计算机网络课程设计利用java实现UDP协议.docx
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计算机网络课程设计利用java实现UDP协议
:
匕気"栄秦皇岛分校
NorthEasternUniversityAtQinHuangDao
计算机网络课程设计
利用java实现UDP协议
系另
计算机与通信工程学院
专业
计算机科学与技术
学号
4110415
姓名
张振
指导教师
王聪
2014年7月4日
1.需求分析
程序是如何通过网络进行相互通信的呢？
各个孤立的工作站或主机用物理链路相连在一起，组成数据链路，从而达到资源共享和通信的目的，就形成网络。
通信是人与人之间同过某种媒体进行的信息交流与传递。
网络通信一般指网络协议。
当今网络协议有很多，其中基本最常用的就是TCP/IP协议族。
UDP协议就是属于TCP/IP协议族中的协议。
在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包。
在OSI模型中，UDP协议在第四层一一传输层，处于IP协议的上一层。
与TCP相比，UDP有不提供数据报分组、组装和不能对数据包的排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。
本文利用Java语言网络编程的思想，编写UDP协议程序，实现UDP协议在网络中所要完成的功能。
在Java语言为实现程序的相互通信提供了许多有用的抽象应用程序接口（API，ApplicationProgrammingInterface），这类应
用程序接口被称为套接字（sockets）。
因此，本文UDP协议的编程所需要用到的接口就是套接字。
2.实验环境
开发环境：
个人PC+win8.1+myeclipse10
3.实验原理以及相关内容
3.1UDP简介
UDP是UserDatagramProtocol的简称，中文全称是用户数据包协议，是一种
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。
在网络中它与TCP
协议一样用于处理数据包。
在OSI模型中，UDP协议在第四层一一传输层，处于IP协
议的上一层。
与TCP相比，UDP有不提供数据报分组、组装和不能对数据包的排序的
缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。
UDP用来支
持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。
包括网络视频会议系统在内的众多的客
户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。
3.2使用UDP原因
UDP协议从问世至今已经被使用了很多年，虽然其最初的光彩已经被一些类似协
议所掩盖，但是即使是在今天，UDP仍然不失为一项非常实用和可行的网络传输层协
议。
这是因为UDP有以下特点：
（1）UDP是一个无连接协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送
时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。
（2）由于传输数据不建立连接，因此也就不需要维护连接状态，包括收发状态等，因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。
（3）UDP信息包的标题很短，只有8个字节，相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。
（4）吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、
源端和终端主机性能的限制。
（5）UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的
链接状态表（这里面有许多参数）。
（6）UDP是面向报文的。
发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部
后就向下交付给IP层。
既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界，因此，应用程序需要选择合适的报文大小。
3.3UDP套接字
UDP协议提供了一种不同于TCP协议的端到端服务。
实际上UDP协议只实现两个功能：
（1）.在IP协议的基础上添加了另一层地址（端口）；
（2）.对数据传输过程中可能产生的数据错误进行了检测，并抛弃已经损坏的数
据。
由于其简单性，UDP套接字具有一些与我们之前所看到的TCP套接字不同的特征。
例如，UDP套接字在使用前不需要进行连接。
TCP协议与电话通信相似，而UDP协
议则与邮件通信相似：
你寄包裹或信件时不需要进行“连接”，但是你得为每个包裹和信件指定目的地址。
类似的，每条信息（即数据报文，datagram）负载了自己的地址
信息，并与其他信息相互独立。
在接收信息时，UDP套接字扮演的角色就像是一个信箱，从不同地址发送来的信件和包裹都可以放到里面。
一旦被创建，UDP套接字就可以用来
连续地向不同的地址发送信息，或从任何地址接收信息。
UDP套接字与TCP套接字的另一个不同点在于他们对信息边界的处理方式不同：
UDP套接字将保留边界信息。
这个特性使应用程序在接受信息时，从某些方面来说比使用TCP套接字更简单。
最后一个不同点是，UDP协议所提供的端到端传输服务是尽
力而为（best-effort）的，即UDP套接字将尽可能地传送信息，但并不保证信息一定能成功到达目的地址，而且信息到达的顺序与其发送顺序不一定一致（就像通过邮政部门寄信一样）。
因此，使用了UDP套接字的程序必须准备好处理信息的丢失和重排。
4.实验内容
4.1流程图
UDP应用程序原理图
服勢器端
客户端
UDP应用程序流程图
——
发送
4.2实例解析
3.3.1UDP服务器端
UDP服务器要执行以下三步:
（1）.创建一个DatagramSocket实例，指定本地端口号，并可以选择指定本地地址。
此时，服务器已经准备好从任何客户端接收数据报文。
（2）.使用DatagramSocket类的receive。
方法老接收一个DatagramPacket实例。
当receive。
方法返回时，数据报文就包含了客户端的地址与端口，这样我们就知道回复信息该发送到什么地方。
（3）.使用DatagramSocket类的send（）和receive。
方法发送和接收DatagramPacket实例，进行通信。
//服务器类UDPServerBean.java
packageUDP;
importjava.io.*;
import.*;
publicclassUDPServerBean{
privateDatagramSocketdSocket
privateintClientPort;
privateintServerPort
privateInetAddressServerlR
privateInetAddressClientIP;
privateStringcontent;
//无参构造函数
publicUDPServerBean（）hrowsSocketException,UnknownHostException{
