[摘要]
本文介紹了網(wǎng)絡(luò)通訊中通用的傳輸控制協(xié)議(TCP)和用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議(UDP)，并
且利用Java語(yǔ)言設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的基于UDP 數(shù)據(jù)廣播的局域網(wǎng)絡(luò)會(huì)議程序，展示了
在Java語(yǔ)言中進(jìn)行UDP 數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的一般步驟。由于Java語(yǔ)言卓越的跨平臺(tái)特
性，本系統(tǒng)能夠不加修改的運(yùn)行在Windows, Linux, Mac OS等一系列不同平臺(tái)上。
[介紹]
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，網(wǎng)絡(luò)會(huì)議在公司、企業(yè)和單位中的應(yīng)用也越來(lái)越廣。一
個(gè)網(wǎng)絡(luò)會(huì)議系統(tǒng)通常包括一個(gè)服務(wù)器程序和一個(gè)客戶端程序。其中服務(wù)器端負(fù)責(zé)進(jìn)
行用戶管理、信息交互以及表決統(tǒng)計(jì)；客戶端則實(shí)現(xiàn)收聽(tīng)發(fā)言，公開(kāi)發(fā)言，私下討
論、投票表決等功能。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)會(huì)議系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中，通常涉及到圖形用戶
界面設(shè)計(jì)，TCP/IP連接，UDP 數(shù)據(jù)廣播，多線程等一系列技術(shù)。本文通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單
示例程序，展示了在Java語(yǔ)言中進(jìn)行UDP 數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的一般步驟以及UDP 數(shù)據(jù)
廣播在局域網(wǎng)絡(luò)會(huì)議系統(tǒng)中的作用。
TCP (Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議) 是一種基于連接的通
訊協(xié)議。當(dāng)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間需要進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，它們通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立起一個(gè)
穩(wěn)定的連接，這種連接通常也被稱為數(shù)據(jù)鏈。與電話網(wǎng)絡(luò)相類(lèi)似，這種數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)屈c(diǎn)
對(duì)點(diǎn)的，通訊的雙方則通過(guò)這條數(shù)據(jù)鏈來(lái)回傳輸數(shù)據(jù)。在這條穩(wěn)定的數(shù)據(jù)鏈的基礎(chǔ)
上，TCP 協(xié)議通過(guò)信息校驗(yàn)?zāi)軌虮ＷC接收方所接收到的數(shù)據(jù)和發(fā)送方所發(fā)送的數(shù)據(jù)
在內(nèi)容和順序上是完全一致的，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
UDP (User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議)與TCP 協(xié)議之間的不同在于
UDP 不是一種基于穩(wěn)定連接的通訊協(xié)議。UDP 協(xié)議將獨(dú)立的數(shù)據(jù)包從一臺(tái)計(jì)算機(jī)傳
輸?shù)搅硗庖慌_(tái)計(jì)算機(jī)，但是并不保證接受方能夠接收到該數(shù)據(jù)包，也不保證接收方
所接收到的數(shù)據(jù)和發(fā)送方所發(fā)送的數(shù)據(jù)在內(nèi)容和順序上是完全一致的。因此，UDP
協(xié)議更類(lèi)似于普通郵政服務(wù)，寄信人不能夠保證所寄出去的信能夠被收信人及時(shí)收
到，后發(fā)出的信也許會(huì)比先發(fā)出的信更早到達(dá)。
對(duì)于很多應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，在互相通訊的兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間保證一個(gè)可靠與穩(wěn)定的
數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)侵陵P(guān)重要的。在這種情況下，就應(yīng)該首先考慮使用TCP 協(xié)議在涼臺(tái)計(jì)算機(jī)
之間建立起TCP/IP連接。在HTTP (Hyper-Text Transfer Protocol，超級(jí)文本傳輸
協(xié)議)、FTP (File Transfer Protocol， 文件傳輸協(xié)議)以及TELNET 應(yīng)用程序中，
均要求在通訊的雙方之間建立起穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)鏈，因此它們都使用了TCP 協(xié)議來(lái)
進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
在TCP 協(xié)議中，發(fā)送方和接收方必須交換額外的信息以保證接收方已經(jīng)接收到
所發(fā)送的數(shù)據(jù)包并且所接收到的數(shù)據(jù)和發(fā)送方所發(fā)送的數(shù)據(jù)在內(nèi)容和順序上是完全
一致的。這些額外的信息交換提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽慷龋且步o網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了額外
的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)交換的延遲，從而降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換能力。對(duì)于某些對(duì)
實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，這樣的延遲有可能是不可接受的。例如一個(gè)毫秒
級(jí)的時(shí)鐘服務(wù)器按照一定的頻率向客戶機(jī)提供當(dāng)時(shí)的時(shí)間數(shù)據(jù)，如果這些時(shí)間數(shù)據(jù)
