送和接收DatagramPacket實例，進行通信。/服務(wù)器類UDPServerBean.javapackage UDP;import java.io.*;import .*;public class UDPServerBean private DatagramSocket dSocket;private int ClientPort;private

9、 int ServerPort;private InetAddress ServerIP;private InetAddress ClientIP;private String content;/ 無參構(gòu)造函數(shù)public UDPServerBean() throws SocketException,UnknownHostException ClientPort = 1111;ServerPort = 1001;content = ""ClientIP = InetAddress.getLocalHost();ServerIP = InetAddress.getLocalH

10、ost();dSocket = new DatagramSocket(ServerPort);/ 信息發(fā)送函數(shù)，將接收到的信息發(fā)回給用戶public void sendToClient() throws IOExceptionbyte Buffer = ("服務(wù)器已經(jīng)收到：n "+content).getBytes(); / 將要發(fā)送的信息給Buffer變量DatagramPacket dPacket = new DatagramPacket(Buffer,Buffer.length,getClientIP(),getClientPort(); /創(chuàng)建DatagramPac

11、ket對象dPacket，并設(shè)置客戶機的IP地址與端口號dSocket.send(dPacket); /發(fā)送信息/ 以下全是UDPServerBean類的各個成員變量的get和set方法public InetAddress getServerIP() return ServerIP;public void setServerIP(InetAddress serverIP) throws Exception ServerIP = serverIP;public DatagramSocket getdSocket() return dSocket;public void setdSocket(Da

12、tagramSocket dSocket) this.dSocket = dSocket;public int getClientPort() return ClientPort;public void setClientPort(int clientPort) ClientPort = clientPort;public int getServerPort() return ServerPort;public void setServerPort(int serverPort) throws SocketException ServerPort = serverPort;public Str

13、ing getContent() return content;public void setContent(String content) this.content = content;public InetAddress getClientIP() return ClientIP;public void setClientrIP(InetAddress clientIP) ClientIP = clientIP;/服務(wù)器端代碼，UDPServer.javapackage UDP;import java.awt.*;import java.awt.event.*;import java.io

14、.*;import .*;import javax.swing.*;public class UDPServer extends JAppletprivate UDPServerBean server;private Thread thread;private JTextField jtf_ServerPort = new JTextField(10);private JButton jbt_Strat = new JButton("啟動");private JButton jbt_Exit= new JButton("退出");private JTex

15、tArea jta_Server = new JTextArea();public UDPServer() JPanel jplServer11 = new JPanel();jplServer11.add(new JLabel("服務(wù)器端口:");jplServer11.add(jtf_ServerPort);JPanel jplServer21= new JPanel();jplServer21.add(jbt_Strat);jplServer21.add(jbt_Exit);JPanel jplServer0= new JPanel();jplServer0.setL

16、ayout(new GridLayout(2,1);jplServer0.add(jplServer11,BorderLayout.NORTH);jplServer0.add(jplServer21);add(jplServer0,BorderLayout.NORTH);add(new JScrollPane(jta_Server),BorderLayout.CENTER);/ 使用線程thread = new Thread(new Runnable()public void run() receiveForemClient(); /調(diào)用發(fā)送函數(shù) );/啟動按鈕事件jbt_Strat.addA

17、ctionListener(new ActionListener()public void actionPerformed(ActionEvent e) int serPort = Integer.parseInt(jtf_ServerPort.getText(); / 從jtf_ServerPort文本區(qū)中取服務(wù)器的端口號try server = new UDPServerBean(); /創(chuàng)建服務(wù)器UDPServerBean的類對象server.setServerPort(serPort); /將取得的服務(wù)器端口serPort給server對象jta_Server.setText(&quo

18、t;設(shè)置服務(wù)器端口為 "+jtf_ServerPort.getText()+" ，服務(wù)器開啟.n"); / 將服務(wù)器端設(shè)置好的信息顯示在jta_Server文本域中thread.start(); /啟動線程 catch (SocketException e2) e2.printStackTrace();catch (UnknownHostException e1) e1.printStackTrace(); catch (Exception e1) e1.printStackTrace(););/ 退出按鈕的觸發(fā)事件jbt_Exit.addActionListen

