利用UDP Sockets技术实现IP多点传送
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杨绍方
摘 要 本文介绍了UDP Sockets的基本概念和IP多点传送的原理，详细讨论了Java中的相关类及使用方法，提供了一个IP多点传送的开发流程。
关键词 Java UDP Sockets
IP 多点传送 MulticastSocket 类IP多点传送(multicast delivery)是针对点到点的传送和广播传送两种方式而言的，它是指在一定的组内对其成员进行的广播，是一种有限的广播。组中的某个成员发出的信息，组中的其它所有成员都能收到。它是UDP Sockets的一个分支。
IP多点传送特别适合与高带宽的应用，例如在网络上发送视频和音频。随着网络带宽的不断提高和网络通讯质量的不断改善，IP多点传送还将广泛地被应用于网上聊天及网上会议，分布式数据存储，联机事务处理，交互式游戏等方面。另外，多点传送还可以被客户机用于在网络上寻找相应的服务器，客户机发送一个多点传送的请求，任何监听服务器都可以与客户机连接并开始一个事务。
UDP Socket基础
使用用户数据报协议(User Datagram Protocol,简称UDP)进行会话必须将信息装配成一定尺寸的小报文，当发送一条信息，接收方能否收到并返回信息永远是不确定的，如果无法收到返回信息，我们就无法确定我们发送的信息是否被接收——它可能在途中丢失，接收者返回的响应信息也可能丢失，另外，接收者也可能忽略我们的信息，因此，UDP被描述为不可靠的、无连接的和面向消息的。
创建UDP sockets非常象创建一个邮箱。邮箱是使用地址来识别的，但是，我们不需要为每个发送信息的人构造一个新的邮箱，可以在含有发送信息的明信片上写上目的地址，将其放在邮箱中并发送出去。接收者可能会长久的等待，直到含有信息的明信片到达它的邮箱，而明信片上标识了发送者的返回地址。
IP多点传送的原理
为了支持IP多点传送，某些范围的IP地址被单独留出专门用于这个目的，这些IP地址是D类地址，其地址的最高四比特的位模式为“1110”，即IP地址的范围在224.0.0.0和239.255.255.255之间。它们中的每一个IP地址都可以被引用作为一个多点传送组，任何以该IP地址编址的IP报文将被该组中的其它所有机器接收，也就是说，一个IP地址就相当于一个邮箱。另外，组中的成员是动态的并随时间而改变。
对于IP多点传送，网间网组管理协议(Internet Group Management Protocol,简称IGMP)，用于管理多点传送组中的成员。支持多点传送的路由可以使用IGMP决定本地的机器是否赞成加入某个组，一个多点传送路由可以决定是否转发一个多点传送报文。
影响多点传送报文的一个重要参数是time－to－live(TTL)。TTL用于描述发送者希望传送的信息能通过多少不同的网络。当报文被路由器转发，报文中的TTL将减一，当TTL为零时，报文将不再向前发送。
在实际使用中，我们必须注意下面几点：
1.这些IP地址只能作为信宿地址使用，绝对不能出现在任何信源地址域中，也不能出现在源路径或记录路径选项中：
2.由于IP多点传送是一对多的传送，因此，不能利用差错与控制报文协议(Internet Control Message Protocol，简称ICMP)产生出错报文。
3.发送一个信息到一个组，发送主机可以不是组中的成员；
4.一些组被Internet Assigned Numbers Authority(IANA)分配，保留用于特殊的目的，详情参见：ftp://ftp.internic.net/rfc/rfc1700.txt。另外，避免使用一些保留组，从224.0.0.0到224.0.0.225仅限于本地子网使用。建议在224.0.1.27和224.0.1.225之间任意选取一个IP地址。
5.如果我们选取的组已经被使用，与其他机器的通讯将会混乱，一旦发生，可以退出应用，试试其他的地址。
6.当一个机器加入一个多点传送组，它将开始接收该IP多点传送地址的信息。如果多点传送报文分发到网络上，任何监听该信息的机器都会有机会接收它。对于IP多点传送，没有一个机制对相同网络上的机器能否加入该多点传送组加以限制。因此，安全性是我们必须考虑的问题之一。
7.选择的TTL参数应尽可能小。一个大的TTL值会不必要地占用Internet带宽。此外，还可能破坏不同区域使用相同组的其它的多点传送通讯。
Java中与IP多点传送相关的类
java.net包中含有UDP通讯所需要的工具，其中包括IP多点传送。
DatagramPacket类
我们可以使用DatagramPacket类创建一个用于发送的数据报，而当接收UDP数据报时，可以使用DatagramPacket类读取数据报中的数据，发送者及其它信息。
为了创建一个数据报并发送到远地系统，可以使用下面的构造器：
