TCP/UDP簡單介紹及JavaSocket的使用

robert_chao發表於2016-05-31
TCPUDPJava

概述

在TCP/IP協議中IP層主要負責網路主機的定位，資料傳輸的路由，由IP地址可以唯一地確定Internet上的一臺主機。
而TCP層則提供面向應用的可靠（tcp）的或非可靠（UDP）的資料傳輸機制，這是網路程式設計的主要物件，一般不需要關心IP層是如何處理資料的。
在客戶機/伺服器（C/S）結構中，通訊雙方一方作為伺服器等待客戶提出請求並予以響應。客戶則在需要服務時向伺服器提 出申請。伺服器一般作為守護程式始終執行，監聽網路埠，一旦有客戶請求，就會啟動一個服務程式來響應該客戶，同時自己繼續監聽服務埠，使後來的客戶也 能及時得到服務。

兩類傳輸協議：TCP；UDP

TCP是Tranfer Control Protocol的 簡稱，是一種面向連線的保證可靠傳輸的協議。通過TCP協議傳輸，得到的是一個順序的無差錯的資料流。傳送方和接收方的成對的兩個socket之間必須建 立連線，以便在TCP協議的基礎上進行通訊，當一個socket（通常都是server socket）等待建立連線時，另一個socket可以要求進行連線，一旦這兩個socket連線起來，它們就可以進行雙向資料傳輸，雙方都可以進行傳送 或接收操作。
UDP是User Datagram Protocol的簡稱，是一種無連線的協議，每個資料包都是一個獨立的資訊，包括完整的源地址或目的地址，它在網路上以任何可能的路徑傳往目的地，因此能否到達目的地，到達目的地的時間以及內容的正確性都是不能被保證的。
比較：

UDP：

1、每個資料包中都給出了完整的地址資訊，因此無需要建立傳送方和接收方的連線。

2、UDP傳輸資料時是有大小限制的，每個被傳輸的資料包必須限定在64KB之內。
3、UDP是一個不可靠的協議，傳送方所傳送的資料包並不一定以相同的次序到達接收方

TCP：

1、面向連線的協議，在socket之間進行資料傳輸之前必然要建立連線，所以在TCP中需要連線時間。

2、TCP傳輸資料大小限制，一旦連線建立起來，雙方的socket就可以按統一的格式傳輸大的資料。
3、TCP是一個可靠的協議，它確保接收方完全正確地獲取傳送方所傳送的全部資料。

應用：

1、TCP在網路通訊上有極強的生命力，例如遠端連線（Telnet）和檔案傳輸（FTP）都需要不定長度的資料被可靠地傳輸。但是可靠的傳輸是要付出代價的，對資料內容正確性的檢驗必然佔用計算機的處理時間和網路的頻寬，因此TCP傳輸的效率不如UDP高。
2、UDP操作簡單，而且僅需要較少的監護，因此通常用於區域網高可靠性的分散系統中client/server應用程式。例如視訊會議系統，並不要求音訊視訊資料絕對的正確，只要保證連貫性就可以了，這種情況下顯然使用UDP會更合理一些。

基於Socket的java網路程式設計

什麼是Socket

網路上的兩個程式通過一個雙向的通訊連線實現資料的交換，這個雙向鏈路的一端稱為一個Socket。Socket通常用來實現客戶方和服務方的連線。Socket是TCP/IP協議的一個十分流行的程式設計介面，一個Socket由一個IP地址和一個埠號唯一確定。
但是，Socket所支援的協議種類也不光TCP/IP一種，因此兩者之間是沒有必然聯絡的。在Java環境下，Socket程式設計主要是指基於TCP/IP協議的網路程式設計。

Socket通訊的過程

Server端Listen(監聽)某個埠是否有連線請求，Client端向Server 端發出Connect(連線)請求，Server端向Client端發回Accept（接受）訊息。一個連線就建立起來了。Server端和Client 端都可以通過Send，Write等方法與對方通訊。
對於一個功能齊全的Socket，都要包含以下基本結構，其工作過程包含以下四個基本的步驟：
1、建立Socket；
2、 開啟連線到Socket的輸入/出流；
3、 按照一定的協議對Socket進行讀/寫操作；
4、 關閉Socket.

建立Socket

java在包java.net中提供了兩個類Socket和ServerSocket，分別用來表示雙向連線的客戶端和服務端。這是兩個封裝得非常好的類，使用很方便。其構造方法如下：
　　Socket(InetAddress address, int port);
　　Socket(InetAddress address, int port, boolean stream);
　　Socket(String host, int prot);
　　Socket(String host, int prot, boolean stream);
　　Socket(SocketImpl impl)
　　Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
　　Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
　　ServerSocket(int port);
　　ServerSocket(int port, int backlog);
　　ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)
　　其中address、host和port分別是雙向連線中另一方的IP地址、主機名和端 口號，stream指明socket是流socket還是資料包socket，localPort表示本地主機的埠號，localAddr和 bindAddr是本地機器的地址（ServerSocket的主機地址），impl是socket的父類，既可以用來建立serverSocket又可 以用來建立Socket。count則表示服務端所能支援的最大連線數。
　
　Socket client = new Socket("127.0.01.", 80);
　ServerSocket server = new ServerSocket(80);
注意，在選擇埠時，必須小心。每一個埠提供一種特定的服務，只有給出正確的埠，才 能獲得相應的服務。0~1023的埠號為系統所保留，例如http服務的埠號為80,telnet服務的埠號為21,ftp服務的埠號為23, 所以我們在選擇埠號時，最好選擇一個大於1023的數以防止發生衝突。
在建立socket時如果發生錯誤，將產生IOException，在程式中必須對之作出處理。所以在建立Socket或ServerSocket是必須捕獲或丟擲例外。

