用JAVA实现P2P网络通信

导读：
　　摘 要：分析了P2P基本概念及其基本工作原理，探讨了用JAVA实现p2p网络通信的技术，并用一个实例作了进一步阐述。
　　关键词：P2P，C/S，JAVA，XML，JDK ，TCP，UDP
　　一、 前言
　　P2P（Peer-to-Peer 端到端）模型是与C/S（客户/服务器）模型相对应。基于C/S的用户间通信需要由服务器中转，在C/S中的服务器故障将导致整个网络通信的瘫痪。。而基于P2P的用户间通信则是直接通信，去掉了服务器这一层，带来的显著优点是通信时没有单一的失败点，一个用户的故障不会影响整个P2P网络。本文提供了一种用JAVA实现P2P网络通信的方法。 　
　　二、P2P通信的关键技术分析
　　（一） 信息的传递
　　1．P2P通信模型
　　
　　
　　由上图可以看出，在P2P网络中，任意两个端点之间可实现直接通信。在基于C/S的网络中，客户端可以通过向服务器注册来实现彼此之间的定位（获得IP和端口）。对于P2P网络中，是如何实现彼此之间的定位和通信，下面做一阐述。
　　2．获得网络中可以通信端点的IP和端口
　　假设有一个端点A，欲和P2P网络中其他端点通信，在通信之前，端点A必须首先把自己的IP和端口通知P2P网络中的其他每一个端点。其他每个端点收到这个信息后，就获得了端点A的IP和端口，随后向端点A反馈自己的IP和端口信息，使端点A也获得P2P网络中每个端点的IP和端口。
　　这里有两个技术可以完成端点A向其他端点通知其IP和端口的工作，一是广播技术，二是多播技术。
　　广播技术主要在局域网中使用，在局域网中的每一个端点（主机）都不得不接受并处理一个广播数据包。因此为了避免网络阻塞，路由器均限制广播数据包的通过。所以设计基于互联网的P2P程序不适合采用广播技术。
　　多播技术是一种允许一个或多个发送者（多播源）发送单一的数据包到多个接收者（一次的，同时的）的网络技术。 多播源把数据包发送到特定多播组，而只有属于该多播组的地址才能接收到数据包。多播可以大大的节省网络带宽，提高了数据传送效率。减少了主干网出现拥塞的可能性。多播组中的端点（主机）可以是在同一个物理网络， 也可以来自不同的物理网络（如果有多播路由器的支持）。因此，多播技术是我们的选择。
　　在JAVA中，发送和接收多播信息的方法：
　　发送多播信息需经历步骤
　　确定发送的具体信息内容
　　String msg = "Hello";
　　选用专门为多播指定的D类IP地址（224.0.0.1到239.255.255.255），创建一个多播组
　　InetAddress group = InetAddress.getByName("228.5.6.7");
　　使用指定的端口（一般选1024以上的端口号）建立多播套接字
　　MulticastSocket s = new MulticastSocket(6789);
　　加入多播组
　　s.joinGroup(group);
　　创建一个数据报封装多播信息
　　DatagramPacket hi = new DatagramPacket(msg.getBytes(), msg.length(),
　　group, 6789);
　　发送
　　s.send(hi);
　　接收多播信息的步骤
　　开辟接收缓冲区
　　byte[] buf = new byte[1000];
　　创建接收数据报
　　DatagramPacket recv = new DatagramPacket(buf, buf.length);
　　接收
　　s.receive(recv);
　　注意：以上发送和接收程序在同一个文件中实现,若在不同文件中实现则应分别定义多播套接字并加入多播组。
　　3．与已知IP和端口的端点通信
　　在互联网上主要采用TCP和UDP来实现两点之间的通信。采用TCP可可靠传送信息，但花费时间较多；采用UDP可快速传递信息，但不能保证可靠传递。
　　JAVA实现TCP通信的方法
　　利用Socket(InetAddress addr, int port)和 Socket(String host, int port)，创建客户端套接字，利用ServerSocket(int port)创建服务器端套接字，port端口就是服务器监听连接请求的端口，通过调用accept()返回一个最近创建的Socket对象，该Socket对象绑定了客户程序的IP地址或端口号。通过调用Socket的 getInputStream()方法获得输入流读传送来的信息，也可能通过调用Socket的 getOutputStream()方法获得输出流来发送消息。
　　JAVA实现UDP通信的方法
　　使用DatagramPacket(byte [] buffer, int length, InetAddress addr, int port) 确定数据包数组、数组的长度、数据包的地址和端口信息。使用DatagramSocket()创建客户端套接字，而服务器端则采用DatagramSocket(int port)，调用send(DatagramPacket dgp)和 receive(DatagramPacket dgp)来发送和接收数据包。本文设计的程序采用UDP。
　　（二）信息的表示
　　使用XML技术
　　XML是以文本数据为基础的非常灵活的格式。在通信过程中，传输的数据虽然可以根据实际需要指定任意格式。但在应用中广泛选择XML，原因是，XML提供了切合实际的并能清楚描述和易于读写的格式。编写XML文件和解析XML文件的工作均容易完成。通过文本编辑器可以用100％的纯ASCII文本来书写XML文件。XML的解析工作既可自己编程来实现，也可以采用多家公司提供的XML解析器。由于XML是一种国际标准，采用XML对于程序将来功能的扩展也可带来很多好处。
　　（三） 信息的响应
　　在通信过程中，信息的响应是至关重要的。对于实时通信系统P2P，更看重信息响应的速度。本文所设计的P2P通信程序提高响应速度主要从下面两个方面进行了处理。
　　1． 队列
　　由于P2P网络中的端点（主机）通常要接收来自很多端点的信息，如果程序等处理完一个信息后，再接收新的信息，势必会导致某些信息的遗漏。所以接收信息的程序只管把接收到的信息放入队列缓冲，处理信息的程序则从队列中依次取出信息进行处理。
　　2． 多线程
　　JAVA中的多线程技术可以使多段程序同时运行。利用多线程技术可以把用户界面、信息接收、信息处理分别处理，使程序更加稳定流畅，大大提高了信息的响应速度。
　　三、P2P通信程序实例
　　（一） 功能描述
　　本程序是一个P2P通信程序，使用此软件的用户可以建立P2P通信网络。网络中的用户之间可以方便地通信。同时，此网络是动态的，换句话说，用户可以随时加入和退出此网络。
　　主要功能有：
　　获得P2P网络中端点（主机）的IP，并动态更新
　　可以向任何已知IP的端点发送文本信息
　　可以接收其他端点发送的文本信息
　　可以获得某些端点退出网络的信息
　　功能在用户界面上的体现
　　
　　
　　（二） 程序框架
　　1． 信息流图
　　
　　
　　信息流图描述了信息的发送和接收过程。事实上，每个端点必须同时具有发送和接收信息的功能，因此，上图的功能将集成在一个用户程序中。
　　2． 类表
　　根据信息流图，确定相应的类实现其功能。
　　
　　
　　（二）程序流图
　　
　　

　　
　　
　　四、结束语
　　本程序旨在构建P2P网络通信的基本框架，故程序提供的功能较为简单，如只能交换文本信息，网络套接字端口固定等。读者可以在此基础上扩展其功能，如实现文件传输、动态分配端口等。

本文转自
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