UDP Socket

Коли ми говоримо про мережну взаємодію, ми не можемо не згадати про модель OSI.

Сьогодні у цій моделі нас найбільше цікавить транспортний рівень (4).

На цьому рівні ми працюємо з даними, які йдуть “з точки А до точки Б”. Основне завдання транспортного рівня — гарантувати доставку повідомлення до адресата, водночас зберігаючи правильну послідовність. Є 2 найбільш поширених протоколи транспортного рівня: TCP та UDP. Вони працюють концептуально по-різному, але кожен має свої переваги, що дає можливість використовувати їх профільно для вирішення певних завдань.

Спочатку давай розглянемо схему роботи TCP.

TCP (Transmission Control Protocol) — це мережевий протокол, який перед обміном даними переконується, що з'єднання між хостами встановлено.

Це дуже надійний протокол, адже кожного разу під час надсилання чергового пакету даних він має перевірити, що попередній пакет дійшов.

Пакети, що передаються, впорядковані. Якщо виникають проблеми з певним пакетом (коли сторона, яка приймає, не підтверджує, що пакет прийшов) пакет відправляється заново. Через це швидкість передачі відносно низька, адже впорядкування та жорсткий контроль передачі даних займає більше часу.

Саме тут і з'являється його “брат-антагоніст” — протокол UDP. Йому, на відміну від TCP, не надто важливий порядок і статус кожного пакета: він просто шле дані без підтвердження доставки. До того ж він не займається встановленням з'єднання і жодним чином не залежить від його статусу.

Його завдання — просто надсилати дані за адресою. З цього випливає й головний мінус протоколу — низька надійність, адже він просто може загубити фрагменти даних. До того ж отримувач має бути готовим до того, що дані можуть надходити невпорядковано. У протоколу є й перевага — вища швидкість передачі, зумовлена ​​тим, що коло завдань даного протоколу обмежується надсиланням даних.

Є розбіжності й у методі передавання даних. У TCP дані передаються потоком, і це означає, що вони не мають позначення кордонів. У випадку з UDP дані передаються у вигляді датаграм і мають позначення меж, а перевірку даних на цілісність виконує сторона, що приймає, але лише в разі успішного отримання повідомлення.

Підіб'ємо підсумки:

У Java для роботи з датаграмами для передачі через UDP використовуються об'єкти класів DatagramSocket та DatagramPacket.

Для обміну даними відправник та одержувач створюють сокети датаграмного типу – об'єкти класу DatagramSocket. Клас має кілька конструкторів, різниця яких полягає в тому, куди приєднається сокет, що створюється:

Клас містить безліч методів для доступу до параметрів сокету та керування ним (трохи нижче ми їх розглянемо), а також методи для прийому та надсилання датаграм:

DatagramPacket — клас, що являє собою пакет датаграм. Пакети датаграм використовують для реалізації служби доставки пакетів без під'єднання. Кожне повідомлення надсилається з однієї машини на іншу виключно на основі інформації, що міститься в цьому пакеті. Декілька пакетів, відправлених з однієї машини на іншу, можуть бути маршрутовані по-різному і можуть надходити в будь-якому порядку. Доставка пакетів не гарантується.

Конструктори:

Зі схеми роботи UDP ми пам'ятаємо, що з'єднання не встановлюється і пакети посилаються навмання з розрахунком на те, що отримувач чекає на них. Але за допомогою методу класу DatagramSocket connect(InetAddress addr, int port) можна встановити з'єднання.

Встановлюється одностороннє з'єднання з хостом за адресою та портом: або на відправлення, або на прийом датаграм. Таке з'єднання можна розірвати методом disconnect().

Давай спробуємо написати код сервера (сторони, що приймає) на основі DatagramSocket:

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

class Recipient {

   public static void main(String[] args) {
       try {
           DatagramSocket ds = new DatagramSocket(1050);

           while (true) {
               DatagramPacket pack = new DatagramPacket(new byte[5], 5);
               ds.receive(pack);
               System.out.println(new String(pack.getData()));
           }
       } catch (IOException e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }
}

Ми створюємо об'єкт DatagramSocket, призначений для прослуховування порту 1050. Після отримання повідомлення він виводить його в консолі. Передавати ми будемо слово Hello, тому обмежуємо розмір буфера п'ятьма байтами.

Тепер створюємо клас відправника:

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

class Sender {
   private String host;
   private int port;

   Sender(String host, int port) {
       this.host = host;
       this.port = port;
   }

   private void sendMessage(String mes) {
       try {
           byte[] data = mes.getBytes();
           InetAddress address = InetAddress.getByName(host);
           DatagramPacket pack = new DatagramPacket(data, data.length, address, port);
           DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
           ds.send(pack);
           ds.close();
       } catch (IOException e) {
           System.err.println(e);
       }
   }

   public static void main(String[] args) {
   Sender sender = new Sender("localhost", 1050);
   String message = "Hello";

   Timer timer = new Timer();
   timer.scheduleAtFixedRate(new TimerTask() {
       @Override
       public void run() {
           sender.sendMessage(message);
       }
   }, 1000, 1000);
}

}

У методі sendMessage ми створюємо DatagramPacket, DatagramSocket і надсилаємо наше повідомлення. Зверни увагу, що після відправки DatagramSocket закривається методом close().

У консолі отримувача ми бачимо кожної секунди повідомлення “Hello”, що надіслане відправником. Отже, взаємодію налагоджено, і все працює правильно.