计算机网络课程设计利用java实现UDP协议.doc

计算机网络课程设计利用java 实现UDP协议系 别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， Application Programming Interface），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+myeclipse 103. 实验原理以及相关内容3.1 UDP简介UDP 是User Datagram Protocol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。3.3 UDP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UDP应用程序流程图4.2 实例解析3.3.1 UDP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.javapackage UDP;import java.io.*;import java.net.*;public class UDPServerBean private DatagramSocket dSocket;private int ClientPort;private int ServerPort;private InetAddress ServerIP;private InetAddress ClientIP;private String content;/ 无参构造函数public UDPServerBean() throws SocketException,UnknownHostException ClientPort = 1111;ServerPort = 1001;content = ;ClientIP = InetAddress.getLocalHost();ServerIP = InetAddress.getLocalHost();dSocket = new DatagramSocket(ServerPort);/ 信息发送函数，将接收到的信息发回给用户public void sendToClient() throws IOExceptionbyte Buffer = (服务器已经收到：n +content).getBytes(); / 将要发送的信息给Buffer变量DatagramPacket dPacket = new DatagramPacket(Buffer,Buffer.length,getClientIP(),getClientPort(); /创建DatagramPacket对象dPacket，并设置客户机的IP地址与端口号dSocket.send(dPacket); /发送信息/ 以下全是UDPServerBean类的各个成员变量的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(DatagramSocket 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 String getContent() return content;public void setContent(String content) this.content = content;public InetAddress getClientIP() return ClientIP;public void setClientrIP(InetAddress clientIP) ClientIP = clientIP;/服务器端代码，UDPServer.javapackage UDP;import java.awt.*;import java.awt.event.*;import java.io.*;import java.net.*;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(启动);private JButton jbt_Exit= new JButton(退出);private JTextArea jta_Server = new JTextArea();public UDPServer() JPanel jplServer11 = new JPanel();jplServer11.add(new JLabel(服务器端口:);jplServer11.add(jtf_ServerPort);JPanel jplServer21= new JPanel();jplServer21.add(jbt_Strat);jplServer21.add(jbt_Exit);JPanel jplServer0= new JPanel();jplServer0.setLayout(new GridLayout(2,1);jplServer0.add(jplServer11,BorderLayout.NORTH);jplServer0.add(jplServer21);add(jplServer0,BorderLayout.NORTH);add(new JScrollPane(jta_Server),BorderLayout.CENTER);/ 使用线程thread = new Thread(new Runnable()public void run() receiveForemClient(); /调用发送函数 );/启动按钮事件jbt_Strat.addActionListener(new ActionListener()public void actionPerformed(ActionEvent e) int serPort = Integer.parseInt(jtf_ServerPort.getText(); / 从jtf_ServerPort文本区中取服务器的端口号try server = new UDPServerBean(); /创建服务器UDPServerBean的类对象server.setServerPort(serPort); /将取得的服务器端口serPort给server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 (SocketException e2) e2.printStackTrace();catch (UnknownHostException e1) e1.printStackTrace(); catch (Exception e1) e1.printStackTrace(););/ 退出按钮的触发事件jbt_Exit.addActionListener(new ActionListener() public void actionPerformed(ActionEvent e) System.exit(0););/ 接收客户端的信息，并将接收到的信息发回给客户机public void receiveForemClient()String rec_str = null;byte Buffer = new byte 1024; try server.setdSocket(new DatagramSocket(server.getServerPort(),server.getServerIP(); / server对象调用setdSocket()函数，创建新Socket对象(此时服务器端口号为设定的端口号) catch (SocketException e) e.printStackTrace();DatagramPacket dPacket = new DatagramPacket(Buffer,Buffer.length); /创建DatagramPacket对象dPacketwhile(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dPacket对象中rec_str = new String(dPacket.getData(),0,dPacket.getLength(); /取出dPacket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server对象 server.setClientrIP(dPacket.getAddress();/ 将dPacket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.getClientIP()+,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 (IOException e) 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.javapackage UDP;import java.io.*;import java.net.