利用UDPSockets技術實現IP多點傳送

2019-11-18 11:13:27

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　　ip　多點傳送　MulticastSocket　類IP多點傳送(multicast delivery)是針對點到點的傳送和廣播傳送兩種方式而言的，它是指在一定的組內對其成員進行的廣播，是一種有限的廣播。組中的某個成員發出的信息，組中的其它所有成員都能收到。它是UDP Sockets的一個分支。
　　IP多點傳送非凡適合與高帶寬的應用，例如在網絡上發送視頻和音頻。隨著網絡帶寬的不斷提高和網絡通訊質量的不斷改善，IP多點傳送還將廣泛地被應用于網上聊天及網上會議，分布式數據存儲，聯機事務處理，交互式游戲等方面。另外，多點傳送還可以被客戶機用于在網絡上尋找相應的服務器，客戶機發送一個多點傳送的請求，任何監聽服務器都可以與客戶機連接并開始一個事務。
　　
　　UDP Socket基礎
　　使用用戶數據報協議(User Datagram PRotocol,簡稱UDP)進行會話必須將信息裝配成一定尺寸的小報文，當發送一條信息，接收方能否收到并返回信息永遠是不確定的，假如無法收到返回信息，我們就無法確定我們發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、無連接的和面向消息的。
　　創建UDP sockets非常象創建一個郵箱。郵箱是使用地址來識別的，但是，我們不需要為每個發送信息的人構造一個新的郵箱，可以在含有發送信息的明信片上寫上目的地址，將其放在郵箱中并發送出去。接收者可能會長久的等待，直到含有信息的明信片到達它的郵箱，而明信片上標識了發送者的返回地址。
　　
　　IP多點傳送的原理
　　為了支持IP多點傳送，某些范圍的IP地址被單獨留出專門用于這個目的，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IP地址都可以被引用作為一個多點傳送組，任何以該IP地址編址的IP報文將被該組中的其它所有機器接收，也就是說，一個IP地址就相當于一個郵箱。另外，組中的成員是動態的并隨時間而改變。
　　對于IP多點傳送，網間網組治理協議(Internet Group Management Protocol,簡稱IGMP)，用于治理多點傳送組中的成員。支持多點傳送的路由可以使用IGMP決定本地的機器是否贊成加入某個組，一個多點傳送路由可以決定是否轉發一個多點傳送報文。
　　影響多點傳送報文的一個重要參數是time－to－live(TTL)。TTL用于描述發送者希望傳送的信息能通過多少不同的網絡。當報文被路由器轉發，報文中的TTL將減一，當TTL為零時，報文將不再向前發送。
　　
　　在實際使用中，我們必須注重下面幾點：
　　1.這些IP地址只能作為信宿地址使用，絕對不能出現在任何信源地址域中，也不能出現在源路徑或記錄路徑選項中：
　　2.由于IP多點傳送是一對多的傳送，因此，不能利用差錯與控制報文協議(Internet Control Message Protocol，簡稱ICMP)產生出錯報文。
　　3.發送一個信息到一個組，發送主機可以不是組中的成員；
　　4.一些組被Internet Assigned Numbers Authority(IANA)分配，保留用于非凡的目的，詳情參見：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僅限于本地子網使用。建議在224.0.1.27和224.0.1.225之間任意選取一個IP地址。
　　5.假如我們選取的組已經被使用，與其他機器的通訊將會混亂，一旦發生，可以退出應用，試試其他的地址。
　　6.當一個機器加入一個多點傳送組，它將開始接收該IP多點傳送地址的信息。假如多點傳送報文分發到網絡上，任何監聽該信息的機器都會有機會接收它。對于IP多點傳送，沒有一個機制對相同網絡上的機器能否加入該多點傳送組加以限制。因此，安全性是我們必須考慮的問題之一。
　　7.選擇的TTL參數應盡可能小。一個大的TTL值會不必要地占用Internet帶寬。此外，還可能破壞不同區域使用相同組的其它的多點傳送通訊。
　　
　　java中與IP多點傳送相關的類
　　java.net包中含有UDP通訊所需要的工具，其中包括IP多點傳送。
　　
　　DatagramPacket類
　　我們可以使用DatagramPacket類創建一個用于發送的數據報，而當接收UDP數據報時，可以使用DatagramPacket類讀取數據報中的數據，發送者及其它信息。
　　為了創建一個數據報并發送到遠地系統，可以使用下面的構造器：
　　Public DatagramPacket(byte ibuf,int length,InetAddress iaddr,int iport,);
　　ibuf是編碼信息數據的字節數組，它的長度length就是數據報放在其中的字節數組的長度，iaddr是一個InetAddress對象，存儲著接收方的主機名和IP地址等信息，iport標識數據報發送到接收主機的端口。
　　
　　為了接收數據報，必須使用DatagramPacket構造器，其原型為：public DatagramPacket(byte ibuf,int ilength);ibuf是指接收的數據報的數據部分， ilength是該部分數據的長度。假如 ilength 小于機器接收的UDP數據報的尺寸，多余的字節將被Java忽略。
　　另外，類中有一些方法(method)可以讓我們得到一些相關的信息：
　　public int getLength();　//得到數據報中數據塊的字節尺寸
　　public bytegetData();//得到接收數據報中的數據
　　public InetAddress getAddress();　//為發送者提供一個 InetAddress對象
　　public int getPort();　//得到UDP端口
