Java網絡編程之UDP協(xié)議詳細解讀

更新時間：2023年12月19日 09:20:50 作者：初念初戀

這篇文章主要介紹了Java網絡編程之UDP協(xié)議詳細解讀,UDP協(xié)議全稱是用戶數據報協(xié)議,在網絡中它與TCP協(xié)議一樣用于處理數據包,是一種無連接的協(xié)議,在OSI模型中,在第四層——傳輸層,處于IP協(xié)議的上一層,需要的朋友可以參考下

UDP概述

UDP 是User Datagram Protocol的簡稱，中文名是用戶數據報協(xié)議，是OSI（Open System Interconnection，開放式系統(tǒng)互聯(lián)）參考模型中一種無連接的傳輸層協(xié)議，提供面向事務的簡單不可靠信息傳送服務，IETF RFC 768是UDP的正式規(guī)范。UDP在IP報文的協(xié)議號是17。

UDP協(xié)議全稱是用戶數據報協(xié)議，在網絡中它與TCP協(xié)議一樣用于處理數據包，是一種無連接的協(xié)議。在OSI模型中，在第四層——傳輸層，處于IP協(xié)議的上一層。UDP有不提供數據包分組、組裝和不能對數據包進行排序的缺點，也就是說，當報文發(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據的網絡應用。包括網絡視頻會議系統(tǒng)在內的眾多的客戶/服務器模式的網絡應用都需要使用UDP協(xié)議。UDP協(xié)議從問世至今已經被使用了很多年，雖然其最初的光彩已經被一些類似協(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絡傳輸層協(xié)議。

UDP主要特點

UDP是一個無連接協(xié)議，傳輸數據之前源端和終端不建立連接，當它想傳送時就簡單地去抓取來自應用程序的數據，并盡可能快地把它扔到網絡上。在發(fā)送端，UDP傳送數據的速度僅僅是受應用程序生成數據的速度、計算機的能力和傳輸帶寬的限制；在接收端，UDP把每個消息段放在隊列中，應用程序每次從隊列中讀一個消息段。

由于傳輸數據不建立連接，因此也就不需要維護連接狀態(tài)，包括收發(fā)狀態(tài)等，因此一臺服務機可同時向多個客戶機傳輸相同的消息。

UDP信息包的標題很短，只有8個字節(jié)，相對于TCP的20個字節(jié)信息包而言UDP的額外開銷很小。

吞吐量不受擁擠控制算法的調節(jié)，只受應用軟件生成數據的速率、傳輸帶寬、源端和終端主機性能的限制。

UDP是面向報文的。發(fā)送方的UDP對應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，應用程序需要選擇合適的報文大小。

雖然UDP是一個不可靠的協(xié)議，但它是分發(fā)信息的一個理想協(xié)議。例如，在屏幕上報告股票市場、顯示航空信息等等。UDP也用在路由信息協(xié)議RIP（Routing Information Protocol）中修改路由表。在這些應用場合下，如果有一個消息丟失，在幾秒之后另一個新的消息就會替換它。UDP廣泛用在多媒體應用中。

TCP和UDP區(qū)別

TCP 是面向連接的傳輸控制協(xié)議，而UDP 提供了無連接的數據報服務；

TCP 具有高可靠性，確保傳輸數據的正確性，不出現(xiàn)丟失或亂序，而UDP 在傳輸數據前不建立連接，不對數據報進行檢查與修改，無須等待對方的應答，所以會出現(xiàn)分組丟失、重復、亂序，應用程序需要負責傳輸可靠性方面的所有工作；

UDP 具有較好的實時性，工作效率較 TCP 協(xié)議高；

UDP 段結構比 TCP 的段結構簡單，因此網絡開銷也小；

TCP 協(xié)議可以保證接收端毫無差錯地接收到發(fā)送端發(fā)出的字節(jié)流，為應用程序提供可靠的通信服務。對可靠性要求高的通信系統(tǒng)往往使用 TCP 傳輸數據。