19、er(new ActionListener() public void actionPerformed(ActionEvent e) System.exit(0););/ 接收客戶端的信息，并將接收到的信息發(fā)回給客戶機public void receiveForemClient()String rec_str = null;byte Buffer = new byte 1024; try server.setdSocket(new DatagramSocket(server.getServerPort(),server.getServerIP(); / server對象調(diào)用setdSocket

20、()函數(shù)，創(chuàng)建新Socket對象(此時服務(wù)器端口號為設(shè)定的端口號) catch (SocketException e) e.printStackTrace();DatagramPacket dPacket = new DatagramPacket(Buffer,Buffer.length); /創(chuàng)建DatagramPacket對象dPacketwhile(true) / 用循環(huán)監(jiān)聽信息接收try server.getdSocket().receive(dPacket); /接受信息，將接收到的信息存放在dPacket對象中rec_str = new String(dPacket.getData

21、(),0,dPacket.getLength(); /取出dPacket對象中接收到的信息server.setClientPort(dPacket.getPort(); / 將dPacket對象中包含的客戶機的端口號給server對象 server.setClientrIP(dPacket.getAddress();/ 將dPacket對象中包含的客戶機的IP給server對象 server.setContent(rec_str); / 將接收的信息給server對象 jta_Server.setText(jta_Server.getText()+"收到IP地址為 "+se

22、rver.getClientIP()+",端口為 "+server.getClientPort()+" 的客戶機的信息有：n "+rec_str+"n"); / 將客戶機的信息與接收的信息顯示在jta_Server文本域中server.sendToClient(); /將信息發(fā)送回去 catch (IOException e) e.printStackTrace();UDP客戶端UDP客戶端首先向被動等待聯(lián)系的服務(wù)器端發(fā)送一個數(shù)據(jù)報文。一個典型的UDP客戶端主要執(zhí)行以下三步： (1).創(chuàng)建一個DatagramSocket實例，可以選擇

23、對本地地址和端口號進行設(shè)置。 (2).使用DatagramSocket類的send()和 receive()方法來發(fā)送和接收DatagramPacket實例，進行通信。(3).通信完成后，使用DatagramSocket類的close()方法來銷毀該套接字。 / 客戶端類 UDPClientBean.javapackage UDP;import java.io.*;import .*;class UDPClientBeanprivate DatagramSocket dSocket; private int ServerPort;private int ClientPort;private I

24、netAddress ServerIP;private InetAddress ClientIP;private String content;/無參構(gòu)造函數(shù)public UDPClientBean() throws SocketException,UnknownHostException ServerPort = 1001;ClientPort =1111;content = ""ClientIP = InetAddress.getLocalHost();ServerIP = InetAddress.getLocalHost();dSocket = new Datagra

25、mSocket(ClientPort);/ 信息發(fā)送函數(shù)public void sendToServer() throws IOExceptionbyte Buffer = getContent().getBytes(); /將要發(fā)送的信息給Buffer變量DatagramPacket dPacket = new DatagramPacket(Buffer,Buffer.length,getServerIP(),getServerPort(); / 創(chuàng)建DatagramPacket對象dPacket，并指定要發(fā)送對象的服務(wù)器的IP地址與端口號dSocket.send(dPacket); / d

26、Socket對象調(diào)用send函數(shù)發(fā)送信息setContent("");/ 信息接收函數(shù)public String receiveFromServer() throws IOExceptionbyte buffer = new byte1024;DatagramPacket dPacket = new DatagramPacket(buffer,buffer.length); / 創(chuàng)建DatagramPacket對象dPacketdSocket.receive(dPacket); / dSocket對象調(diào)用receive函數(shù)接收信息String receive_str = n

27、ew String(dPacket.getData(),0,dPacket.getLength();return receive_str; / 返回接收到的信息/ 下面都是UDPClientBean類的各個成員變量的get和set方法public DatagramSocket getdSocket() return dSocket;public void setdSocket(DatagramSocket dSocket) this.dSocket = dSocket;public int getServerPort() return ServerPort;public void setSer