*;class UDPClientBeanprivate DatagramSocket dSocket; private int ServerPort;private int ClientPort;private InetAddress ServerIP;private InetAddress ClientIP;private String content;/无参构造函数public UDPClientBean() throws SocketException,UnknownHostException ServerPort = 1001;ClientPort =1111;content = ;ClientIP = InetAddress.getLocalHost();ServerIP = InetAddress.getLocalHost();dSocket = new DatagramSocket(ClientPort);/ 信息发送函数public void sendToServer() throws IOExceptionbyte Buffer = getContent().getBytes(); /将要发送的信息给Buffer变量DatagramPacket dPacket = new DatagramPacket(Buffer,Buffer.length,getServerIP(),getServerPort(); / 创建DatagramPacket对象dPacket，并指定要发送对象的服务器的IP地址与端口号dSocket.send(dPacket); / dSocket对象调用send函数发送信息setContent();/ 信息接收函数public String receiveFromServer() throws IOExceptionbyte buffer = new byte1024;DatagramPacket dPacket = new DatagramPacket(buffer,buffer.length); / 创建DatagramPacket对象dPacketdSocket.receive(dPacket); / dSocket对象调用receive函数接收信息String receive_str = new String(dPacket.getData(),0,dPacket.getLength();return receive_str; / 返回接收到的信息/ 下面都是UDPClientBean类的各个成员变量的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 setServerPort(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 ClientPort;public void setClientPort(int clientPort) ClientPort = clientPort;public InetAddress getClientIP() return ClientIP;public void setClientIP(InetAddress clientIP) ClientIP = clientIP;/ 客户端代码，UDPClient.javapackage UDP;import java.awt.*;import java.awt.event.*;import java.io.*;import java.net.*;import 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 JButton(设置);private JTextArea jta_ClientShow = new JTextArea();private JTextArea jta_ClientInput = new JTextArea();private JButton jbt_Send= new JButton(发送);private JButton jbt_Exit= new JButton(退出);public UDPClient()JPanel jplClient11 = new JPanel();jplClient11.setLayout(new GridLayout(3,2);jplClient11.add(new JLabel(客户端端口:);jplClient11.add(jtf_ClientPort);jplClient11.add(new JLabel(服务器地址:);jplClient11.add(jtf_ServerIP);jplClient11.add(new JLabel(服务器端口:);jplClient11.add(jtf_ServerPort);JPanel jplClient10= new JPanel();jplClient10.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_ClientInput);add(jplClient10,BorderLayout.NORTH);add(jplClient31,BorderLayout.CENTER);add(jplClient21,BorderLayout.SOUTH);/ 设置按钮触发事件jbt_Set.addActionListener(new ActionListener()public void actionPerformed(ActionEvent e) try client = new UDPClientBean(); /创建UDPClientBean对象int cliPort = Integer.parseInt(jtf_ClientPort.getText(); /将客户机端口从jtf_ServerPort文本域中取出client.setClientPort(cliPort); /将取出的cliPort给client对象的ClientPort成员变量String serIP = jtf_ServerIP.getText(); / 将服务器IP从jtf_ServerIP文本域中取出int serPort = Integer.parseInt(jtf_ServerPort.getText(); /将服务器端口从jtf_ServerPort文本域中取出client.setdSocket(new DatagramSocket(client.getClientPort(),client.getClientIP(); / client对象调用setdSocket()函数，创建新Socket对象(此时客户机端口号为设定的端口号)client.setServerIP(InetAddress.getByName(serIP); /将取出的serIP给client对象的ServerIP成员变量client.setServerPort(serPort); /将取出的serPort给client对象的ServerPort成员变量jta_ClientShow.setText(将信息发送到IP为 +jtf_ServerIP.getText()+ 端口为 +jtf_ServerPort.getText()+ 的服务器上。n); / 将信息发送的对象的服务器的信息显示在jta_ClientShow区域中 catch (SocketException e2) e2.printStackTrace(); catch (UnknownHostException e1) e1.printStackTrace();catch (Exception e1) e1.printStackTrace(););/ 发送按钮触发事件jbt_Send.addActionListener(new ActionListener()public void actionPerformed(ActionEvent e) client.setContent();content = jta_ClientInput.getText(); /取jta_ClientInput文本区域中要发送的信息client.setContent(content); /将取出的信息给client对对象的content成员变量jta_ClientShow.setText(jta_ClientShow.getText()+客户机发送：+content+n); / 将要发送的信息显示在jta_ClientShow区域框中jta_ClientInput.setText(null); /将jta_ClientInput文本区域置空String receive_str = null;try client.sendToServer();/ client对象调用信息发送函数 catch (IOException e1) jta_ClientShow.setText(jta_ClientShow.getText()+数据发送失败n);e1.printStackTrace();try receive_str = client.receiveFromServer(); / client对象调用信息接收函数，并将结果返回给receive_str变量 jta_ClientShow.setText(jta_ClientShow.getText()+receive_str+n); / 将收到的信息显示在jta_ClientShow区域框中 catch (IOException e1) jta_ClientShow.setText(jta_ClientShow.getText()+数据接收失败n);e1.printStackTrace(); );/ 退出按钮触发事件jbt_Exit.addActionListener(new ActionListener() public void actionPerformed(ActionEvent e) client.getdSocket().close();System.exit(0););5. 实验结果与分析运行3.2.1中服务器端代码与3.2.2中的客户端代码，可以得到下面的结果：(1). 在服务器端，设置服务器的端口，启动服务器；当客户机有信息发过来的时候，服务器就可以监听到； (2). 在客户端，设置客户端的端口号，并指定将要发送信息的服务器端的IP地址与端口号；在下面的文本框中输入要发送的信息。6. 实验总结在经过相应的课程如计算机网络计算机网络编程操作系统等课程的系统学习之后，可以说对计算机网络已经是耳目能熟了，所有的有关计算机网络的基础知识、基本理论、基本方法和结构体系，我都基本掌握了，但这些似乎只是纸上谈兵，倘若将这些理论性极强的东西搬上实际上应用，那我想我肯定会是无从下手，一窍不通。自认为已经掌握了一定的计算机网络理论知识在这里只能成为空谈。于是在坚信“实践是检验真理的唯一标准”下，认为只有把从书本上学到的理论应用于实际的网络设计操作中去，才能真正掌握这门知识。7. 参考文献1计算机网络实验指导.张建忠.清华大学出版社2计算机网络.谢希仁.电子工业出版社3 杜佳荣,马建红,腾振宇.Java网络编程技术与实践M.北京：清华大学出版社,2008