TCP和UDP並實現socket的簡單通信

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http://www.cnblogs.com/IPrograming/archive/2012/10/15/CSharp_Socket_4.html

http://www.cnblogs.com/dolphinX/p/3460545.html

一、TCP和UDP的區別和聯系

1.五層協議體系結構和OSI七層的體系結構

2.五層協議體系結構

　　2.1應用層（超文本傳輸協議）（文件傳輸）（遠程登錄）（網絡管理）（域名系統）HTTP/TFTP/TELNET/SNMP/DNS

　　　　如何通過應用進程間的交互來完成特定網絡應用，是應用進程間的通信和交互規則。

　　2.2運輸層

　　　　負責向兩台主機之間提供通用的數據傳輸服務，應用層利用這一層的傳輸服務，傳輸應用層的報文。

　　2.3網絡層（Internet協議）（控制信息協議）（地址/反地址解析協議）IP/ICMP/ARP/RARP

　　　　負責為分組交換網上的不同主機提供通信服務。把運輸層產生的報文段和用戶數據報，封裝成分組和包的形式進行傳送。

　　　　另外，使源主機運輸層所傳下來的分組，能夠通過網絡中路由器找到合適的分組。

　　2.4數據鏈路層

　　　　鏈路是指節點間的連接，它主要把網絡層交下來的分組和包或者是IP數據報封裝成幀，在節點之間進行傳播。

　　2.5物理層

　　　　提供物理媒體，傳輸bit流。

3.運輸層中的UDP和TCP和Socket

　　3.1TCP

　　　　①三次握手

　　　　1.主機A通過向主機B發送一個含有同步序列號的標志位的數據段給主機B，向主機B請求簡歷連接，通過這個數據段，

主機A告訴主機B兩件事：我要和你通信；你可以用哪個序列號作為起始數據段來回應我。

　　　　2.主機B收到主機A的請求后，有一個帶有去人應答（ACK）和同步序列號（SYN）標志

位的數據段響應主機A，也告訴主機A兩件事：我已經收到你的請求了，你可以傳輸數據了；你要用哪個序列號作為起始數據段來回應我

　　　　3.主機A收到這個數據段后，再發送一個確認應答，確認已收到主機B的數據段；並開始傳輸實際數據。

　　　　②三次握手的特點

　　　　沒有應用層的數據，SYN這個標志位只有在TCP建立連接時才會被置1，握手完成后SYN標志位被職位0；

　　　　③四次揮手

　　　　1.當主機A完成數據傳輸后，將控制位FIN置1，提出停止TCP連接請求

　　　　2.主機B收到FIN后對其作出響應，確認這一方向的TCP連接將關閉，將ACK置1

　　　　3.由B端在提出反方向的關閉請求，將FIN置1（關閉A端，否則處於半關閉狀態）

　　　　4.主機A對主機B的請求進行確認，將ACK置1，雙方向的連接關閉。

　　　　④刷一波，這些標識們

　　　　名詞解釋
　　　　ACK  TCP報頭的控制位之一,對數據進行確認.確認由目的端發出,用它來告訴發送端這個序列號之前的數據段
　　都收到了.比如,確認號為X,則表示前X-1個數據段都收到了,只有當ACK=1時,確認號才有效,當ACK=0時,確認號無效,這時　　會要求重傳數據,保證數據的完整性.
　　　　SYN  同步序列號,TCP建立連接時將這個位置1
　　　　FIN  發送端完成發送任務位,當TCP完成數據傳輸需要斷開時,提出斷開連接的一方將這位置1
　　　　TCP的包頭結構：
　　源端口 16位
　　目標端口 16位
　　序列號 32位
　　回應序號 32位
　　TCP頭長度 4位
　　reserved 6位
　　控制代碼 6位
　　窗口大小 16位
　　偏移量 16位
　　校驗和 16位
　　選項  32位(可選)
　　這樣我們得出了TCP包頭的最小長度，為20字節。

消息確認（Message Acknowledgement）：當接收端TCP成功接收到TCP報文段之后，會在一個短暫的時間間隔內（並不是在成功接收到報文的那一刻），向發送端發送一個表明該報文段已經被成功接收確認消息（Acknowledgement）；
超時重傳：發送端具有一個存儲報文段的緩沖區（Buffer），我們一般稱為發送端窗口（Sender Window），用於存放已經發送但是尚未接受到確認的報文段。如果接收到確認，會將相應的報文段從發送端窗口中移除。如果在一定的超時時限內沒有接收到確認消息，會認為相應的報文段發送失敗，此時發送端TCP會從發送端窗口中提取相應的報文段進行重新發送。

