实验07 UDP Socket.doc

实验七 UDP Socket一本实验目的及要求：1 掌握在TCP/IP体系结构中UDP协议概念和应用领域；学习UDP协议内容，了解单播、广播和组播的概念，掌握什么是D类IP地址及分类；2 掌握在JAVA程序设计中与UDP通信相关的类DatagramSocket和DatagramPacket；3 掌握在JAVA程序设计中利用UDP进行组播的类MulticastSocket。4 完成以下各内容程序，截存运行结果图，并提交实验报告。二基础知识1UDP概念UDP(User Datagram Protocol） 用户数据报协议 （RFC 768）是 OSI 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。 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。在实际的Internet应用中，UDP占据了半壁江山。UDP常用应用和相关设置端口，如表4-1所示。表4-1 UDP常用应用和相关设置端口2UDP套接字类在JAVA语言中，一个UDP Socket用于处理数据包的发送或接收业务。每一个数据包独立的选择路由进行发送和接收。在两台计算机之间的多个数据包发送会选择不同的路径，并且到达顺序也不同于发送顺序。 在JAVA语言中，DatagramSocket类被用于发送和接收UDP数据包，定义如图4-2所示。 例如: DatagramSocket s = new DatagramSocket(null); s.bind(new InetSocketAddress(8888); 该语句相当于: DatagramSocket s = new DatagramSocket(8888);这两种情况都在本地创建一个DatagramSocket接收UDP端口8888的数据。其构造方法：DatagramSocket() 在本地端口创建创建一个数据包套接字。DatagramSocket(intport) 在本地指定端口创建创建一个数据包套接字。DatagramSocket(intport, InetAddressladdr) 在本地指定的IP地址和端口创建创建一个数据包套接字。l DatagramPacket该类用于存储数据包，UDP数据包用于实现无连接的数据提交服务。每个信息利用自己包中的信息独立完成在计算机之间的传递。在2台计算机之间传递的多个数据包可能选择不同的路由，并且到达顺序不同于发送顺序。数据包的提交是不可靠的。DatagramPacket(bytebuf, intlength) 建立一个指定缓冲长度的数据包；DatagramPacket(bytebuf, intlength, InetAddressaddress, intport) 在指定的IP地址和端口上，建立一个指定缓冲长度的数据包。3. 组播组播（Multicast）传输：在发送者和每一接收者之间实现点对多点网络连接。如果一台发送者同时给多个的接收者传输相同的数据，也只需复制一份的相同数据包。它提高了数据传送效率。减少了骨干网络出现拥塞的可能性。IP多播通信必须依赖于IP多播地址，在IPv4中它是一个D类IP地址，范围从到55，并被划分为局部链接多播地址、预留多播地址和管理权限多播地址三类。l 局部链接多播地址范围在55，这是为路由协议和其它用途保留的地址，路由器并不转发属于此范围的IP包；l 预留多播地址为55，可用于全球范围（如Internet）或网络协议；l 管理权限多播地址为55，可供组织内部使用，类似于私有IP地址，不能用于Internet，可限制多播范围。 多播套接字类MulticastSocket这个类用于发送和接收IP多播数据包。该MulticastSocket是一个UDP DatagramSocket, 增加了在internet上加入其它多播主机“组”的功能。UDP广播发送建立在DatagramSocket基础上。用于接收广播数据必须绑定在统配的地址上。一个多播组是建立在一个D类IP地址上和一个UDP端口上。D类IP地址的范围是-55, 注意地址 是保留地址不能使用。在某些实现中，广播数据包可以绑定在多个指定的地址上。一个终端需要加入一个组播组需要在指定的端口上建立一个MulticastSocket / 加入组播组，并在组内发送问候 . String msg = Hello; InetAddress group = InetAddress.getByName(); MulticastSocket s = new MulticastSocket(8000); s.joinGroup(group); DatagramPacket hi = new DatagramPacket(msg.getBytes(), msg.length(), group, 8000); s.send(hi); /获得反馈消息 byte buf = new byte1000; DatagramPacket recv = new DatagramPacket(buf, buf.length); s.receive(recv); . /离开多播组 s.leaveGroup(group);三类及方法：1. DatagramSocket常用方法InetAddressgetAddress() 获得发送或接收到数据包的IPbytegetData() 获得数据intgetLength() 获得发送或接收的数据长度intgetPort() 获得发送或接收的数据来对方的端口号SocketAddressgetSocketAddress() 获得发送或接收数据的Socket地址voidsetAddress(InetAddressiaddr) 设置发送数据的目的地址voidsetData(bytebuf) 设置发送的数据voidsetData(bytebuf, intoffset, intlength) 设置发送的数据voidsetLength(intlength) 设置数据包长度voidsetPort(intiport) 设置数据包的端口号voidsetSocketAddress(SocketAddressaddress) 设置数据包的Socket2. DatagramPacket常用方法voidbind(SocketAddressaddr)绑定数据包到指定的Socketvoidclose() 关闭该UDP Socketvoidconnect(InetAddressaddress, intport) 连接远端地址voidconnect(SocketAddressaddr) 连接远端地址voiddisconnect() 断开连接booleangetBroadcast() 测试能否广播InetAddressgetInetAddress()获得已连接的IP地址InetAddressgetLocalAddress() 获得本地的IP地址intgetLocalPort() 