Public DatagramPacket(byte ibuf,int length,InetAddress iaddr,int iport,);
ibuf是编码信息数据的字节数组，它的长度length就是数据报放在其中的字节数组的长度，iaddr是一个InetAddress对象，存储着接收方的主机名和IP地址等信息，iport标识数据报发送到接收主机的端口。
为了接收数据报，必须使用DatagramPacket构造器，其原型为：public DatagramPacket(byte ibuf,int ilength);ibuf是指接收的数据报的数据部分， ilength是该部分数据的长度。如果 ilength 小于机器接收的UDP数据报的尺寸，多余的字节将被Java忽略。
另外，类中有一些方法(method)可以让我们得到一些相关的信息：
public int getLength(); //得到数据报中数据块的字节尺寸
public bytegetData();//得到接收数据报中的数据
public InetAddress getAddress(); //为发送者提供一个 InetAddress对象
public int getPort(); //得到UDP端口
值得注意的是，TCP sockets的编程中，我们无须将传送的数据分块，然而，当我们创建一个基于UDP的网络通讯应用程序时，必须创建一套方法，在运行时刻决定需分割的数据报的长度。对于TCP/IP，最大的数据报可以含有65507字节的数据，然而，主机仅能接收最多548字节的数据，支持8192字节的大数据报的平台是利用IP层对数据报进行分割的。如果在传送期间，任何含有IP报文的一个数据块丢失，都会造成整个UDP数据报的丢失，因此，我们在确定应用中数据报尺寸时，对其尺寸的合理性一定要谨慎。
下面就是分割数据的一个例子：
//循环地从输入流input中读一行数据
while((nextLine=input.readLine())!=null){
//定义一个空数据报，其尺寸为512
mcastBuffer=new byte[512];
//如果读入的数据的长度大于定义的数据报的长度，
//则使用定义的长度，否则使用读入数据的长度
if(nextLine.length()>mcastBuffer.length){
sendLength=mcastBuffer.length;
}else {
sendLenth=nextLine.length();
}
//将读入的数据转换为byte类型
lineData=nextLine.getBytes();
//将数据复制到用于创建数据报的byte数组
for(int i=0;i mcastBuffer[i]=lineData[i];
}
……创建数据报，发送或接收……
}
MulticastSocket类
Java的 MulticastSocket类是实施IP多点传送网络特征的关键，它允许我们使用多点传送IP发送或接收UDP数据报。 MulticastSocket的构造器为：
public MulticastSocket () throws IOException; //创建一个多点传送socket
public MulticastSocket(int port)throws IOException;//在指定端口创建一个多点传送socket
另外，类中其它常用的方法有：
public void joinGroup(InetAddress mcastaddr)throws IOException{} //加入多点传送组
public void leaveGroup(InetAddress mcastaddr)throws IOException{} //离开多点传送组
public synchronized void send(DatagramPacket p,byte ttl) throws IOException{} //发送数据报
public synchronized void receive(DatagramPacket p,byte ttl) throws IOException{} //接收数据报
创建一个DatagramPacket对象之后，我们必须相应地创建一个 MulticastSocket对象，这样，数据报就可以使用send()方法发送了。下面的代码演示了如何创建 MulticastSocket、发送和接收IP多点传送数据报：
int multiPort=2345; //定义端口号，非超级用户应使用1024以上的端口
int ttl=1; //设定TTL值
InetAddress multiAddr=InetAddress.getByName(″224.0.1.100″)； //设定多点传送IP
byteSmultiBytes={'H','e','1','1','O'}; //定义一个内容为“Hello”的数据报
//创建多点传送数据报