ClientPort=1111;
ServerPort=1001;
content="";
ClientIP=InetAddressgetLocalHos]）;
ServerIP=InetAddressgetLocalHost[）;
dSocket=newDatagramSocketServerPort）;
}
//信息发送函数，将接收到的信息发回给用户
publicvoidsendToClient（）throwsIOException{
byte[]Buffer=（"服务器已经收到：
\n"+content）.getBytes（）;
//将要发送的信息给Buffer变量
new
DatagramPacketdPacket=
DatagramPacket（Buffer,Bufferlength,getClientlP（）,getClientPort（））;
//创建DatagramPacke对象dPacket,并设置客户机的IP地址与端口号dSocketsend（dPacket）;//发送信息
}
//以下全是UDPServerBea类的各个成员变量的get和set方法
publicInetAddressgetServerIP（）{
returnServerIP
}
publicvoidsetServerIP（InetAddressserverIPt）hrowsException{
ServerIP=serverIP;
}
publicDatagramSocketgetdSocket（）{
returndSocket
}
publicvoidsetdSocket（DatagramSocketdSocket）{
this.dSocket=dSocket;
}
publicintgetClientPort（）{
returnClientPort;
}
publicvoidsetClientPort（intclientPort）{
ClientPort=clientPort;
}
publicintgetServerPort（）{
returnServerPort
}
publicvoidsetServerPort（ntserverPort）throwsSocketException{ServerPort=serverPort;
}
publicStringgetContent（）{
returncontent;
}
publicvoidsetContent（Stringcontent）{
this.content=content;
publicInetAddressgetClientlP（）{returnClientip
}
publicvoidsetClientrIP（InetAddressclientIP）{ClientIP=clientIP;
}
}
//服务器端代码，UDPServer.javapackageUDP;
importjava.awt.*;
importjava.awt.event.*;
importjava.io.*;
import.*;
importjavax.swing.*;
publicclassUDPServerextendsJApplet{
privateUDPServerBearserver;privateThreadthread;
privateJTextFieldjtf_ServerPort=newJTextField（10）;
privateJButtonjbt_Strat=newJButton（"启动"）;privateJButtonjbt_Exit=newJButton（"退出"）;
privateJTextAreajta_Server=newJTextArea（）;
publicUDPServer（）{
JPaneljplServer11=newJPanel（）;jplServer11.add（newJLabel"服务器端口:
"））;jplServer11.add（tf_ServerPort）;
JPaneljplServer21=newJPanel（）;jplServer21.add（bt_Strat）;
jplServer21.add（bt_Exit）;
JPaneljplServer0=newJPanel（）;jplServer0.setLayout（iewGridLayout（2,1））;jplServer0.add（jplServer11,BorderLayoutNORTH;jplServer0.add（jplServer21）;
add（jplServerO,BorderLayoutNORTH；
add（newJScrollPane（a_Server）,BorderLayout.CENTER
//使用线程一
thread=newThread（newRunnable（）{
publicvoidrun（）{receiveForemClient（）;//调用发送函数
}
}）;
//启动按钮事件
jbt_Strat.addActionListener（newActionListener（）{
publicvoidactionPeformed（ActionEvente）{
intserPort=IntegerparseInt（jtf_ServerPort.getText（））;//从
jtf_ServerPort文本区中取服务器的端口号
try{
server=newUDPServerBean（）//创建服务器UDPServerBean的类对象
server.setServerPort（serPort）;//将取得的服务器端口serPort给serve对象
jta_Server.setText（"设置服务器端口为"+jtf_ServerPort.getText（）+"，服务器开启...\n"）;//将服务器端设置好的信息
显示在jta_Server文本域中
thread.start（）;//启动线程
}catch（SocketExceptione2）{e2.printStackTrace（）;
}catch（UnknownHostExceptione1）{
e1.printStackTrace（）;
}catch（Exceptione1）{
e1.printStackTrace（）;
}
}
}）;
//退出按钮的触发事件
jbt_Exit.addActionListener（newActionListener（）{
publicvoidactionPeformed（ActionEvente）{Systemexit（0）;
}
}）;
}
//接收客户端的信息，并将接收到的信息发回给客户机
publicvoidreceiveForemClient（）{
Stringrec_str=nuII;
byte[]Buffer=newbyte[1024];
try{
server.setdSocket（iew
DatagramSocketServer.getServerPort（）,server.getServerlP（）））;//server对象
调用setdSocket（）函数，创建新Socke对象（此时服务器端口号为设定的端口号）
}catch（SocketExceptione）{
e.printStackTrace（）;
}
DatagramPacketdPacket=newDatagramPacket（Buffer,Bufferlength）;
//创建DatagramPacket象dPacket
while（true）{//用循环监听信息接收