　　3.2UDP

（1） UDP是一個非連接的協議，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，並盡可能快地把它扔到網絡上。在發送端，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。
（2）由於傳輸數據不建立連接，因此也就不需要維護連接狀態，包括收發狀態等，因此一台服務機可同時向多個客戶機傳輸相同的消息。
（3） UDP信息包的標題很短，只有8個字節，相對於TCP的20個字節信息包的額外開銷很小。
（4）吞吐量不受擁擠控制算法的調節，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。
（5）UDP使用盡最大努力交付，即不保證可靠交付，因此主機不需要維持復雜的鏈接狀態表（這里面有許多參數）。
（6）UDP是面向報文的。發送方的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，也不合並，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。
我們經常使用“ping”命令來測試兩台主機之間TCP/IP通信是否正常，其實“ping”命令的原理就是向對方主機發送UDP數據包，然后對方主機確認收到數據包，如果數據包是否到達的消息及時反饋回來，那么網絡就是通的。
UDP的包頭結構：
源端口 16位
目的端口 16位
長度 16位
校驗和 16位

　　UDP，並不嘗試對IP層產生的錯誤進行修復，它僅僅簡單的擴展了IP協議“盡力而為best effort"的數據報服務，使得數據能在應用程序之間工作，而不是在主機之間工作。因此，使用了UDP協議的應用程序必須為處理報文丟失，順序混亂等問題做好准備。

　　UDP協議會用自己的分組結構封裝用戶消息，它只增加了4個字段：源端口、目標端口、分組長度和校驗和。這樣，當IP把分組送達目標主機時，該主機能夠拆開UDP分組，根據目標端口找到目標應用程序，然后再把消息發送過去。說到底， UDP僅僅是在IP層之上通過嵌入應用程序的源端口和目標端口，提供了一個“應用程序多路復用”機制。明白了這一點，就可以總結一下UDP的無服務是怎么回事了。

　　3.3UDP和TCP的區別

　　①基於連接與無連接（是指傳輸數據之前）

　　②對系統資源的要求（TCP較多，UDP較少）

　　③UDP程序結構較簡單，首部開銷只有8個字節，而TCP有20個字節。

　　④流模式與數據報模式，UDP沒有擁塞控制，UDP中當網絡發生擁塞不會使源主機的速率降低，

多用於實時應用中，如IP電話，實時視頻會議等。

　　⑤TCP保證數據正確性，UDP可能丟包，TCP保證數據順序，UDP不保證。

　　⑥每一條TCP連接只能是點到點的；UDP支持一對一，一對多，多對一和多對多的交互通信。

　　⑦TCP的邏輯通信信道是全雙工的可靠信道，UDP則是不可靠信道。

　　⑧TCP多用於傳輸少量數據，UDP多用於傳輸少量數據

3.4Socket

　①　Socket：只是一個抽象層。用來表示程序已經加入到網絡中。

　　http://www.cnblogs.com/lwzz/archive/2011/07/03/2096651.html

指一旦一個程序中有了一個Socket實例對象，那么這個程序就被加到了網絡中，可以和網絡中的其他應用程序進行通信。

現在來關注Socket是抽象層這段話。既然Socket是抽象的，那么它肯定有很多不同具體的實現，比如說TCP

為基礎的TCPSocket和一UDP為基礎的UDPSocket。

　　②TCPSocket

　　1.用到了

　　線程工具類

 1 import java.io.BufferedReader;
 2 import java.io.IOException;
 3 import java.io.InputStream;
 4 import java.io.InputStreamReader;
 5 import java.io.OutputStream;
 6 import java.io.PrintWriter;
 7 import java.net.Socket;
 8 
 9 public class ServerThread implements Runnable{
10     
11     Socket socket = null;
12     public ServerThread(Socket socket){
13         this.socket = socket;
14     }
15     @Override
16     public void run() {
17         InputStream is = null;
18         InputStreamReader isr = null;
19         BufferedReader br = null;
20         OutputStream os = null;
21         PrintWriter pw = null;
22         //與客戶端建立通信，獲取輸入流，讀取客戶端提供的信息
23         try {
24             is = socket.getInputStream();
25             isr = new InputStreamReader(is,"UTF-8");
26             br = new BufferedReader(isr);
27             String data = null;
28             while((data = br.readLine())!=null){
29                 System.out.println("我是服務器，客戶端提交的信息為："+data);
30                 socket.shutdownInput();//關閉輸入流
31                 
32                 //獲取輸出流，響應客戶端的請求
33                 os = socket.getOutputStream();
34                 pw = new PrintWriter(os);
35                 pw.write("服務器端響應成功");
36                 pw.flush();
37             }
38         } catch (IOException e) {
39             // TODO Auto-generated catch block
40             e.printStackTrace();
41         }finally{
42             //關閉資源和相關socket
43             try{
44                 if(pw!=null){
45                     pw.close();
46                 }
47                 if(os!=null){
48                     os.close();
49                 }
50                 if(is!=null){
51                     is.close();
52                 }
53                 if(isr!=null){
54                     isr.close();
55                 }
56                 if(br!=null){
57                     br.close();
58                 }
59                 if(socket!=null){
60                     socket.close();
61                 }
62             }catch(Exception e){
63                 e.printStackTrace();
64             }
65         }
66     }
67 }

