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UDP协议开发

时间:2016-12-14 22:06:44      阅读:319      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:span   资源   handler   cti   flush   rand   安全   设置   端口号   

UDP是用户数据报协议(User Datagram Protocol,UDP)的简称,其主要作用是将网络数据流量压缩成数据报形式,提供面向事务的简单信息传送服务。与TCP协议不同,UDP协议直接利用IP协议进行UDP数据报的传输,UDP提供的是面向无连接的、不可靠的数据报投递服务。当使用UDP协议传输信息时,用户应用程序必须负责解决数据报丢失、重复、排序,差错确认等问题。由于UDP具有资源消耗小、处理速度快的优点,所以通常视频、音频等可靠性要求不高的数据传输一般会使用UDP,即便有一定的丢包率,也不会对功能造成严重的影响。

UDP协议简介

UDP是无连接的,通信双方不需要建立物理链路连接。在网络中它用于处理数据包,在OSI模型中,它处于第四层传输层,即位于IP协议的上一层。它不对数据报分组、组装、校验和排序,因此是不可靠的。报文的发送者不知道报文是否被对方正确接收。

UDP数据报格式有首部和数据两个部分,首部很简单,为8个字节,包括以下部分:

(1)源端口:源端口号,2个字节,最大值为65535;

(2)目的端口:目的端口号,2个字节,最大值为65535;

(3)长度:2字节,UDP用户数据报的总长度;

(4)校验和:2字节,用于校验UDP数据报的数字段和包含UDP数据报首部的“伪首部”。其校验方法类似于IP分组首部中的首部校验和。

伪首部,又称为伪包头(Pseudo Header):是指在TCP的分段或UDP的数据报格式中,在数据报首部前面增加源IP地址、目的IP地址、IP分组的协议字段、TCP或UDP数据报的总长度等,共12字节,所构成的扩展首部结构。此伪首部是一个临时的结构,它既不向上也不向下传递,仅仅是为了保证可以校验套接字的正确性。

UDP协议数据报格式示意图如图:

技术分享

UDP协议的特点如下。

(1)UDP传送数据前并不与对方建立连接,即UDP是无连接的。在传输数据前,发送方和接收方相互交换信息使双方同步;

(2)UDP对接收到的数据报不发送确认信号,发送端不知道数据是否被正确接收,也不会重发数据;

(3)UDP传送数据比TCP快速,系统开销也少:UDP比较简单,UDP头包含了源端口、目的端口、消息长度和校验和等很少的字节。由于UDP比TCP简单、灵活,常用于可靠性要求不高的数据传输,如视频、图片以及简单文件传输系统(TFTP)等。TCP则适用于可靠性要求很高但实时性要求不高的应用,如文件传输协议FTP、超文本传输协议HTTP、简单邮件传输协议SMTP等。

服务端开发

 

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioDatagramChannel;

public class ChineseProverbServer {
    public void run(int port) throws Exception {
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap b = new Bootstrap();
            //由于使用UDP通信,在创建Channel的时候需要通过NioDatagramChannel来创建
            b.group(group).channel(NioDatagramChannel.class)
                    //随后设置Socket参数支持广播,
                    .option(ChannelOption.SO_BROADCAST, true)
                    //最后设置业务处理handler。
                    //相比于TCP通信,UDP不存在客户端和服务端的实际连接,
                    //因此不需要为连接(ChannelPipeline)设置handler,
                    //对于服务端,只需要设置启动辅助类的handler即可。
                    .handler(new ChineseProverbServerHandler());
            b.bind(port).sync().channel().closeFuture().await();
        } finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        int port = 8080;
        if (args.length > 0) {
            try {
                port = Integer.parseInt(args[0]);
            } catch (NumberFormatException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        new ChineseProverbServer().run(port);
    }
}

import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.channel.socket.DatagramPacket;
import io.netty.util.CharsetUtil;
import io.netty.util.internal.ThreadLocalRandom;

public class ChineseProverbServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler {
    // 谚语列表
    private static final String[] DICTIONARY = {"只要功夫深,铁棒磨成针。",
            "旧时王谢堂前燕,飞入寻常百姓家。", "洛阳亲友如相问,一片冰心在玉壶。", "一寸光阴一寸金,寸金难买寸光阴。",
            "老骥伏枥,志在千里。烈士暮年,壮心不已!"};

    private String nextQuote() {
        //由于ChineseProverbServerHandler存在多线程并发操作的可能,
        //所以使用了Netty的线程安全随机类ThreadLocalRandom。
        // 如果使用的是JDK7,可以直接使用JDK7的java.util.concurrent.ThreadLocalRandom。
        int quoteId = ThreadLocalRandom.current().nextInt(DICTIONARY.length);
        return DICTIONARY[quoteId];
    }

