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android基于UDP实现聊天小功能

article 2024/11/20 2:32:33

一、DatagramSocket

DatagramSocket 是 Java 中用于发送和接收 UDP 数据包的类。它提供了创建和管理 UDP 套接字的功能。以下是 DatagramSocket 类的一些常用方法：

  • DatagramSocket(): 创建一个未绑定到特定本地地址和端口的 DatagramSocket 实例。

  • DatagramSocket(int port): 创建一个绑定到指定本地端口的 DatagramSocket 实例。

  • void send(DatagramPacket packet): 发送一个数据包到目标地址。

  • void receive(DatagramPacket packet): 接收一个数据包。

  • void bind(SocketAddress address): 将套接字绑定到指定的本地地址。

  • void close(): 关闭套接字。

二、DatagramPacket

DatagramPacket 是 Java 中用于表示 UDP 数据包的类。它包含了数据包的内容、目标地址和端口等相关信息。以下是 DatagramPacket 类的一些常用方法：

  • DatagramPacket(byte[] data, int length): 创建一个接收数据包的实例，使用指定的字节数组和数据长度。

  • DatagramPacket(byte[] data, int length, InetAddress address, int port): 创建一个发送数据包的实例，使用指定的字节数组、数据长度、目标地址和目标端口。

  • byte[] getData(): 获取接收到的数据包的字节数组。

  • void setData(byte[] data): 设置要发送的数据包的字节数组。

  • int getLength(): 获取数据包的长度。

  • void setLength(int length): 设置数据包的长度。

  • InetAddress getAddress(): 获取数据包的目标地址。

  • void setAddress(InetAddress address): 设置数据包的目标地址。

  • int getPort(): 获取数据包的目标端口。

  • void setPort(int port): 设置数据包的目标端口。

三、核心代码

3.1、接收UDP数据线程MyReceiveThread

private class MyReceiveThread implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            //要循环接收数据
            while (true) {
                try {
                    Log.d(TAG, "udp waiting....");
                    receivedSocket.receive(packet);
                    //获取数据的时候，要使用带有offset的
                    String msg = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength(), "UTF-8");
                    Log.e(TAG, "Received msg:" + msg);
                    targetIp = packet.getAddress().getHostAddress();
                    MessageEntity messageEntity = new MessageEntity();
                    messageEntity.setRole(MessageEntity.ROLE_CLIENT);
                    messageEntity.setMessage(msg);
                    mEntities.add(messageEntity);
                    etTargetIp.post(() -> mMessageAdapter.notifyDataSetChanged());
                } catch (SocketException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    receivedSocket.close();
                }
            }
        }
    }
  • 接收数据的时候，要开启一个循环
  • 获取数据的时候，要使用String(byte bytes[], int offset, int length, String charsetName)

3.2、发送数据

public void sendMsg(View view) {
        targetIp = etTargetIp.getText().toString();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
                    String message = msg.getText().toString();
                    byte[] msgs = message.getBytes("UTF-8");
                    InetAddress address = InetAddress.getByName(targetIp);
                    DatagramPacket packet = new DatagramPacket(msgs, msgs.length);
                    packet.setAddress(address);
                    packet.setPort(PORT);
                    socket.send(packet);
                    MessageEntity messageEntity = new MessageEntity();
                    messageEntity.setRole(MessageEntity.ROLE_HOST);
                    messageEntity.setMessage(message);
                    mEntities.add(messageEntity);
                    etTargetIp.post(() -> mMessageAdapter.notifyDataSetChanged());
                } catch (SocketException e) {
                    e.printStackTrace();
                    Log.e(TAG, e.getMessage());
                } catch (UnknownHostException e) {
                    e.printStackTrace();
                    Log.e(TAG, e.getMessage());
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                    Log.e(TAG, e.getMessage());
                }
            }
        }).start();
    }

