楊紹方

摘　要　本文介紹了UDP Sockets的基本概念和IP多點(diǎn)傳送的原理，詳細(xì)討論了Java中的相關(guān)類及使用方法，提供了一個(gè)IP多點(diǎn)傳送的開發(fā)流程。
關(guān)鍵詞　Java　UDP Sockets　

　　IP　多點(diǎn)傳送　MulticastSocket　類IP多點(diǎn)傳送(multicast delivery)是針對(duì)點(diǎn)到點(diǎn)的傳送和廣播傳送兩種方式而言的，它是指在一定的組內(nèi)對(duì)其成員進(jìn)行的廣播，是一種有限的廣播。組中的某個(gè)成員發(fā)出的信息，組中的其它所有成員都能收到。它是UDP Sockets的一個(gè)分支。
　　IP多點(diǎn)傳送特別適合與高帶寬的應(yīng)用，例如在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送視頻和音頻。隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的不斷提高和網(wǎng)絡(luò)通訊質(zhì)量的不斷改善，IP多點(diǎn)傳送還將廣泛地被應(yīng)用于網(wǎng)上聊天及網(wǎng)上會(huì)議，分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，聯(lián)機(jī)事務(wù)處理，交互式游戲等方面。另外，多點(diǎn)傳送還可以被客戶機(jī)用于在網(wǎng)絡(luò)上尋找相應(yīng)的服務(wù)器，客戶機(jī)發(fā)送一個(gè)多點(diǎn)傳送的請(qǐng)求，任何監(jiān)聽(tīng)服務(wù)器都可以與客戶機(jī)連接并開始一個(gè)事務(wù)。

UDP Socket基礎(chǔ)
　　使用用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(User Datagram Protocol,簡(jiǎn)稱UDP)進(jìn)行會(huì)話必須將信息裝配成一定尺寸的小報(bào)文，當(dāng)發(fā)送一條信息，接收方能否收到并返回信息永遠(yuǎn)是不確定的，如果無(wú)法收到返回信息，我們就無(wú)法確定我們發(fā)送的信息是否被接收——它可能在途中丟失，接收者返回的響應(yīng)信息也可能丟失，另外，接收者也可能忽略我們的信息，因此，UDP被描述為不可靠的、無(wú)連接的和面向消息的。
　　創(chuàng)建UDP sockets非常象創(chuàng)建一個(gè)郵箱。郵箱是使用地址來(lái)識(shí)別的，但是，我們不需要為每個(gè)發(fā)送信息的人構(gòu)造一個(gè)新的郵箱，可以在含有發(fā)送信息的明信片上寫上目的地址，將其放在郵箱中并發(fā)送出去。接收者可能會(huì)長(zhǎng)久的等待，直到含有信息的明信片到達(dá)它的郵箱，而明信片上標(biāo)識(shí)了發(fā)送者的返回地址。