應用

適用場合

在選擇UDP作為傳輸協(xié)議時必須要謹慎。在網絡質量令人十分不滿意的環(huán)境下，UDP協(xié)議數據包丟失會比較嚴重。但是由于UDP的特性：它不屬于連接型協(xié)議，因而具有資源消耗小，處理速度快的優(yōu)點，所以通常音頻、視頻和普通數據在傳送時使用UDP較多，因為它們即使偶爾丟失一兩個數據包，也不會對接收結果產生太大影響。比如我們聊天用的ICQ和QQ就是使用的UDP協(xié)議。

實際應用

在現(xiàn)場測控領域，面向的是分布化的控制器、監(jiān)測器等，其應用場合環(huán)境比較惡劣，這樣就對待傳輸數據提出了不同的要求，如實時、抗干擾性、安全性等?；诖?，現(xiàn)場通信中，若某一應用要將一組數據傳送給網絡中的另一個節(jié)點，可由UDP進程將數據加上報頭后傳送給IP進程，UDP協(xié)議省去了建立連接和拆除連接的過程，取消了重發(fā)檢驗機制，能夠達到較高的通信速率。

代碼演示

簡單的一個客戶端/服務端數據收發(fā)的例子

UDP客戶端：

public class UdpClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //建立一個socket
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
        //創(chuàng)建一個數據包
        String msg = "你好啊，服務器~";
        InetAddress localhost = InetAddress.getByName("localhost");
        int port = 9090;
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(msg.getBytes(), 0, msg.getBytes().length, localhost, port);
        //發(fā)送數據包
        socket.send(packet);
        //關閉流
        socket.close();
    }
}

UDP服務端：

public class UdpServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //開啟端口
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9090);
        //接收數據包
        byte[] bytes = new byte[1024];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, 0, bytes.length);
        //阻塞接收
        socket.receive(packet);
        String msg = new String(packet.getData(),0,packet.getLength());
        System.out.println("接收到客戶端發(fā)來的數據：" + msg);
        //關閉數據流
        socket.close();
    }
}

模擬一個學生和老師的聊天對話

//客戶端
public class TalkSend implements Runnable {
    DatagramSocket socket = null;
    BufferedReader br = null;
    private int formPort;
    private String toIp;
    private int toPort;
    public TalkSend(int formPort, String toIp, int toPort) {
        this.formPort = formPort;
        this.toIp = toIp;
        this.toPort = toPort;
        try {
            socket = new DatagramSocket(this.formPort);
            //準備數據 控制臺讀取System.in
            br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        } catch (SocketException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                String msg = br.readLine();
                byte[] bytes = msg.getBytes();
                DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, 0, bytes.length, new InetSocketAddress(this.toIp, this.toPort));
                //發(fā)送數據
                socket.send(packet);
                if (msg.equals("bye")) {
                    break;
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        socket.close();
    }
}

//服務端
public class TalkReceive implements Runnable {
    DatagramSocket socket = null;
    private int port;
    private String msgForm;
    public TalkReceive(int port, String msgForm) {
        this.port = port;
        this.msgForm = msgForm;
        try {
            socket = new DatagramSocket(port);
        } catch (SocketException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                //準備接收包裹
                byte[] bytes = new byte[1024];
                DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, 0, bytes.length);
                socket.receive(packet);
                //斷開連接 bye
                String msg = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
                System.out.println(msgForm + ":" + msg);
                if ("bye".equals(msg)) {
                    break;
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        socket.close();
    }
}

public class TalkStudent {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new TalkSend(7777,"localhost",8888)).start();
        new Thread(new TalkReceive(9999,"老師")).start();
    }
}

public class TalkTeacher {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new TalkSend(5555,"localhost",9999)).start();
        new Thread(new TalkReceive(8888,"學生")).start();
    }
}

測試一下，結果如下：