楊紹方
摘 要 本文介紹了UDP Sockets的基本概念和IP多點傳送的原理，詳細討論了Java中的相關類及使用方法，提供了一個IP多點傳送的開發流程。
關鍵詞 Java UDP Sockets
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多點傳送特別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於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於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並開始一個事務。
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，接收方能否收到並返回信息永遠是不確定的，如果無法收到返回信息，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，將其放在郵箱中並發送出去。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於這個目的，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地址就相當於一個郵箱。另外，組中的成員是動態的並隨時間而改變。
對於IP多點傳送，網間網組管理協議(Internet Group Management Protocol,簡稱IGMP)，用於管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用於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，我們必須注意下面幾點：
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.由於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，保留用於特殊的目的，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僅限於本地子網使用。建議在224.0.1.27和224.0.1.225之間任意選取一個IP地址。
5.如果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。如果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。對於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類創建一個用於發送的數據報，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並發送到遠地系統，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。如果 ilength 小於機器接收的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
值得注意的是，TCP sockets的編程中，我們無須將傳送的數據分塊，然而，當我們創建一個基於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。對於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台是利用IP層對數據報進行分割的。如果在傳送期間，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];
//如果讀入的數據的長度大於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();
//將數據復制到用於創建數據報的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關鍵，它允許我們使用多點傳送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對象之後，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於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。對於多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
由於IP多點傳送主要用於同組中成員的交流，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;
2.建立一個用於發送和接收的MulticastSocket;
3.加入一個多點傳送組；
4.將數據報放入MulticastSocket中傳送出去；
5.等待從MulticastSocket接收數據報；
6.解碼數據報提取信息；
7.根據得到的信息作出回應；
8.重復5—7步；
9.離開該多點傳送組，關閉MulticastSocket。
結束語
在實際應用中，發送和接收數據建議分別以單獨的線程同時運行，另外，如果需在屏幕上顯示，建議使用兩個線程在兩個不同的窗口分別負責顯示發送的數據和接收的數據