IP多點(diǎn)傳送的原理
　　為了支持IP多點(diǎn)傳送，某些范圍的IP地址被單獨(dú)留出專門用于這個(gè)目的，這些IP地址是D類地址，其地址的最高四比特的位模式為“1110”，即IP地址的范圍在224.0.0.0和239.255.255.255之間。它們中的每一個(gè)IP地址都可以被引用作為一個(gè)多點(diǎn)傳送組，任何以該IP地址編址的IP報(bào)文將被該組中的其它所有機(jī)器接收，也就是說(shuō)，一個(gè)IP地址就相當(dāng)于一個(gè)郵箱。另外，組中的成員是動(dòng)態(tài)的并隨時(shí)間而改變。
　　對(duì)于IP多點(diǎn)傳送，網(wǎng)間網(wǎng)組管理協(xié)議(Internet Group Management Protocol,簡(jiǎn)稱IGMP)，用于管理多點(diǎn)傳送組中的成員。支持多點(diǎn)傳送的路由可以使用IGMP決定本地的機(jī)器是否贊成加入某個(gè)組，一個(gè)多點(diǎn)傳送路由可以決定是否轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)多點(diǎn)傳送報(bào)文。
　　影響多點(diǎn)傳送報(bào)文的一個(gè)重要參數(shù)是time－to－live(TTL)。TTL用于描述發(fā)送者希望傳送的信息能通過(guò)多少不同的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)報(bào)文被路由器轉(zhuǎn)發(fā)，報(bào)文中的TTL將減一，當(dāng)TTL為零時(shí)，報(bào)文將不再向前發(fā)送。
　　在實(shí)際使用中，我們必須注意下面幾點(diǎn)：
　　1.這些IP地址只能作為信宿地址使用，絕對(duì)不能出現(xiàn)在任何信源地址域中，也不能出現(xiàn)在源路徑或記錄路徑選項(xiàng)中：
　　2.由于IP多點(diǎn)傳送是一對(duì)多的傳送，因此，不能利用差錯(cuò)與控制報(bào)文協(xié)議(Internet Control Message Protocol，簡(jiǎn)稱ICMP)產(chǎn)生出錯(cuò)報(bào)文。
　　3.發(fā)送一個(gè)信息到一個(gè)組，發(fā)送主機(jī)可以不是組中的成員；
　　4.一些組被Internet Assigned Numbers Authority(IANA)分配，保留用于特殊的目的，詳情參見(jiàn)：ftp://ftp.internic.net/rfc/rfc1700.txt。另外，避免使用一些保留組，從224.0.0.0到224.0.0.225僅限于本地子網(wǎng)使用。建議在224.0.1.27和224.0.1.225之間任意選取一個(gè)IP地址。
　　5.如果我們選取的組已經(jīng)被使用，與其他機(jī)器的通訊將會(huì)混亂，一旦發(fā)生，可以退出應(yīng)用，試試其他的地址。
　　6.當(dāng)一個(gè)機(jī)器加入一個(gè)多點(diǎn)傳送組，它將開始接收該IP多點(diǎn)傳送地址的信息。如果多點(diǎn)傳送報(bào)文分發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上，任何監(jiān)聽(tīng)該信息的機(jī)器都會(huì)有機(jī)會(huì)接收它。對(duì)于IP多點(diǎn)傳送，沒(méi)有一個(gè)機(jī)制對(duì)相同網(wǎng)絡(luò)上的機(jī)器能否加入該多點(diǎn)傳送組加以限制。因此，安全性是我們必須考慮的問(wèn)題之一。
　　7.選擇的TTL參數(shù)應(yīng)盡可能小。一個(gè)大的TTL值會(huì)不必要地占用Internet帶寬。此外，還可能破壞不同區(qū)域使用相同組的其它的多點(diǎn)傳送通訊。