获得本地的端口号SocketAddressgetLocalSocketAddress()获得本地的Socket地址.intgetPort()获得指定数据包的端口号SocketAddressgetRemoteSocketAddress()获得远端的Socket地址.intgetSoTimeout() 获得数据包超时时间booleanisBound() 获得绑定Socket的状态booleanisClosed() 获得Socket是否关闭booleanisConnected() 获得Socket是否连接voidreceive(DatagramPacketp) 接收数据包voidsend(DatagramPacketp) 发送数据包voidsetBroadcast(booleanon) 开启/关闭广播voidsetReceiveBufferSize(intsize) 设置接收缓存voidsetSendBufferSize(intsize)设置发送缓存voidsetSoTimeout(inttimeout) 设置超时时间，毫秒级3）MulticastPacket常用方法booleangetLoopbackMode() 获得本地环回测试模式intgetTimeToLive()获得数据包生命时间voidjoinGroup(InetAddressmcastaddr) 加入组播组voidleaveGroup(InetAddressmcastaddr) 离开组播组voidsetLoopbackMode(booleandisable)设置本地环回测试voidsetTimeToLive(intttl) 设置数据包生命时间4 知识填空1. 在应用层上HTTP协议使用传输层（ ）协议；应用层DNS协议使用传输层（ ）协议；应用层FTP协议使用传输层（ ）协议；应用层IGMP协议使用传输层（ ）。2. 信息传播的方式有（ ）、（ ）和（ ）。3. 在JAVA语言中，.net类库包中有关于UDP通信的类，包括（ ），（ ）和（ ）。4. DatagramSocket类中的发送数据包的方法是（ ），接收数据包的方法是（ ）。5. DatagramPacket类中从数据报中获得字节数据的方法是（ ），设置数据报的方法是（ ）。6. IPv4地址，通常由2个部分组成，分别是：网络号 和 主机号，广播地址是（ ）全为1，如果主机号全为0，则该IP地址表示（ )。7. IP组播利用（ ）类IP地址，在Java语言中有( )类用于定义组播对象，加入组播组的方法是（ ），离开组播组的方法是（ ）。5 程序填空1. 在本地建议一个UDP客户端import java.io.*;import /引用网络类库class exp_6_1a public static void main(String args) DatagramSocket ds = null; try ds = new (); /UDP客户端套接字构造方法 System.out.println(ds.getLocalAddress(); System.out.println(ds.getLocalPort(); catch(Exception e) System.err.println(e.getMessage(); 2. 实现一个UDP客户端的数据接收和发送import java.io.*; /引入IO类库import .*; /引入网络类库class exp_6_2 implements Runnable DatagramSocket ds = null;/新建一个DatagramSocket实例 DatagramPacket p = null; InetAddress address = null; int port = 0; byte buf = byte256; /开辟接收数据缓冲区，256 B public exp_6_2 () try ds = new DatagramSocket(1080);/开启本地UDP 1080端口 System.out.println(本地开启UDP 1080端口); catch(IOException e) System.err.println(e.toString(); public void run() try p = new DatagramPacket( , buf.length); ds.receive(p); System.out.println(接收的数据： + new String(p. ); Thread.sleep(2000); address = p.getAddress(); port = p. ; System.out.println(请求端Socket + address.toString() + : + port); buf = 从A端返回信息.getBytes(); p = new DatagramPacket(buf, buf.length, , port); ds. (p); ds.close(); catch(Exception e) System.err.println(); public static void main(String args ) exp_6_2 dr = new exp_6_2 (); Thread tdr = new (dr); tdr.start(); 6 实验实例：1） 探测本地UDP端口占用情况import .*;class PortCount /共享资源，计数器count private int port;/共享资源 synchronized public int add() port = port + 1; return port; class ScanThread implements Runnable private PortCount pc; private String name = null; public ScanThread(String name, PortCount pc) = name; this.pc = pc; public void run()/必需的重写 int i = 0; DatagramSocket ds = null; while(true) try i = pc.add(); if(i 100)break; ds = new DatagramSocket(i); System.err.println(本机端口: + i + 空闲); Thread.sleep(100); catch(Exception e) System.err.println(e.toString(); class ScanLocalUDPPort public static void main(String args) throws Exception PortCount pc = new PortCount();/代表共享资源的变量 ScanThread st1 = new ScanThread(线程1,pc); /创建子线程 ScanThread st2 = new