网络编程三——TCP和UDP

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这篇介绍TPC和UDP的文章,讲解得十分详细易懂:Android 网络编程之TCP、UDP详解

我在这篇文章的基础上,做一些自己的总结和补充。

TCP部分

TCP部分主要是总结一下建立TCP连接时,发送的序号值和标志位的意思,然后在Java中一个TCP运用的实例。

连接时的序号和标志位

  • 第一次握手:客户端发送SYN=1,seq=xxx,其中,SYN表示标志位,我理解是连接有效的标志,seq表示这次消息的序列号;

    第一次握手

  • 第二次握手:服务端发送SYN=1,seq=yyy ACK=1,ack=xxx+1,其中SYNseq和前一次意思相同,这次的seq表示的是服务端的序列号,ACKb表示确认了客户端的序列号,ack的值是客户端的序列号值+1,表示收到了此序列号,希望下次传过来的序列号是之前的+1;

    第二次握手

  • 第三次握手:客户端发送ACK=1,ack=yyy+1 seq=xxx+1,示意和上述一致。

    第三次握手

为什么要三次握手

当客户端第一次握手时,若此时网络堵塞,导致服务端很久才收到信息,那此时客户端可能已经超时或其他原因放弃此次连接,而服务端并不知道客户端等待了多久,依然和客户端建立连接,那么此时的报文可能是失效的,导致此次连接是无效的,这样会大量浪费网络资源和时间。

另外,为了保证可靠性传输,TCP双方连接时都必须保证先有一个对方的起始序列号和期望的下次序列号,这样在以后的传输中,才能知道哪些序号的报文是接收了,哪些是没有接收的。

因此,建立三次握手的原因是:

  1. 保证可靠性传输,获取对方的起始序列号和下次期望收到的序列号;
  2. 避免资源浪费,保证此次连接是有效的。

断开连接时的序号和标志位

若主机A要和主机B断开连接,那么主机A和主机B需要发送四次消息来完成断开连接。

  • 第一次:主机A发送信息FIN=1 seq=p给主机B,其中FIN表示要断开连接,seq表示序列号;
  • 第二次:主机B发送给主机AACK=1 ack=p+1,表示收到了此信息;
  • 第三次:主机B发送给主机AFIN=1, seq=q, ACK=1, ack=p+1
  • 第四次:主机A发送给主机B:ACK=1,ack=q+1,seq=u+1,并等待2*最大报文寿命时间后关闭连接。

其中:

  1. 第一次消息主机A告诉主机B我要断开连接了;
  2. 第二次消息主机B告诉主机A我收到了,此时主机A关闭了写通道,主机B关闭了读通道;
  3. 第三次消息主机B告诉主机A我要断开连接了;
  4. 第四次消息主机A告诉主机B我收到了,此时主机A关闭读通道,主机B关闭写通道。

为什么要四次才释放连接

若主机A第一次消息告诉主机B我要断开连接后,就关闭读和写通道,则由于网络原因,主机B可能收不到消息,还在等待A的消息,或者还在给A发消息,此时就会引发网络错误,因此主机A不能关闭读通道,需要等待B发过来的确认消息后才能关闭。因此,A关闭写通道需要2次消息,同理,B关闭写通道也需要2次。

TCP在Java中的代码

服务端:

ServerSocket serverSocket = null;
boolean isEnd = false;
try {
    serverSocket = new ServerSocket(14455);

    while (!isEnd) {
        Socket dataSocket = serverSocket.accept(); // 等待客户端连接

        // 读取客户端传来的数据
        InputStream is = dataSocket.getInputStream();
        BufferedReader input = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
        String message = input.readLine();
        System.out.println("服务端收到消息:" + message);

        // 给客户端写数据
        OutputStream os = dataSocket.getOutputStream();
        PrintWriter output = new PrintWriter(os, true);
        output.println("服务端收到了!");
        dataSocket.close();
    }
    serverSocket.close();
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

客户端:

try {
    Socket socket = new Socket("localhost", 14455);
    OutputStream os = socket.getOutputStream();
    PrintWriter output = new PrintWriter(os, true);
    output.println("我是客户端!");

    InputStream is = socket.getInputStream();
    BufferedReader input = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
    String message = input.readLine();
    System.out.println("客户端收到消息: " + message);
    input.close();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

执行结果:

服务端收到消息:我是客户端!
客户端收到消息: 服务端收到了!

UDP部分

UDP和TCP之间的区别:

对比 TCP UDP
连接 有连接 无连接
可靠性 可靠 不可靠
性能 相对较低 相对较高
流量 相对多 相对少
连接对象 一对一 一对一、多对多

UDP在Java中的代码

服务端:

byte[] bytes = new byte[1024];
try {
    DatagramSocket socket = new DatagramSocket(14455);
    DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
    while (true) {
        socket.receive(packet);
        System.out.println("服务端收到:" + new String(packet.getData(), "utf-8"));
    }

} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

客户端代码:

DatagramSocket socket = null;

        try {
            socket = new DatagramSocket();
            InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");
            String message = new String("听妈妈的话");
            byte[] bytes = message.getBytes();
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, 14455);
            //客户端发消息
            socket.send(packet);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            socket.close();
        }