DatagramPacket SmultiDatagram new Datagram Packet(SmultiBytes,SmultiBytes,length,multiAddr,multiPort);
MulticastSocket multiSocket=new MulticastSocket(); //创建多点传送socket
multiSocket.send(SmultiDatagram,ttl)； //发送数据报(不加入到组中)
……
byteRmultiBytes=new byte[256]; //定义一个空数据报，长度为256字节
//创建接收数据报
DatagramPacket RmultiDatagram=new DatagramPacket(RmultiBytes,RmultiBytes.length);
multiSocket.joinGroup(multiAddr); //加入到多点传送组中
multiSocket.receive(RmultiDatagram);//接收UDP数据报
……
multiSocket.leaveGroup(multiAddr); //离开多点传送组
multiSocket.close(); //关闭多点传送 socket
当调用joinGroup()方法时，机器将关注沿着网络传送属于特定多点传送组的任何IP报文，也就是说,机器拥有了一个邮箱。主机还应使用IGMP相应地报告组的使用。对于多IP地址的机器，应配置数据报发送的接口：setInterface(oneOfMyLocalAddrs);
在DatagramSocket中没有类似 setSo Timeout()的方法设置超时。
IP多点传送应用程序的开发流程
由于IP多点传送主要用于同组中成员的交流，因此，应用程序的开发流程大体如下：
1.创建一个需发送的按规定编址的数据报DatagramPacket;
2.建立一个用于发送和接收的MulticastSocket;
3.加入一个多点传送组；
4.将数据报放入MulticastSocket中传送出去；
5.等待从MulticastSocket接收数据报；
6.解码数据报提取信息；
7.根据得到的信息作出回应；
8.重复5—7步；
9.离开该多点传送组，关闭MulticastSocket。
结束语
在实际应用中，发送和接收数据建议分别以单独的线程同时运行，另外，如果需在屏幕上显示，建议使用两个线程在两个不同的窗口分别负责显示发送的数据和接收的数据。□
作者单位：建设银行云南保山地区分行 (云南保山678000)
摘 要 本文介绍了UDP Sockets的基本概念和IP多点传送的原理，详细讨论了Java中的相关类及使用方法，提供了一个IP多点传送的开发流程。
关键词 Java UDP Sockets
IP 多点传送 MulticastSocket 类IP多点传送(multicast delivery)是针对点到点的传送和广播传送两种方式而言的，它是指在一定的组内对其成员进行的广播，是一种有限的广播。组中的某个成员发出的信息，组中的其它所有成员都能收到。它是UDP Sockets的一个分支。
IP多点传送特别适合与高带宽的应用，例如在网络上发送视频和音频。随着网络带宽的不断提高和网络通讯质量的不断改善，IP多点传送还将广泛地被应用于网上聊天及网上会议，分布式数据存储，联机事务处理，交互式游戏等方面。另外，多点传送还可以被客户机用于在网络上寻找相应的服务器，客户机发送一个多点传送的请求，任何监听服务器都可以与客户机连接并开始一个事务。
UDP Socket基础
使用用户数据报协议(User Datagram Protocol,简称UDP)进行会话必须将信息装配成一定尺寸的小报文，当发送一条信息，接收方能否收到并返回信息永远是不确定的，如果无法收到返回信息，我们就无法确定我们发送的信息是否被接收——它可能在途中丢失，接收者返回的响应信息也可能丢失，另外，接收者也可能忽略我们的信息，因此，UDP被描述为不可靠的、无连接的和面向消息的。
创建UDP sockets非常象创建一个邮箱。邮箱是使用地址来识别的，但是，我们不需要为每个发送信息的人构造一个新的邮箱，可以在含有发送信息的明信片上写上目的地址，将其放在邮箱中并发送出去。接收者可能会长久的等待，直到含有信息的明信片到达它的邮箱，而明信片上标识了发送者的返回地址。
IP多点传送的原理
为了支持IP多点传送，某些范围的IP地址被单独留出专门用于这个目的，这些IP地址是D类地址，其地址的最高四比特的位模式为“1110”，即IP地址的范围在224.0.0.0和239.255.255.255之间。它们中的每一个IP地址都可以被引用作为一个多点传送组，任何以该IP地址编址的IP报文将被该组中的其它所有机器接收，也就是说，一个IP地址就相当于一个邮箱。另外，组中的成员是动态的并随时间而改变。
对于IP多点传送，网间网组管理协议(Internet Group Management Protocol,简称IGMP)，用于管理多点传送组中的成员。支持多点传送的路由可以使用IGMP决定本地的机器是否赞成加入某个组，一个多点传送路由可以决定是否转发一个多点传送报文。
