UDP協議詳解+代碼演示

1、UDP協議基礎

1. UDP是什么？

UDP（User Datagram Protocol，用戶數據報協議）是傳輸層的核心協議之一，與TCP并列。它的主要特點是：????

無連接：通信前不需要建立連接（知道對端的IP和端口號就直接進行傳輸，不需要建立連接）
不可靠：不保證數據包的順序、完整性或可達性（沒有確認機制，沒有重傳機制；如果因為網絡故障該段無法發到對方，UDP協議層也不會給應用層返回任何錯誤信息）
大小受限：?次最多傳輸64k（UDP協議首部中有?個16位的最大長度.也就是說?個UDP能傳輸的數據最大長度是 64K（包含UDP首部））
輕量級：頭部開銷小（僅8字節）
高效：沒有TCP的握手、確認和重傳機制

2. UDP報文結構

UDP數據包（稱為數據報）由頭部和數據部分組成：

源端口號（2字節）：發送方端口
目標端口號（2字節）：接收方端口
數據報長度（2字節）：頭部+數據的長度
校驗和（2字節）：錯誤檢測（可選）如果校驗和出錯則直接丟棄

2、UDP的核心特性

1. 無連接通信：UDP不需要預先建立連接，直接發送數據報。這類似于寄信，不需要確認收件人是否在家。

2. 不可靠傳輸：UDP不提供：數據包確認機制、丟失重傳機制、數據包排序功能

3.面向數據報：每個UDP數據報都是獨立的，這與TCP的字節流模式不同

4.支持廣播和多播：UDP可以向多個主機同時發送數據：

單播?：一對一
廣播?：一對所有
多播?：一對一組

3、基于UDP的應用層協議

NFS：網絡文件系統
TFTP：簡單文件傳輸協議
DHCP：動態主機配置協議
BOOTP：啟動協議(用于無盤設備啟動)
DNS：域名解析協議

當然,也包括我們自己寫UDP程序時自定義的應用層協議。

4、Java中的UDP編程

主要使用了兩個類 :

1、DatagramSocket ：用于發送和接收數據報的套接字

// 創建UDP套接字（綁定隨機端口）
DatagramSocket socket = new DatagramSocket();

// 創建綁定特定端口的套接字
DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(8080);

2、DatagramPacket ：表示UDP數據報的容器

// 創建接收數據包
byte[] buffer = new byte[1024];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);

// 創建發送數據包
String message = "Hello UDP";
byte[] data = message.getBytes();
DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(
? ? data,?
? ? data.length,?
? ? InetAddress.getByName("localhost"),?
? ? 8080
);

5、完整Java UDP示例

1.Echoserver：UDP服務器，接收客戶端消息并原樣返回

package Network.UDP;
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;public class Echoserver {//創建一個socket對象private DatagramSocket socket;//構造方法，初始化socket對象public Echoserver(int port) throws SocketException {socket = new DatagramSocket(port);}//啟動服務器，完成主要的業務邏輯public void start() throws IOException {System.out.println("服務器啟動！");while(true) {//1.接收客戶端的請求并解析//1)創建一個字節數組（DatagramPacket 對象)，用于存儲接收到的數據DatagramPacket reqPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);//2)通過receive讀取網卡的數據，如果網卡沒有收到數據，就會阻塞等待socket.receive(reqPacket);//3)把DATagramPacket中的數據解析成字符串，只需要從DatagramPacket取到有效的樹即可String request = new String(reqPacket.getData(),0,reqPacket.getLength());//2.根據請求計算響應String response = process(request);//3.把響應寫回客戶端//1)把響應字符串轉成字節數組，并封裝成DatagramPacket對象DatagramPacket resPacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,reqPacket.getSocketAddress());//2)通過socket把DatagramPacket對象發送出去 （把DatagramPacket寫回到客戶端）socket.send(resPacket);//4.打印日志System.out.printf("[%s:%d] req: %s,resp: %s\n",reqPacket.getAddress(),reqPacket.getPort(),request,response);}}//由于是“回顯服務器”，所以響應和請求是一樣的，直接返回請求即可public String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {Echoserver server = new Echoserver(9090);server.start();          //回顯服務器完成}
}

代碼詳細解析：

①創建 EchoServer 服務端的類，定義成員變量

DatagramSocket：UDP通信的核心類，用于發送和接收數據報
封裝在類中作為成員變量，整個生命周期內有效

②構造方法

創建綁定到指定端口的 DatagramSocket（可能會拋出異常，如：該端口已被占用）
port 是服務器自身綁定的監聽端口號，等待客戶端發送數據，客戶端需要知道服務器的這個端口號才能向其發送消息。

客戶端通過該端口找到服務器，而客戶端的端口由系統動態分配。

這種設計體現了?UDP 無連接的特性，服務器只需關注自身綁定端口即可接收所有客戶端消息。

③核心業務邏輯(start方法)

while 無限循環接收來自客戶端的數據，這里可以根據自己的需求更改接收次數
創建緩沖區：分配一個4096字節（字節大小自行定義不溢出就行）的空數組，存儲接收到的數據
阻塞等待數據報到達（數據此時已存入?reqPacket?的字節數組中）如果 reqPacket 沒有接收到客戶端發來的數據這里會阻塞等待
聲明 String 類型的 request 變量，將 reqPacket?中的數據解析為字符串

getData() ：獲取字節數組（可能包含多余的空字節）
getLength() ：獲取實際有效數據長度（避免解析無效字節）

在網絡編程中，將響應（response）轉成字節數組（byte[]）再發送是必要的步驟，這與計算機底層的數據傳輸機制和網絡協議的特性密切相關。

process() ：返回響應后的數據，由于整段代碼實現的是 Echo(回顯) 服務器代碼，響應內容=請求內容，所以方法中直接返回請求即可
soclet.send() ：將數據發送回客戶端

附上發送回客戶端的終端代碼

打印日志：打印客戶端信息和通信內容

④主方法

new Echoserver(9090) ：調用構造函數，創建綁定到?9090?端口的?DatagramSocket（UDP套接字）
server.start() ：啟動服務器循環，等待客戶端數據報

2.EchoClient：UDP客戶端，發送消息并顯示服務器返回的響應

package Network.UDP;import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.util.Scanner;public class EchoClient {private DatagramSocket socket = null;private String serverIp;private int serverPort;public EchoClient(String serverIp, int serverPort) throws IOException {  socket = new DatagramSocket();this.serverIp = serverIp;this.serverPort = serverPort;}   //啟動客戶端,發送數據,接收數據,關閉連接public void start() throws IOException {Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.println("客戶端啟動！");while(true) {//1.從控制臺讀取要發送的數據內容(用字符串表示)System.out.print(">");String request = scanner.nextLine(); //2.構造成UDP請求，并發送.不光要填內容，還要填服務器的地址和端口號DatagramPacket reqPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,InetAddress.getByName(serverIp),serverPort); socket.send(reqPacket);//3.接收服務器響應的數據DatagramPacket resPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);socket.receive(resPacket);String response = new String(resPacket.getData(),0,resPacket.getLength());//4.把響應的數據解析并打印System.out.println(response);}}public static void main(String[] args) throws IOException {EchoClient echoclient = new EchoClient("127.0.0.1",9090);echoclient.start();}
}

詳細代碼解析：

①創建 EchoClient 客戶端的類，定義成員變量