ScanThread(线程2,pc); ScanThread st3 = new ScanThread(线程3,pc); Thread tst1 = new Thread(st1); Thread tst2 = new Thread(st2); Thread tst3 = new Thread(st3); long begin = System.currentTimeMillis(); tst1.start();tst2.start();tst3.start(); tst1.join(); tst2.join(); tst3.join(); long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println(探测localhost的TCP端口，共耗时 + (end - begin)+毫秒); 报告内容：实验时分别测试开启1个线程、5个线程和10个线程，探测范围0-65535，查看耗时情况2） 基础的UDP通信/UDP A端import java.io.*; /引入IO类库import .*; /引入网络类库class exp_6_2 implements Runnable DatagramSocket ds = null;/新建一个DatagramSocket实例 DatagramPacket p = null; InetAddress address = null; int port = 0; byte buf = new byte256; /开辟接收数据缓冲区，256 B public exp_6_2 () try ds = new DatagramSocket(1080);/开启本地UDP 1080端口 System.out.println(本地开启UDP 1080端口); catch(IOException e) System.err.println(e.toString(); public void run() try p = new DatagramPacket(buf, buf.length); ds.receive(p); System.out.println(接收的数据： + new String(p.getData(); Thread.sleep(2000); address = p.getAddress(); port = p.getPort(); System.out.println(请求端Socket + address.toString() + : + port); buf = 从A端返回信息.getBytes(); p = new DatagramPacket(buf, buf.length, address, port); ds.send(p); ds.close(); catch(Exception e) System.err.println(); public static void main(String args ) exp_6_2 dr = new exp_6_2 (); Thread tdr = new Thread(dr); tdr.start(); /UDP B端import java.io.*; /引入IO类库import .*; /引入网络类库class DatagramSender implements Runnable DatagramSocket ds = null;/新建一个DatagramSocket实例 DatagramPacket p = null; InetAddress address = null; int port = 0; byte buf = new byte256; /开辟发送数据缓冲区，256 B public DatagramSender() try ds = new DatagramSocket(1065);/开启本地UDP 1065端口 System.out.println(本地开启UDP 1065端口); catch(IOException e) System.err.println(e.toString(); public void run() try address = InetAddress.getByName(localhost); / 给出接收端地址 port = 1080; / 接收端口号 buf = 从B端发送单播信息.getBytes(); / 构造待发送的数据报 p = new DatagramPacket(buf, buf.length, address, port); ds.send(p); Thread.sleep(2000); p = new DatagramPacket(buf, buf.length); / 接收数据报 ds.receive(p); / 接收数据 System.out.println(接收的数据： + new String(p.getData(); address = p.getAddress(); port = p.getPort(); System.out.println(请求端Socket + address.toString() + : + port); ds.close(); / 关闭连接 catch(Exception e) System.err.println(e.toString(); public static void main(String args ) throws IOException DatagramSender ds = new DatagramSender (); Thread tds = new Thread(ds); tds.start(); /注意接收和发送时缓存buf 中的内容/修改为可循环发送消息的形式3） UDP文件传输import java.io.IOException;import .DatagramPacket;import .DatagramSocket;import .SocketException;public class CudpSocket DatagramPacket dp = null; DatagramSocket dgsocket=null; public CudpSocket() try byte buf = new byte1000; dgsocket = new DatagramSocket(12345); dp = new DatagramPacket(buf,buf.length); catch (SocketException e) System.err.println(e.getMessage(); public static void main(String args) System.out.println(enter the server); CudpSocket css = new CudpSocket(); try css.dgsocket.receive(css.dp); byte data = css.dp.getData(); System.out.println(datac.length : +data.length); for(int i=0;idata.length;i+) System.out.println(datai); NetFileW nfw = new NetFileW(C:/test/b.txt); nfw.write(css.dp.getData(); / System.out.println(new String(css.dp.getData(); catch (IOException e) System.err.println(e.getMessage(); /import java.io.DataInputStream;import java.io.File;import java.io.FileInputStream;import java.io.FileNotFoundException;import java.io.IOException;public class NetFileR private String filePath; public NetFileR(String filePath) this.filePath = filePath; public byte getData() throws IOException File file = new File(filePath); FileInputStream filein = new FileInputStream(file); DataInputStream in = new DataInputStream(filein); byte data = new byte8; in.read(data); return data; public String getFilePath() return filePath; public void setFilePath(String filePath) this.filePath = filePath; /import java.io.File;import java.io.FileNotFoundException;import java.io.FileOutputStream;import java.io.IOException;public class NetFileW public NetFileW(String filePath) this.filePath = filePath; private String filePath; public void write(byte data) throws IOException File file = new File(filePath); FileOutputStream out = new FileOutputStream(file); out.write(data); public String getFilePath() return filePath; public void setFilePath(String filePath) this.filePath = filePath; /import java.io.IOException;import .DatagramPacket;import .DatagramSocket;import .Inet4Address;import .SocketException;import .UnknownHostException;public class SudpSocket private DatagramSocket dgs = null; private DatagramPacket dgp = null; public SudpSocket(String host,int prot,byte data) try dgs = new DatagramSocket(9999); Inet4Address target=null; try target = (Inet4Address) Inet4Address.getByName(host); catch (UnknownHostException e) System.err.println(e.getMessage(); dgp = new DatagramPacket(data,data.length,target,prot); catch (SocketException e) System.err.println(e.getMessage(); public static void main(String args) NetFileR nf = new NetFileR(C:/test/a.txt); SudpSocket sps; try byte data = nf.getData(); System.out.println(data.length : +data.length); for(int i=0;idata.length;i+) System.out.println(datai); sps = new SudpSocket(70,12345,data); catch (IOException e1) System.err.println(e1.getMessage(); sps=null; try sps.dgs.send(sps.dgp); catch (IOException e) System.err.println(e.getMessage(); sps=null; System.out.println(over the sending); /将该程序简化4）UDP组播/组播接收端import java.io.*; /引入IO类库import .*; /引入网络类库public class DatagramReceiver implements Runnable String GROUP_IP = ; int port = 1080; MulticastSocket multicastSocket = null; DatagramPacket p = null; byte buf = new byte256; /开辟数据缓冲区，256 B用于接收和发送数据 public DatagramReceiver () try multicastSocket = new MulticastSocket(port); InetAddress group = InetAddress.getByName(GROUP_IP); multicastSocket.joinGroup(group); /加入组播组 catch(Exception e) System.err.println(e.toString(); public void run() try System.out.println(Receieve start.); p = new DatagramPac