Github

四、使用tcpdump抓包

4.1、tcpdump官网下载

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4.2、adb push

adb push D:\tcpdump /data/

4.3、给tcpdump执行权限

adb shell
cd data
chmod +x tcpdump

4.3、查看设备的网口

./tcpdump -D

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4.4、抓取wlan0的数据包

./tcpdump -i wlan0 -w 2.pcap

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4.5、导出抓包数据

adb pull /data/2.pcap D:\

4.6、使用wireshark打开2.pcap文件

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五、网络协议

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上面是一条完整的UDP数据包

5.1、以太网（Ethernet）

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以太网（Ethernet）是一种常用的有线局域网（LAN）技术，用于在计算机和其他网络设备之间进行数据通信。它定义了物理层和数据链路层的规范，用于在局域网中传输数据帧。

以太网使用数据链路层协议来组织和管理数据的传输。最常见的以太网数据链路层协议是**以太网帧（Ethernet Frame）**格式，它定义了数据帧的结构和字段。以太网帧包括源和目标MAC地址、帧类型、数据、校验和等字段。

5.1.1、以太网首部结构

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  • 以太网首部的长度为14个字节
  • 以太网首部的字段包括：

    • 目标MAC地址（Destination MAC Address）6个字节：指示帧的目标设备的MAC地址，用于将帧发送到正确的目标设备。
      在这里插入图片描述

    • 源MAC地址（Source MAC Address）6个字节：指示帧的发送方设备的MAC地址，用于标识帧的来源。
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    • 以太网类型（Ethernet Type）或长度（Length）2个字节：指示帧中包含的上层协议类型或数据部分长度。以太网类型字段通常用于标识上层协议，如IPv4（值为0x0800）、IPv6（值为0x86DD） 和 ARP（值为0x0806） 等。长度字段在某些情况下用于指示数据部分的长度。
      在这里插入图片描述

5.2、IP协议

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IP（Internet Protocol）协议是互联网中最核心的网络协议之一，它负责在网络中传输数据包。IP协议定义了数据包的格式、路由选择和分组交换等机制，使得数据能够在不同的网络之间进行传输和路由。

以下是IP协议的主要特点和功能：
1、 无连接性：IP协议是一种无连接的协议，每个IP数据包都是独立传输的。在发送数据时，每个数据包被独立处理，并根据目标地址进行路由选择。这种无连接性使得IP协议的传输效率较高，但也意味着它不提供可靠性保证，不保证数据包的顺序和可靠传输。

2、数据包格式：IP协议定义了数据包的格式，通常称为IP数据报（IP Datagram）。IP数据报由首部（Header）和有效载荷（Payload）组成。IP首部包含了源IP地址、目标IP地址、协议版本、首部长度、服务类型、数据包长度、标识、生存时间（TTL）、校验和等字段，用于控制和识别数据包。有效载荷部分包含上层协议的数据。

3、IP地址：IP协议使用IP地址来标识网络中的设备。IP地址是一个32位（IPv4）或128位（IPv6）的数字标识符。IPv4地址由四个8位的数字组成，每个数字用点分隔。IPv6地址通常使用八组四位的十六进制数表示。IP地址用于寻址和路由选择，确保数据包能够正确到达目标设备。

4、路由选择：IP协议使用路由选择算法将数据包从源主机传输到目标主机。路由选择根据目标IP地址和路由表中的路由信息进行决策，确定下一跳的路径。路由选择算法的目标是找到最佳路径，使数据包能够以最高效的方式到达目标设备。

5、分组交换：IP协议采用分组交换的方式传输数据包。数据包在发送端被分成较小的数据块（分组），每个分组独立传输。在网络中，每个分组根据目标地址进行独立的路由选择和转发，最终在目标设备上重新组装成完整的数据包。这种分组交换的方式提高了网络的利用率和灵活性。

6、差错检测：IP协议使用校验和字段对数据包进行差错检测。发送端在发送数据包时计算校验和，并将其包含在IP首部中。接收端在接收到数据包后，重新计算校验和，并与接收到的校验和进行比较，以检测数据包是否在传输过程中发生了错误。