    @Override
    public void messageReceived(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)throws Exception {
        //Netty对UDP进行了封装,因此,接收到的是Netty封装后的io.netty. channel.socket.DatagramPacket对象。
        DatagramPacket packet = (DatagramPacket) msg;
        //将packet内容转换为字符串(利用ByteBuf的toString(Charset)方法),
        String req = packet.content().toString(CharsetUtil.UTF_8);
        System.out.println(req);
        // 然后对请求消息进行合法性判断:如果是“谚语字典查询?”,则构造应答消息返回。
        // DatagramPacket有两个参数:第一个是需要发送的内容,为ByteBuf;
        // 另一个是目的地址,包括IP和端口,可以直接从发送的报文DatagramPacket中获取。
        if ("谚语字典查询?".equals(req)) {
            ctx.writeAndFlush(
                    new DatagramPacket(Unpooled.copiedBuffer("谚语查询结果: " + nextQuote(), CharsetUtil.UTF_8),
                    packet.sender()));
        }
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)
            throws Exception {
        ctx.close();
        cause.printStackTrace();
    }
}

客户端开发 

UDP程序的客户端和服务端代码非常相似,唯一不同之处是UDP客户端会主动构造请求消息,向本网段内的所有主机广播请求消息,对于服务端而言,接收到广播请求消息之后会向广播消息的发起方进行定点发送。

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.DatagramPacket;
import io.netty.channel.socket.nio.NioDatagramChannel;
import io.netty.util.CharsetUtil;

import java.net.InetSocketAddress;

public class ChineseProverbClient {

    public void run(int port) throws Exception {
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap b = new Bootstrap();
            //创建UDP Channel和设置支持广播属性等与服务端完全一致。
            // 由于不需要和服务端建立链路,UDP Channel创建完成之后,客户端就要主动发送广播消息;
            // TCP客户端是在客户端和服务端链路建立成功之后由客户端的业务handler发送消息,这就是两者最大的区别。
            b.group(group).channel(NioDatagramChannel.class)
                    .option(ChannelOption.SO_BROADCAST, true)
                    .handler(new ChineseProverbClientHandler());
            Channel ch = b.bind(0).sync().channel();
            // 向网段内的所有机器广播UDP消息
            // 用于构造DatagramPacket发送广播消息,
            // 注意,广播消息的IP设置为“255.255.255.255”。
            // 消息广播之后,客户端等待15s用于接收服务端的应答消息,然后退出并释放资源。
            ch.writeAndFlush(
                    new DatagramPacket(Unpooled.copiedBuffer("谚语字典查询?",CharsetUtil.UTF_8),
                            new InetSocketAddress("255.255.255.255", port))
            ).sync();
            if (!ch.closeFuture().await(15000)) {
                System.out.println("查询超时!");
            }
        } finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        int port = 8080;
        if (args.length > 0) {
            try {
                port = Integer.parseInt(args[0]);
            } catch (NumberFormatException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        new ChineseProverbClient().run(port);
    }
}
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.channel.socket.DatagramPacket;
import io.netty.util.CharsetUtil;

public class ChineseProverbClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler {

    @Override
    public void messageReceived(ChannelHandlerContext ctx, Object o)
            throws Exception {
        //接收到服务端的消息之后将其转成字符串,然后判断是否以“谚语查询结果:”开头,
        //如果没有发生丢包等问题,数据是完整的,就打印查询结果,然后释放资源。
        DatagramPacket msg = (DatagramPacket)o;
        String response = msg.content().toString(CharsetUtil.UTF_8);
        if (response.startsWith("谚语查询结果:")) {
            System.out.println(response);
            ctx.close();
        }
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)
            throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

 

UDP协议开发

标签:span   资源   handler   cti   flush   rand   安全   设置   端口号   

原文地址:http://www.cnblogs.com/wade-luffy/p/6180770.html

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