Java中與IP多點(diǎn)傳送相關(guān)的類
　　java.net包中含有UDP通訊所需要的工具，其中包括IP多點(diǎn)傳送。

DatagramPacket類
　　我們可以使用DatagramPacket類創(chuàng)建一個(gè)用于發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)，而當(dāng)接收UDP數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，可以使用DatagramPacket類讀取數(shù)據(jù)報(bào)中的數(shù)據(jù)，發(fā)送者及其它信息。
　　為了創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)并發(fā)送到遠(yuǎn)地系統(tǒng)，可以使用下面的構(gòu)造器：
　　Public DatagramPacket(byte ibuf,int length,InetAddress iaddr,int iport,);
　　ibuf是編碼信息數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)組，它的長(zhǎng)度length就是數(shù)據(jù)報(bào)放在其中的字節(jié)數(shù)組的長(zhǎng)度，iaddr是一個(gè)InetAddress對(duì)象，存儲(chǔ)著接收方的主機(jī)名和IP地址等信息，iport標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到接收主機(jī)的端口。
　　為了接收數(shù)據(jù)報(bào)，必須使用DatagramPacket構(gòu)造器，其原型為：public DatagramPacket(byte ibuf,int ilength);ibuf是指接收的數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)部分， ilength是該部分?jǐn)?shù)據(jù)的長(zhǎng)度。如果 ilength 小于機(jī)器接收的UDP數(shù)據(jù)報(bào)的尺寸，多余的字節(jié)將被Java忽略。
　　另外，類中有一些方法(method)可以讓我們得到一些相關(guān)的信息：
　　public int getLength();　//得到數(shù)據(jù)報(bào)中數(shù)據(jù)塊的字節(jié)尺寸
　　public bytegetData();//得到接收數(shù)據(jù)報(bào)中的數(shù)據(jù)
　　public InetAddress getAddress();　//為發(fā)送者提供一個(gè) InetAddress對(duì)象
　　public int getPort();　//得到UDP端口
　　值得注意的是，TCP sockets的編程中，我們無(wú)須將傳送的數(shù)據(jù)分塊，然而，當(dāng)我們創(chuàng)建一個(gè)基于UDP的網(wǎng)絡(luò)通訊應(yīng)用程序時(shí)，必須創(chuàng)建一套方法，在運(yùn)行時(shí)刻決定需分割的數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度。對(duì)于TCP/IP，最大的數(shù)據(jù)報(bào)可以含有65507字節(jié)的數(shù)據(jù)，然而，主機(jī)僅能接收最多548字節(jié)的數(shù)據(jù)，支持8192字節(jié)的大數(shù)據(jù)報(bào)的平臺(tái)是利用IP層對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行分割的。如果在傳送期間，任何含有IP報(bào)文的一個(gè)數(shù)據(jù)塊丟失，都會(huì)造成整個(gè)UDP數(shù)據(jù)報(bào)的丟失，因此，我們?cè)诖_定應(yīng)用中數(shù)據(jù)報(bào)尺寸時(shí)，對(duì)其尺寸的合理性一定要謹(jǐn)慎。
　　下面就是分割數(shù)據(jù)的一個(gè)例子：
　　//循環(huán)地從輸入流input中讀一行數(shù)據(jù)
　　while((nextLine=input.readLine())!=null){
　　//定義一個(gè)空數(shù)據(jù)報(bào)，其尺寸為512
　　mcastBuffer=new byte[512];
　　//如果讀入的數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度大于定義的數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度，
　　//則使用定義的長(zhǎng)度，否則使用讀入數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度
　　if(nextLine.length()>mcastBuffer.length){
　　sendLength=mcastBuffer.length;
　　}else {
　　sendLenth=nextLine.length();
　　}
　　//將讀入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為byte類型
　　lineData=nextLine.getBytes();
　　//將數(shù)據(jù)復(fù)制到用于創(chuàng)建數(shù)據(jù)報(bào)的byte數(shù)組
　　for(int i=0;i 　　mcastBuffer[i]=lineData[i];
　　}
　　……創(chuàng)建數(shù)據(jù)報(bào)，發(fā)送或接收……
　　}