　　
　　值得注重的是，TCP sockets的編程中，我們無須將傳送的數據分塊，然而，當我們創建一個基于UDP的網絡通訊應用程序時，必須創建一套方法，在運行時刻決定需分割的數據報的長度。對于TCP/IP，最大的數據報可以含有65507字節的數據，然而，主機僅能接收最多548字節的數據，支持8192字節的大數據報的平臺是利用IP層對數據報進行分割的。假如在傳送期間，任何含有IP報文的一個數據塊丟失，都會造成整個UDP數據報的丟失，因此，我們在確定應用中數據報尺寸時，對其尺寸的合理性一定要謹慎。
　　下面就是分割數據的一個例子：
　　//循環地從輸入流input中讀一行數據
　　while((nextLine=input.readLine())!=null){
　　//定義一個空數據報，其尺寸為512
　　mcastBuffer=new byte[512];
　　//假如讀入的數據的長度大于定義的數據報的長度，
　　//則使用定義的長度，否則使用讀入數據的長度
　　if(nextLine.length()>mcastBuffer.length){
　　sendLength=mcastBuffer.length;
　　}else {
　　sendLenth=nextLine.length();
　　}
　　//將讀入的數據轉換為byte類型
　　lineData=nextLine.getBytes();
　　//將數據復制到用于創建數據報的byte數組
　　for(int i=0;i 　　mcastBuffer[i]=lineData[i];
　　}
　　……創建數據報，發送或接收……
　　}
　　
　　MulticastSocket類
　　Java的 MulticastSocket類是實施IP多點傳送網絡特征的要害，它答應我們使用多點傳送IP發送或接收UDP數據報。 MulticastSocket的構造器為：
　　public MulticastSocket () throws IOException;　　//創建一個多點傳送socket
　　public MulticastSocket(int port)throws IOException;//在指定端口創建一個多點傳送socket
　　另外，類中其它常用的方法有：
　　public void joinGroup(InetAddress mcastaddr)throws IOException{} //加入多點傳送組
　　public void leaveGroup(InetAddress mcastaddr)throws IOException{} //離開多點傳送組
　　public synchronized void send(DatagramPacket p,byte ttl) throws IOException{}　//發送數據報
　　public synchronized void receive(DatagramPacket p,byte ttl) throws IOException{} 　//接收數據報
　　創建一個DatagramPacket對象之后，我們必須相應地創建一個 MulticastSocket對象，這樣，數據報就可以使用send()方法發送了。下面的代碼演示了如何創建 MulticastSocket、發送和接收IP多點傳送數據報：
　　int multiPort=2345;　//定義端口號，非超級用戶應使用1024以上的端口
　　int ttl=1;　//設定TTL值
　　InetAddress multiAddr=InetAddress.getByName(″224.0.1.100″)；　//設定多點傳送IP
　　byteSmultiBytes={'H','e','1','1','O'}; //定義一個內容為“Hello”的數據報
　　//創建多點傳送數據報
　　DatagramPacket SmultiDatagram new Datagram Packet(SmultiBytes,SmultiBytes,length,multiAddr,multiPort);
　　MulticastSocket multiSocket=new MulticastSocket(); 　//創建多點傳送socket
　　multiSocket.send(SmultiDatagram,ttl)；　//發送數據報(不加入到組中)
　　……
　　byteRmultiBytes=new byte[256];　//定義一個空數據報，長度為256字節
　　//創建接收數據報
　　DatagramPacket RmultiDatagram=new DatagramPacket(RmultiBytes,RmultiBytes.length);
　　multiSocket.joinGroup(multiAddr);　//加入到多點傳送組中
　　multiSocket.receive(RmultiDatagram);//接收UDP數據報
　　
　　……
　　multiSocket.leaveGroup(multiAddr);　//離開多點傳送組
　　multiSocket.close(); 　//關閉多點傳送 socket
　　當調用joinGroup()方法時，機器將關注沿著網絡傳送屬于特定多點傳送組的任何IP報文，也就是說,機器擁有了一個郵箱。主機還應使用IGMP相應地報告組的使用。對于多IP地址的機器，應配置數據報發送的接口：setInterface(oneOfMyLocalAddrs);
　　在DatagramSocket中沒有類似 setSo Timeout()的方法設置超時。
　　
　　IP多點傳送應用程序的開發流程
　　由于IP多點傳送主要用于同組中成員的交流，因此，應用程序的開發流程大體如下：
　　1.創建一個需發送的按規定編址的數據報DatagramPacket;<

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