簡單的Client/Server程式

 客戶端程式
　import java.io.*;
　　import java.net.*;
　　public class TalkClient {
　　　　public static void main(String args[]) {
　　　　　　try{
　　　　　　　　Socket socket=new Socket("127.0.0.1",4700);
　　　　　　　　//向本機的4700埠發出客戶請求
　　　　　　　　BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
　　　　　　　　//由系統標準輸入裝置構造BufferedReader物件
　　　　　　　　PrintWriter os=new PrintWriter(socket.getOutputStream());
　　　　　　　　//由Socket物件得到輸出流，並構造PrintWriter物件
　　　　　　　　BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
　　　　　　　　//由Socket物件得到輸入流，並構造相應的BufferedReader物件
　　　　　　　　String readline;
　　　　　　　　readline=sin.readLine(); //從系統標準輸入讀入一字串
　　　　　　　　while(!readline.equals("bye")){
　　　　　　　　//若從標準輸入讀入的字串為 "bye"則停止迴圈
　　　　　　　　　　os.println(readline);
　　　　　　　　　　//將從系統標準輸入讀入的字串輸出到Server
　　　　　　　　　　os.flush();
　　　　　　　　　　//重新整理輸出流，使Server馬上收到該字串
　　　　　　　　　　System.out.println("Client:"+readline);
　　　　　　　　　　//在系統標準輸出上列印讀入的字串
　　　　　　　　　　System.out.println("Server:"+is.readLine());
　　　　　　　　　　//從Server讀入一字串，並列印到標準輸出上
　　　　　　　　　　readline=sin.readLine(); //從系統標準輸入讀入一字串
　　　　　　　　} //繼續迴圈
　　　　　　　　os.close(); //關閉Socket輸出流
　　　　　　　　is.close(); //關閉Socket輸入流
　　　　　　　　socket.close(); //關閉Socket
　　　　　　}catch(Exception e) {
　　　　　　　　System.out.println("Error"+e); //出錯，則列印出錯資訊
　　　　　　}
　　}
}
伺服器端程式
　　import java.io.*;
　　import java.net.*;
　　import java.applet.Applet;
　　public class TalkServer{
　　　　public static void main(String args[]) {
　　　　　　try{
　　　　　　　　ServerSocket server=null;
　　　　　　　　try{
　　　　　　　　　　server=new ServerSocket(4700);
　　　　　　　　//建立一個ServerSocket在埠4700監聽客戶請求
　　　　　　　　}catch(Exception e) {
　　　　　　　　　　System.out.println("can not listen to:"+e);
　　　　　　　　//出錯，列印出錯資訊
　　　　　　　　}
　　　　　　　　Socket socket=null;
　　　　　　　　try{
　　　　　　　　　　socket=server.accept();
　　　　　　　　　　//使用accept()阻塞等待客戶請求，有客戶
　　　　　　　　　　//請求到來則產生一個Socket物件，並繼續執行
　　　　　　　　}catch(Exception e) {
　　　　　　　　　　System.out.println("Error."+e);
　　　　　　　　　　//出錯，列印出錯資訊
　　　　　　　　}
　　　　　　　　String line;
　　　　　　　　BufferedReader is=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
　　　　　　　　　//由Socket物件得到輸入流，並構造相應的BufferedReader物件
　　　　　　　　PrintWriter os=newPrintWriter(socket.getOutputStream());
　　　　　　　　　//由Socket物件得到輸出流，並構造PrintWriter物件
　　　　　　　　BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
　　　　　　　　　//由系統標準輸入裝置構造BufferedReader物件
　　　　　　　　System.out.println("Client:"+is.readLine());
　　　　　　　　//在標準輸出上列印從客戶端讀入的字串
　　　　　　　　line=sin.readLine();
　　　　　　　　//從標準輸入讀入一字串
　　　　　　　　while(!line.equals("bye")){
　　　　　　　　//如果該字串為 "bye"，則停止迴圈
　　　　　　　　　　os.println(line);
　　　　　　　　　　//向客戶端輸出該字串
　　　　　　　　　　os.flush();
　　　　　　　　　　//重新整理輸出流，使Client馬上收到該字串
　　　　　　　　　　System.out.println("Server:"+line);
　　　　　　　　　　//在系統標準輸出上列印讀入的字串
　　　　　　　　　　System.out.println("Client:"+is.readLine());
　　　　　　　　　　//從Client讀入一字串，並列印到標準輸出上
　　　　　　　　　　line=sin.readLine();
　　　　　　　　　　//從系統標準輸入讀入一字串
　　　　　　　　} 　//繼續迴圈
　　　　　　　　os.close(); //關閉Socket輸出流
　　　　　　　　is.close(); //關閉Socket輸入流
　　　　　　　　socket.close(); //關閉Socket
　　　　　　　　server.close(); //關閉ServerSocket
　　　　　　}catch(Exception e){
　　　　　　　　System.out.println("Error:"+e);
　　　　　　　　//出錯，列印出錯資訊
　　　　　　}
　　　　}
　　}





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