MulticastSocket類
　　Java的 MulticastSocket類是實(shí)施IP多點(diǎn)傳送網(wǎng)絡(luò)特征的關(guān)鍵，它允許我們使用多點(diǎn)傳送IP發(fā)送或接收UDP數(shù)據(jù)報(bào)。 MulticastSocket的構(gòu)造器為：
　　public MulticastSocket () throws IOException;　　//創(chuàng)建一個(gè)多點(diǎn)傳送socket
　　public MulticastSocket(int port)throws IOException;//在指定端口創(chuàng)建一個(gè)多點(diǎn)傳送socket
　　另外，類中其它常用的方法有：
　　public void joinGroup(InetAddress mcastaddr)throws IOException{} //加入多點(diǎn)傳送組
　　public void leaveGroup(InetAddress mcastaddr)throws IOException{} //離開多點(diǎn)傳送組
　　public synchronized void send(DatagramPacket p,byte ttl) throws IOException{}　//發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)
　　public synchronized void receive(DatagramPacket p,byte ttl) throws IOException{} 　//接收數(shù)據(jù)報(bào)
　　創(chuàng)建一個(gè)DatagramPacket對(duì)象之后，我們必須相應(yīng)地創(chuàng)建一個(gè) MulticastSocket對(duì)象，這樣，數(shù)據(jù)報(bào)就可以使用send()方法發(fā)送了。下面的代碼演示了如何創(chuàng)建 MulticastSocket、發(fā)送和接收IP多點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)報(bào)：
　　int multiPort=2345;　//定義端口號(hào)，非超級(jí)用戶應(yīng)使用1024以上的端口
　　int ttl=1;　//設(shè)定TTL值
　　InetAddress multiAddr=InetAddress.getByName(″224.0.1.100″)；　//設(shè)定多點(diǎn)傳送IP
　　byteSmultiBytes={'H','e','1','1','O'}; //定義一個(gè)內(nèi)容為“Hello”的數(shù)據(jù)報(bào)
　　//創(chuàng)建多點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)報(bào)
　　DatagramPacket SmultiDatagram new Datagram Packet(SmultiBytes,SmultiBytes,length,multiAddr,multiPort);
　　MulticastSocket multiSocket=new MulticastSocket(); 　//創(chuàng)建多點(diǎn)傳送socket
　　multiSocket.send(SmultiDatagram,ttl)；　//發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)(不加入到組中)
　　……
　　byteRmultiBytes=new byte[256];　//定義一個(gè)空數(shù)據(jù)報(bào)，長(zhǎng)度為256字節(jié)
　　//創(chuàng)建接收數(shù)據(jù)報(bào)
　　DatagramPacket RmultiDatagram=new DatagramPacket(RmultiBytes,RmultiBytes.length);
　　multiSocket.joinGroup(multiAddr);　//加入到多點(diǎn)傳送組中
　　multiSocket.receive(RmultiDatagram);//接收UDP數(shù)據(jù)報(bào)

　　……
　　multiSocket.leaveGroup(multiAddr);　//離開多點(diǎn)傳送組
　　multiSocket.close(); 　//關(guān)閉多點(diǎn)傳送 socket
　　當(dāng)調(diào)用joinGroup()方法時(shí)，機(jī)器將關(guān)注沿著網(wǎng)絡(luò)傳送屬于特定多點(diǎn)傳送組的任何IP報(bào)文，也就是說(shuō),機(jī)器擁有了一個(gè)郵箱。主機(jī)還應(yīng)使用IGMP相應(yīng)地報(bào)告組的使用。對(duì)于多IP地址的機(jī)器，應(yīng)配置數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送的接口：setInterface(oneOfMyLocalAddrs);
　　在DatagramSocket中沒(méi)有類似 setSo Timeout()的方法設(shè)置超時(shí)。

IP多點(diǎn)傳送應(yīng)用程序的開發(fā)流程
　　由于IP多點(diǎn)傳送主要用于同組中成員的交流，因此，應(yīng)用程序的開發(fā)流程大體如下：
　　1.創(chuàng)建一個(gè)需發(fā)送的按規(guī)定編址的數(shù)據(jù)報(bào)DatagramPacket;
　　2.建立一個(gè)用于發(fā)送和接收的MulticastSocket;
　　3.加入一個(gè)多點(diǎn)傳送組；
　　4.將數(shù)據(jù)報(bào)放入MulticastSocket中傳送出去；
　　5.等待從MulticastSocket接收數(shù)據(jù)報(bào)；
　　6.解碼數(shù)據(jù)報(bào)提取信息；
　　7.根據(jù)得到的信息作出回應(yīng)；
　　8.重復(fù)5—7步；
　　9.離開該多點(diǎn)傳送組，關(guān)閉MulticastSocket。

結(jié)束語(yǔ)
　　在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)建議分別以單獨(dú)的線程同時(shí)運(yùn)行，另外，如果需在屏幕上顯示，建議使用兩個(gè)線程在兩個(gè)不同的窗口分別負(fù)責(zé)顯示發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收的數(shù)據(jù)�！�

作者單位：建設(shè)銀行云南保山地區(qū)分行　(云南保山678000)