5.2.1、IP数据报首部

在这里插入图片描述
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IPv4首部字段（20字节）：

  • 版本（Version）：占4位，指定IP协议的版本号，IPv4为4。
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  • 首部长度（Header Length）：占4位，指定IP首部的长度，以4字节为单位。由于IPv4首部长度最多为15个4字节（60字节），因此它实际上是首部中32位字的数量。
    在这里插入图片描述
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    16进制45的二进制为0100 0101，其中前4位代表IP协议的version,后4位代表IP协议首部长度

  • 服务类型（Type of Service）：占8位，用于指定数据包的服务质量要求，如优先级、延迟和吞吐量等。
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  • 总长度（Total Length）：占16位，指定整个IP数据包的长度，包括首部和数据部分。
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  • 标识（Identification）：占16位，用于标识数据包的唯一性，通常由发送端设置，并在接收端进行处理。
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  • 标志（Flags）：占3位，用于指示数据包的特殊处理标志。其中包括禁止分片标志（DF）和更多分片标志（MF）。
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  • 片偏移（Fragment Offset）：占13位，用于指定数据包片段在原始数据包中的位置。
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  • 生存时间（Time to Live，TTL）：占8位，表示数据包在网络中可以经过的最大路由跳数。每经过一个路由器，该字段的值减1，当值为0时，数据包将被丢弃。
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  • 协议（Protocol）：占8位，指定上层协议类型，如TCP、UDP或ICMP。
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  • 首部校验和（Header Checksum）：占16位，用于校验IP首部的完整性。
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  • 源IP地址（Source IP Address）：占32位，指定数据包的源IP地址。
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  • 目标IP地址（Destination IP Address）：占32位，指定数据包的目标IP地址。
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5.3、UDP协议

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UDP（User Datagram Protocol）是一种面向无连接的传输层协议。与TCP（Transmission Control Protocol）相比，UDP更加轻量级，没有建立和维护连接的开销，因此传输效率更高，但也不提供可靠性保证。

以下是UDP的主要特点和用途：

  • 无连接性：UDP是一种无连接的协议，不需要在发送数据之前建立连接。每个UDP数据包都是独立发送的，不会进行握手和确认。这使得UDP的传输速度较快，适用于实时性要求较高的应用。

  • 简单性与轻量性：相比TCP，UDP的协议头部较小，仅包含源端口、目标端口、长度和校验和等简单字段。这使得UDP的开销较小，传输效率较高。

  • 不可靠性：UDP不提供数据包的可靠性保证。它不保证数据包的顺序和可靠传输，也不进行重传和拥塞控制。因此，如果使用UDP进行数据传输，必须由应用层自行处理数据的完整性和可靠性。

  • 广播和多播支持：UDP支持广播和多播传输。通过UDP广播，可以将数据包发送到同一网络中的所有主机。而通过UDP多播，可以将数据包发送到特定的多播组。

  • 实时性要求：由于UDP的无连接性和较低的开销，它在实时性要求较高的应用中得到广泛应用。例如，音频和视频流传输、实时游戏和语音通信等。

  • 域名解析：UDP常用于域名解析中的DNS（Domain Name System）服务。DNS使用UDP协议在域名服务器和客户端之间进行域名解析查询和响应。

5.3.1、UDP首部

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UDP（User Datagram Protocol）的首部（Header）是UDP数据报中用于控制和识别的固定长度字段集合。UDP首部包含以下字段：

  • 源端口号（Source Port）：占16位，指定发送方的端口号。
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  • 目标端口号（Destination Port）：占16位，指定接收方的端口号。
    在这里插入图片描述

  • 长度（Length）：占16位，指定UDP数据报的总长度（包括首部和数据部分）。
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  • 校验和（Checksum）：占16位，用于校验UDP数据报的完整性。
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5.4、ARP协议