影响多点传送报文的一个重要参数是time－to－live(TTL)。TTL用于描述发送者希望传送的信息能通过多少不同的网络。当报文被路由器转发，报文中的TTL将减一，当TTL为零时，报文将不再向前发送。
在实际使用中，我们必须注意下面几点：
1.这些IP地址只能作为信宿地址使用，绝对不能出现在任何信源地址域中，也不能出现在源路径或记录路径选项中：
2.由于IP多点传送是一对多的传送，因此，不能利用差错与控制报文协议(Internet Control Message Protocol，简称ICMP)产生出错报文。
3.发送一个信息到一个组，发送主机可以不是组中的成员；
4.一些组被Internet Assigned Numbers Authority(IANA)分配，保留用于特殊的目的，详情参见：ftp://ftp.internic.net/rfc/rfc1700.txt。另外，避免使用一些保留组，从224.0.0.0到224.0.0.225仅限于本地子网使用。建议在224.0.1.27和224.0.1.225之间任意选取一个IP地址。
5.如果我们选取的组已经被使用，与其他机器的通讯将会混乱，一旦发生，可以退出应用，试试其他的地址。
6.当一个机器加入一个多点传送组，它将开始接收该IP多点传送地址的信息。如果多点传送报文分发到网络上，任何监听该信息的机器都会有机会接收它。对于IP多点传送，没有一个机制对相同网络上的机器能否加入该多点传送组加以限制。因此，安全性是我们必须考虑的问题之一。
7.选择的TTL参数应尽可能小。一个大的TTL值会不必要地占用Internet带宽。此外，还可能破坏不同区域使用相同组的其它的多点传送通讯。
Java中与IP多点传送相关的类
java.net包中含有UDP通讯所需要的工具，其中包括IP多点传送。
DatagramPacket类
我们可以使用DatagramPacket类创建一个用于发送的数据报，而当接收UDP数据报时，可以使用DatagramPacket类读取数据报中的数据，发送者及其它信息。
为了创建一个数据报并发送到远地系统，可以使用下面的构造器：
Public DatagramPacket(byte ibuf,int length,InetAddress iaddr,int iport,);
ibuf是编码信息数据的字节数组，它的长度length就是数据报放在其中的字节数组的长度，iaddr是一个InetAddress对象，存储着接收方的主机名和IP地址等信息，iport标识数据报发送到接收主机的端口。
为了接收数据报，必须使用DatagramPacket构造器，其原型为：public DatagramPacket(byte ibuf,int ilength);ibuf是指接收的数据报的数据部分， ilength是该部分数据的长度。如果 ilength 小于机器接收的UDP数据报的尺寸，多余的字节将被Java忽略。
另外，类中有一些方法(method)可以让我们得到一些相关的信息：
public int getLength(); //得到数据报中数据块的字节尺寸
public bytegetData();//得到接收数据报中的数据
public InetAddress getAddress(); //为发送者提供一个 InetAddress对象
public int getPort(); //得到UDP端口
值得注意的是，TCP sockets的编程中，我们无须将传送的数据分块，然而，当我们创建一个基于UDP的网络通讯应用程序时，必须创建一套方法，在运行时刻决定需分割的数据报的长度。对于TCP/IP，最大的数据报可以含有65507字节的数据，然而，主机仅能接收最多548字节的数据，支持8192字节的大数据报的平台是利用IP层对数据报进行分割的。如果在传送期间，任何含有IP报文的一个数据块丢失，都会造成整个UDP数据报的丢失，因此，我们在确定应用中数据报尺寸时，对其尺寸的合理性一定要谨慎。
下面就是分割数据的一个例子：
//循环地从输入流input中读一行数据
while((nextLine=input.readLine())!=null){
//定义一个空数据报，其尺寸为512
mcastBuffer=new byte[512];
//如果读入的数据的长度大于定义的数据报的长度，
//则使用定义的长度，否则使用读入数据的长度
if(nextLine.length()>mcastBuffer.length){
sendLength=mcastBuffer.length;
}else {
sendLenth=nextLine.length();
}
//将读入的数据转换为byte类型
lineData=nextLine.getBytes();
//将数据复制到用于创建数据报的byte数组