View Code

　　服務端

import java.io.IOException;
import java.net.InetAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Server {
    public static void main(String[] args){
        //創建一個服務器端的Socket，即ServerSocket，綁定需要監聽的端口
        try {
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            Socket socket = null;
            //記錄連接過服務器端客戶端數量
            int count = 0;
            System.out.println("服務期即將啟動,等待客戶端的連接");
            while(true){//循環監聽新的客戶端的連接
                //調用accept（）方法監聽，等待客戶端的連接以獲取Socket實例
                socket = serverSocket.accept();
                //創建新線程
                Thread thread = new Thread(new ServerThread(socket));
                thread.start();
                count++;
                System.out.println("服務器端被連接過的次數："+count);
                
                InetAddress address = socket.getInetAddress();
                System.out.println("當前客戶端IP為："+address.getHostAddress());
            }
            //服務器端的連接不用關閉。
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

　　客戶端

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;


public class Client1 {
    public static void main(String[] args) {
        try{
            Socket socket = new Socket("localhost",8888);
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            PrintWriter pw = new PrintWriter(os);
            pw.write("用戶名:jinxueling;密碼：123");
            pw.flush();
            socket.shutdownOutput();
            
            InputStream is = socket.getInputStream();
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is,"UTF-8");
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
            String data = null;
            while((data = br.readLine())!=null){
                System.out.println("我是客戶端，服務器端響應的數據為："+data);
            }
              socket.close();
        }catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        }catch(IOException e){
            e.printStackTrace();
        } 
    }
}

③UDPSocket

　　線程工具類

package UDPSocket;

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class UDPThread implements Runnable{
    
    DatagramSocket socket = null;
    DatagramPacket packet = null;
    public UDPThread(DatagramSocket socket,DatagramPacket packet){
        this.socket = socket;
        this.packet = packet;
    }
    @Override
    public void run() {
        String info = null;
        InetAddress address = null;
        int port = 8800;
        byte[] data2 = null;
        DatagramPacket packet2 = null;
        try{
            //打印當前請求socket客戶端的請求數據和信息。
            info = new String(packet.getData(),0,packet.getLength());
            System.out.println("我是服務器，客戶端說："+info);
            //封裝數據包，響應給當前socket實例的客戶端
            address = packet.getAddress();
            port = packet.getPort();
            data2 = "我在響應你".getBytes();
            packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length,address,port);
            socket.send(packet2);
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

　　服務端

package UDPSocket;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;

public class UDPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        try {
            //創建指定端口的DatagramSocket
            DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8800);
            //聲明數據報
            DatagramPacket packet = null;
            //聲明字節數組
            byte[] data = null;
            //服務器響應的連接計數
            int count = 0;
            System.out.println("服務器啟動，等待發送數據");
            //等待客戶端連接
            while(true){
                //初始化字節數組容量，指定接收的數據包的大小
                data = new byte[1024];
                //初始化數據包
                packet = new DatagramPacket(data,data.length);
                //等待接收來自服務端的數據包
                socket.receive(packet);
                //到達這一步，socket.receive方法停止阻塞了，說明有客戶端在請求了
                //給該客戶端創建一個獨立的線程，並根據接收到的包，給予響應。
                Thread thread = new Thread(new UDPThread(socket,packet));
                thread.start();
                count++;
                System.out.println("服務器端被連接過的次數："+count);
                //打印當前的客戶端socket的ip
                InetAddress address = packet.getAddress();
                System.out.println("當前客戶端的IP為："+address.getHostAddress());
            }
        } catch (SocketException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

　　客戶端

package UDPSocket;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class UDPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //定義服務器的地址，端口號，數據
        InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");
        int port = 8800;
        byte[] data = "用戶名：admin；密碼：123".getBytes();
        //創建數據報
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data,data.length,address,port);
        //創建DatagramSocket，實現數據發送和接收
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
        //向服務器發送數據報
        socket.send(packet);
        
        //接收服務器 響應數據
        byte[] data2 = new byte[1024];
        DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2,data2.length);
        socket.receive(packet2);
        String info = new String(data2,0,packet2.getLength());
        System.out.println("我是客戶端，服務器說："+info);
        socket.close();
    }
}

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