ARP（Address Resolution Protocol）是一种用于将IP地址映射到物理MAC地址的协议。它在TCP/IP网络中起着重要的作用，用于解决主机在发送数据时，如何根据目标IP地址找到对应的物理MAC地址的问题。

以下是ARP协议的基本工作原理：

  • ARP请求：当主机需要向目标IP地址发送数据时，首先检查本地的ARP缓存（ARP Cache）中是否存在目标IP地址对应的MAC地址。如果缓存中没有对应的映射关系，主机会发送一个ARP请求广播到本地网络中的所有主机。

  • ARP应答：接收到ARP请求的主机，如果发现自己的IP地址与请求中的目标IP地址匹配，就会发送一个ARP应答给请求方，包含自己的MAC地址。

  • ARP缓存更新：请求方收到ARP应答后，会将目标IP地址与对应的MAC地址的映射关系存储在本地的ARP缓存中，以便将来使用。这样，当再次需要向目标IP地址发送数据时，就可以直接从ARP缓存中获取目标的MAC地址。

ARP协议使用的是广播的方式，因此ARP请求和应答都会发送到本地网络中的所有主机。只有与请求IP地址匹配的主机才会应答，其他主机会忽略。

ARP协议的作用是解决逻辑地址（IP地址）到物理地址（MAC地址）的映射问题，使数据能够正确地在网络中传输。它在局域网中起着重要的作用，帮助主机建立和维护IP地址与MAC地址之间的映射关系。

5.4.1、ARP协议的首部

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ARP（Address Resolution Protocol）协议的首部（Header）包含以下字段：

  • 硬件类型（Hardware Type）：占2个字节，指定网络硬件类型，如以太网、无线局域网等。常见的以太网类型为1。
    在这里插入图片描述

  • 协议类型（Protocol Type）：占2个字节，指定网络层协议类型，通常为IPv4或IPv6。IPv4的协议类型为0x0800。
    在这里插入图片描述

  • 硬件地址长度（Hardware Address Length）：占1个字节，指定硬件地址的长度，通常为6个字节（以太网MAC地址长度）。
    在这里插入图片描述

  • 协议地址长度（Protocol Address Length）：占1个字节，指定协议地址的长度，通常为4个字节（IPv4地址长度）。
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  • 操作码（Operation Code）：占2个字节，指定ARP消息的类型。常见的操作码包括请求（1）和应答（2）。
    请求操作码
    应答操作码

  • 发送方硬件地址（Sender Hardware Address）：占长度与硬件地址长度字段指定的长度相同，指定发送方的硬件地址，即发送方的MAC地址。
    在这里插入图片描述

  • 发送方协议地址（Sender Protocol Address）：占长度与协议地址长度字段指定的长度相同，指定发送方的协议地址，即发送方的IP地址。
    在这里插入图片描述

  • 目标硬件地址（Target Hardware Address）：占长度与硬件地址长度字段指定的长度相同，指定目标的硬件地址，即目标的MAC地址。
    在这里插入图片描述
    因为目前还不知道对方的Mac地址，所以此时为0

  • 目标协议地址（Target Protocol Address）：占长度与协议地址长度字段指定的长度相同，指定目标的协议地址，即目标的IP地址。
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ARP协议首部的长度固定为28个字节（224位）。

使用ARP协议，主机可以通过发送ARP请求来查询目标IP地址对应的MAC地址。接收到ARP请求的主机会发送ARP应答，将自己的MAC地址告知请求方。这样，发送方就能够获得目标IP地址与对应的MAC地址的映射关系，并在数据传输时使用正确的MAC地址。

需要注意的是，ARP协议在广播域内工作，即只适用于同一局域网内的主机之间。在跨网段通信时，会使用其他协议（如ARP的扩展协议Proxy ARP、ARP的替代协议NDP等）来解决IP地址到MAC地址的映射问题。

始终牢记一个原则：只要是在网络上跑的包，都是完整的。可以有下层没上层，绝对不可能有上层没下层。


http://www.kler.cn/a/146866.html

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