try{_
server.getdSocket（）.receive（dPacket）;//接受信息，将接收到
的信息存放在dPacke对象中
rec_str=newString（dPacket.getData（）,0,dPacket.getLength（））;
//取出dPacke对象中接收到的信息
server.setClientPort（dPacket.getPort（））;//将dPacket对象中
包含的客户机的端口号给serve对象
server.setClientrlP（dPacket.getAddress（））;//将dPacke对象
中包含的客户机的IP给server对象
server.setContent（rec_str）;//将接收的信息给server对象
jta_Server.setText（jta_Server.getText（）+"收到IP地址为"+server.getClientlP（）+：
端口为"+server.getClientPort（）+"的客户机的信息有：
\n"+rec_str+"\n"）;//将客户机的信息与接收的信息显示在jta_Server文本域中
server.sendToClient（）;//将信息发送回去
}catch（IOExceptione）{
e.printStackTrace（）;
}
}
}
}
UDP客户端
UDP客户端首先向被动等待联系的服务器端发送一个数据报文。
一个典型的UDP
客户端主要执行以下三步：
（1）.创建一个DatagramSocket实例，可以选择对本地地址和端口号进行设置
（2）.使用DatagramSocket类的send（）和receive。
方法来发送和接收DatagramPacket实例，进行通信。
（3）.通信完成后，使用DatagramSocket类的close（）方法来销毁该套接字。
//客户端类UDPClientBean.java
packageUDP;
importjava.io.*;
import.*;
classUDPClientBean{
privateDatagramSocketdSocket
privateintServerPort
privateintClientPort;
privateInetAddressServerlR
privateInetAddressClientIP;
privateStringcontent;
//无参构造函数
publicUDPClientBean（XhrowsSocketException,UnknownHostException{ServerPort=1001;
ClientPort=1111;
content="";
ClientIP=InetAddressgetLocalHostf）;
ServerIP=InetAddressgetLocalHostf）;
dSocket=newDatagramSocketClientPort）;
}
//信息发送函数
publicvoidsendToServer（XhrowsIOException{
byte[]Buffer=getContent（）.getBytes（）;//将要发送的信息给Buffer变量
DatagramPacketdPacket=new
DatagramPacket（Buffer,Buffer.ength,getServerlP（）,getServerPort（））;
//创建DatagramPacket象dPacket，并指定要发送对象的服务器的IP地址与端口号
dSocketsend（dPacket）;//dSocket对象调用send函数发送信息setContent（""）;
}
//信息接收函数
publicStringreceiveFromServer（XhrowsIOException{
byte[]buffer=newbyte[1024];
DatagramPacketdPacket=newDatagramPacket（buffer,buffer.length）;
//创建DatagramPacke对象dPacketdSocketreceive（dPacket）;//dSocket对象调用receive函数接收信息Stringreceive_str=newString（dPacket.getData（）,O,dPacket.getLength（））;returnreceive_str;//返回接收到的信息
}_
//下面都是UDPClientBea类的各个成员变量的get和set方法publicDatagramSocketgetdSocket（）{
returndSocket;
}
publicvoidsetdSocket（DatagramSocketdSocket）{
this.dSocket=dSocket;
}
publicintgetServerPort（）{
returnServerPort
}
publicvoidsetServerPort（ntserverPort）{
ServerPort=serverPort;
}
publicStringgetContent（）{
returncontent;
}
publicvoidsetContent（Stringcontent）{
this.content=content;
}
publicInetAddressgetServerIP（）{
returnServerIP
}
publicvoidsetServerIP（InetAddressserverIP）{
ServerIP=serverIP;
}
publicintgetClientPort（）{
returnClientPort;
}
publicvoidsetClientPort（intclientPort）{
ClientPort=clientPort;
}
publicInetAddressgetClientlP（）{returnClientIP
}
publicvoidsetClientIP（InetAddressclientIP）{ClientIP=clientIP;
}
}
//客户端代码，UDPClient.javapackageUDP;
importjava.awt.*;
importjava.awt.event.*;
importjava.io.*;
import.*;
importjavax.swing.*;
publicclassUDPClientextendsJApplet{privateStringcontent;
privateUDPClientBeanclient;
privateJTextFieldjtf_ServerlP=newJTextField（10）;privateJTextFieldjtf_ServerPort=newJTextField（10）;privateJTextFieldjtf_ClientPort=newJTextField（10）;
privateJButtonjbt_Set=newJButton（"设置"）;
privateJTextAreajta_ClientShow=newJTextArea（）;privateJTextAreajta_Clientlnput=newJTextArea（）;
privateJButtonjbt_Send=newJBut
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