28、verPort(int serverPort) ServerPort = serverPort;public String getContent() return content;public void setContent(String content) this.content = content;public InetAddress getServerIP() return ServerIP;public void setServerIP(InetAddress serverIP) ServerIP = serverIP;public int getClientPort() return

29、 ClientPort;public void setClientPort(int clientPort) ClientPort = clientPort;public InetAddress getClientIP() return ClientIP;public void setClientIP(InetAddress clientIP) ClientIP = clientIP;/ 客戶端代碼，UDPClient.javapackage UDP;import java.awt.*;import java.awt.event.*;import java.io.*;import .*;impo

30、rt javax.swing.*;public class UDPClient extends JApplet private String content;private UDPClientBean client;private JTextField jtf_ServerIP = new JTextField(10);private JTextField jtf_ServerPort = new JTextField(10);private JTextField jtf_ClientPort = new JTextField(10);private JButton jbt_Set= new

31、JButton("設(shè)置");private JTextArea jta_ClientShow = new JTextArea();private JTextArea jta_ClientInput = new JTextArea();private JButton jbt_Send= new JButton("發(fā)送");private JButton jbt_Exit= new JButton("退出");public UDPClient()JPanel jplClient11 = new JPanel();jplClient11.s

32、etLayout(new GridLayout(3,2);jplClient11.add(new JLabel("客戶端端口:");jplClient11.add(jtf_ClientPort);jplClient11.add(new JLabel("服務(wù)器地址:");jplClient11.add(jtf_ServerIP);jplClient11.add(new JLabel("服務(wù)器端口:");jplClient11.add(jtf_ServerPort);JPanel jplClient10= new JPanel();jpl

33、Client10.add(jplClient11);jplClient10.add(jbt_Set);JPanel jplClient21 = new JPanel();jplClient21.add(jbt_Send);jplClient21.add(jbt_Exit);JPanel jplClient31 = new JPanel();jplClient31.setLayout(new GridLayout(2,1);jplClient31.add(new JScrollPane(jta_ClientShow);jplClient31.add(new JScrollPane(jta_Cli

34、entInput);add(jplClient10,BorderLayout.NORTH);add(jplClient31,BorderLayout.CENTER);add(jplClient21,BorderLayout.SOUTH);/ 設(shè)置按鈕觸發(fā)事件jbt_Set.addActionListener(new ActionListener()public void actionPerformed(ActionEvent e) try client = new UDPClientBean(); /創(chuàng)建UDPClientBean對象int cliPort = Integer.parseInt

35、(jtf_ClientPort.getText(); /將客戶機端口從jtf_ServerPort文本域中取出client.setClientPort(cliPort); /將取出的cliPort給client對象的ClientPort成員變量String serIP = jtf_ServerIP.getText(); / 將服務(wù)器IP從jtf_ServerIP文本域中取出int serPort = Integer.parseInt(jtf_ServerPort.getText(); /將服務(wù)器端口從jtf_ServerPort文本域中取出client.setdSocket(new Datag

36、ramSocket(client.getClientPort(),client.getClientIP(); / client對象調(diào)用setdSocket()函數(shù)，創(chuàng)建新Socket對象(此時客戶機端口號為設(shè)定的端口號)client.setServerIP(InetAddress.getByName(serIP); /將取出的serIP給client對象的ServerIP成員變量client.setServerPort(serPort); /將取出的serPort給client對象的ServerPort成員變量jta_ClientShow.setText("將信息發(fā)送到IP為 &qu

37、ot;+jtf_ServerIP.getText()+" 端口為 "+jtf_ServerPort.getText()+" 的服務(wù)器上。n"); / 將信息發(fā)送的對象的服務(wù)器的信息顯示在jta_ClientShow區(qū)域中 catch (SocketException e2) e2.printStackTrace(); catch (UnknownHostException e1) e1.printStackTrace();catch (Exception e1) e1.printStackTrace(););/ 發(fā)送按鈕觸發(fā)事件jbt_Send.addActionListener(new ActionListener()public void actionPerformed(ActionEvent e) client.setContent("");content = jta_ClientInput.getText(); /取jta_ClientInput文本區(qū)域中要發(fā)送的信息client.setContent(content); /將取出的信息給client對對象的content成員變量jta_ClientShow.setText(jta_ClientShow.getTe