for(int i=0;i mcastBuffer[i]=lineData[i];
}
……创建数据报，发送或接收……
}
MulticastSocket类
Java的 MulticastSocket类是实施IP多点传送网络特征的关键，它允许我们使用多点传送IP发送或接收UDP数据报。 MulticastSocket的构造器为：
public MulticastSocket () throws IOException; //创建一个多点传送socket
public MulticastSocket(int port)throws IOException;//在指定端口创建一个多点传送socket
另外，类中其它常用的方法有：
public void joinGroup(InetAddress mcastaddr)throws IOException{} //加入多点传送组
public void leaveGroup(InetAddress mcastaddr)throws IOException{} //离开多点传送组
public synchronized void send(DatagramPacket p,byte ttl) throws IOException{} //发送数据报
public synchronized void receive(DatagramPacket p,byte ttl) throws IOException{} //接收数据报
创建一个DatagramPacket对象之后，我们必须相应地创建一个 MulticastSocket对象，这样，数据报就可以使用send()方法发送了。下面的代码演示了如何创建 MulticastSocket、发送和接收IP多点传送数据报：
int multiPort=2345; //定义端口号，非超级用户应使用1024以上的端口
int ttl=1; //设定TTL值
InetAddress multiAddr=InetAddress.getByName(″224.0.1.100″)； //设定多点传送IP
byteSmultiBytes={'H','e','1','1','O'}; //定义一个内容为“Hello”的数据报
//创建多点传送数据报
DatagramPacket SmultiDatagram new Datagram Packet(SmultiBytes,SmultiBytes,length,multiAddr,multiPort);
MulticastSocket multiSocket=new MulticastSocket(); //创建多点传送socket
multiSocket.send(SmultiDatagram,ttl)； //发送数据报(不加入到组中)
……
byteRmultiBytes=new byte[256]; //定义一个空数据报，长度为256字节
//创建接收数据报
DatagramPacket RmultiDatagram=new DatagramPacket(RmultiBytes,RmultiBytes.length);
multiSocket.joinGroup(multiAddr); //加入到多点传送组中
multiSocket.receive(RmultiDatagram);//接收UDP数据报
……
multiSocket.leaveGroup(multiAddr); //离开多点传送组
multiSocket.close(); //关闭多点传送 socket
当调用joinGroup()方法时，机器将关注沿着网络传送属于特定多点传送组的任何IP报文，也就是说,机器拥有了一个邮箱。主机还应使用IGMP相应地报告组的使用。对于多IP地址的机器，应配置数据报发送的接口：setInterface(oneOfMyLocalAddrs);
在DatagramSocket中没有类似 setSo Timeout()的方法设置超时。
IP多点传送应用程序的开发流程
由于IP多点传送主要用于同组中成员的交流，因此，应用程序的开发流程大体如下：
1.创建一个需发送的按规定编址的数据报DatagramPacket;
2.建立一个用于发送和接收的MulticastSocket;
3.加入一个多点传送组；
4.将数据报放入MulticastSocket中传送出去；
5.等待从MulticastSocket接收数据报；
6.解码数据报提取信息；
7.根据得到的信息作出回应；
8.重复5—7步；
9.离开该多点传送组，关闭MulticastSocket。
结束语
在实际应用中，发送和接收数据建议分别以单独的线程同时运行，另外，如果需在屏幕上显示，建议使用两个线程在两个不同的窗口分别负责显示发送的数据和接收的数据。□
作者单位：建设银行云南保山地区分行 (云南保山678000)
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