在傳輸過(guò)程中受到了較大的延遲，這些過(guò)時(shí)的時(shí)間數(shù)據(jù)是完全沒(méi)有意義的，即使客
戶機(jī)準(zhǔn)確無(wú)誤的接收到了這些數(shù)據(jù)。相反，如果客戶機(jī)所接收到的每一個(gè)數(shù)據(jù)包都
是實(shí)時(shí)的，那么即使客戶機(jī)錯(cuò)過(guò)了一兩個(gè)數(shù)據(jù)包也是可以接受的，因?yàn)樗偸强梢?BR>根據(jù)后面所接收到的數(shù)據(jù)包來(lái)對(duì)自己進(jìn)行校正。因此，對(duì)于對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高但
是對(duì)傳輸可靠度要求比較低的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，UDP 協(xié)議顯然是一個(gè)合適的選擇。
在通用的以太網(wǎng)(Ehternet)構(gòu)架下，計(jì)算機(jī)于計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換都是通過(guò)
交換機(jī)來(lái)完成的。如果一份數(shù)據(jù)需要被傳送給多個(gè)接收者，在使用TCP/IP連接的情
況下，數(shù)據(jù)發(fā)送者需要向交換機(jī)發(fā)送N 個(gè)同樣的拷貝，而交換機(jī)則負(fù)責(zé)將這N 個(gè)拷
貝分發(fā)給所有的接收者；在使用UDP 數(shù)據(jù)廣播的情況下，數(shù)據(jù)發(fā)送者只需要向交換
機(jī)發(fā)送一個(gè)拷貝，交換機(jī)負(fù)責(zé)將這個(gè)信息制作N 個(gè)拷貝發(fā)送給所有的機(jī)器。在這種
情況下，使用TCP/IP連接會(huì)大大的增加網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。在一個(gè)普通局域網(wǎng)絡(luò)中，可以
認(rèn)為由于網(wǎng)絡(luò)狀況較差而造成數(shù)據(jù)丟失的可能性比較小，而利用UDP 數(shù)據(jù)廣播進(jìn)行
數(shù)據(jù)交換能夠大幅度減輕網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，因此設(shè)計(jì)一個(gè)基于UDP 數(shù)據(jù)廣播的局域網(wǎng)絡(luò)
會(huì)議系統(tǒng)式完全可行的。
通常來(lái)說(shuō)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)只有一個(gè)物理界面與網(wǎng)絡(luò)相連接，所有的應(yīng)用程序均通
過(guò)該物理界面從網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)或者將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)。由于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)存在多
臺(tái)計(jì)算機(jī)，并且一臺(tái)計(jì)算機(jī)上有可能同時(shí)存在多個(gè)應(yīng)用程序需要與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交
換，我們通常使用IP和端口號(hào)來(lái)識(shí)別需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的計(jì)算機(jī)和應(yīng)用程序。每臺(tái)
計(jì)算機(jī)由一個(gè)32位的IP地址來(lái)識(shí)別，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，每臺(tái)計(jì)算機(jī)的IP地址都是唯一
的，因此應(yīng)用程序能夠根據(jù)IP地址來(lái)將數(shù)據(jù)發(fā)送到正確的計(jì)算機(jī)。每個(gè)需要與網(wǎng)絡(luò)
進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用程序均被系統(tǒng)分配一個(gè)16位的端口號(hào)，系統(tǒng)根據(jù)這個(gè)端口號(hào)將
從網(wǎng)絡(luò)接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給相對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序。端口號(hào)的范圍是從0 到65535 ，其
中從0 到1023被系統(tǒng)所保留，主要是用來(lái)提供HTTP, FTP 以及TELNET等系統(tǒng)服務(wù)，
因此用戶自己的應(yīng)用程序不應(yīng)該試圖去使用小于1023的端口。
Java語(yǔ)言的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是它從語(yǔ)言的高度上提供了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的支持，使得程
序員能夠很容易的構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序。在Java 1.3版的標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)庫(kù)java.net中
提供了5 個(gè)接口以及21個(gè)Java類(lèi)，在這些接口和類(lèi)的基礎(chǔ)上，程序員能夠輕易的實(shí)
現(xiàn)幾乎是所有的常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。例如，ServerSocket能夠用來(lái)構(gòu)建基于TCP/IP的服
務(wù)器程序，Socket能夠用來(lái)構(gòu)建基于TCP/IP的客戶端程序，而DatagramPacket以及
DatagramSocket能夠用來(lái)構(gòu)建基于UDP 的數(shù)據(jù)廣播程序。在java.net中的其他Java
庫(kù)能夠被用來(lái)實(shí)現(xiàn)域名解析、身份認(rèn)證、安全許可等一系列功能。由于這些Java庫(kù)
的功能和具體用法等內(nèi)容已經(jīng)超出了本文的討論范圍，感興趣的讀者可以進(jìn)一步參
考Java的文檔以及Sun 公司的Java Tutorial等資料。
這個(gè)簡(jiǎn)單的程序包括如下三個(gè)模塊：
數(shù)據(jù)廣播與接收模塊 -- Broadcast.java
數(shù)據(jù)接收線程 -- Receiver.java
圖形用戶界面 -- Chat.java
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