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任务要求
试完善文件传输功能，可选择 1.使用基于TCP的Socket进行改写；2.优化基于UDP文件传输，包括有序发送、接收端细粒度校验和发送端数据重传。
这里我们来进行UDP的优化
首先我们知道的是在传输大量数据时，UDP协议的传输容易出现数据的缺失（这里我们可以采用计算文件的MD5值来进行验证），因此我们需要进行优化，优化的点为有序发送、接收端细粒度校验和发送端数据重传。
为了完成上述优化，我们需要对发送的数据包进行一定地封装，这里我采用以下方案
1.每次传输的数据包大小为512bytes
2.前8位存储两个整型，分别时数据包编号（即第几个数据包），还有传输内容的长度（不包括修饰的前缀）
3.接下来34位存储MD5码，理论来说计算得到的MD5码应该为32位，但是笔者这里采用的写入字符串的方式来打包入数据包，这导致MD5占了34位，具体原因还未搞清楚，可能是因为前两位是用于标记16进制的，但是无妨，不影响我们后续的进行
在修改接收器和发送器的代码前，我们需要对于MD5工具类进行修改，使其可以对于byte[]型的数据进行计算
import java.security.MessageDigest;public class MD5Util_byte {public static String getMD5(byte[] input) {try {MessageDigest MD5 = MessageDigest.getInstance("MD5");byte[] data = input;MD5.update(data);return new String(byte2hex(MD5.digest()));} catch (Exception e) {e.printStackTrace();return null;}}private static String byte2hex(byte[] b) {String hs = "";String stmp = "";for (int n = 0; n < b.length; n++) {stmp = (java.lang.Integer.toHexString(b[n] & 0xFF));if (stmp.length() == 1)hs = hs + "0" + stmp;elsehs = hs + stmp;}return hs;}
}
这样我们就可以利用MD5Util_byte.getMD5()来计算MD5值了。
接下来我们需要完成UDPFileSender
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.security.*;
import java.util.Arrays;
import java.util.Random;
public class UDPFileSender {public static void main(String[] args) throws IOException, NoSuchAlgorithmException {// 生成并写入发送文件try (FileWriter fileWriter = new FileWriter("checksum.txt")) {Random r = new Random(2023);// 尝试 1e3 and 1e8for (int i = 0; i < 1e8; i++) {fileWriter.write(r.nextInt());}}File file = new File("checksum.txt");System.out.println("发送文件生成完毕");System.out.println("发送文件的md5为: " + MD5Util.getMD5(file));FileInputStream fis = new FileInputStream(file);DatagramSocket socket = new DatagramSocket();byte[] bytes = new byte[512-42];DatagramPacket packet;boolean resend = false;int sequenceNumber = 0; // 添加序列号变量// 不断从文件读取字节并将其组装成数据报发送int len;DatagramPacket lastPacket = null;while ((len = fis.read(bytes)) != -1) {if (resend) {// 重新发送上一个数据包socket.send(lastPacket);resend = false; // 重置重新发送标记} else {// 计算校验和String checksum = MD5Util_byte.getMD5(bytes);if (len < 470) {checksum = MD5Util_byte.getMD5(Arrays.copyOfRange(bytes, 0, len));}// 构造带有序列号和校验和的数据包ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();DataOutputStream dos = new DataOutputStream(baos);dos.writeInt(sequenceNumber);dos.writeUTF(checksum);System.out.println(len);dos.writeInt(len);dos.write(bytes, 0, len);dos.flush();byte[] sendData = baos.toByteArray();System.out.println(sendData.length);System.out.println("sendData: " + Arrays.toString(sendData));packet = new DatagramPacket(sendData, sendData.length, InetAddress.getLocalHost(), 9092);socket.send(packet);lastPacket = packet; // 保存上一个数据包，以便在接收方报告错误时重新发送}// 等待接收方的响应DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[512], 512);socket.receive(responsePacket);String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());// 检查接收方的响应是否表示接收错误，如果是，则重新发送上一个数据包if (response.equals("ERROR")) {System.out.println("接收方报告接收错误，重新发送上一个数据包");resend = true;}else if (response.equals("OK")) {System.out.println("接收方报告接收正确");}else {System.out.println("接收方报告未知错误");resend = true;}sequenceNumber++; // 更新序列号}// 发送终止符byte[] a = new byte[0];System.out.println("flag");packet = new DatagramPacket(a, a.length, InetAddress.getLocalHost(), 9092);socket.send(packet);fis.close();socket.close();System.out.println("向" + packet.getAddress().toString() + "发送文件完毕！端口号为:" + packet.getPort());}
}
可以看到，我们的UDPFileSender首先随机生成数据写入文件，然后从文件不断读入并且按照我们希望的方式对数据进行打包，同时等待接受器的回写消息，若发生错误则重新发送出现错误的数据包。
而UDPFileReceiver也是相同的逻辑
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Arrays;public class UDPFileReceiver {public static void main(String[] args) throws IOException {File file = new File("checksum_recv.txt"); //要接收的文件存放路径FileOutputStream output = new FileOutputStream(file);byte[] data = new byte[512];DatagramSocket ds = new DatagramSocket(9092);int len=470;// 使用一个循环来接收数据报，并根据序列号将数据写入文件DatagramPacket dp = new DatagramPacket(data, data.length);while (true) {ds.receive(dp);ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(dp.getData());DataInputStream dis = new DataInputStream(bais);int sequenceNumber = dis.readInt();if (len!=470) // 收到终止符则退出循环break;byte[] checksum = new byte[34];dis.readFully(checksum);len = dis.readInt();System.out.println("len: " + len);byte[] receivedData = new byte[512-42]; // 数据长度减去序列号和校验和的长度dis.read(receivedData, 0,len);if(len < 470){byte[] temp = new byte[len];System.arraycopy(receivedData, 0, temp, 0, len);receivedData = temp;}// 计算接收到的数据包的校验和String receivedChecksum = MD5Util_byte.getMD5(receivedData);// System.out.println("receivechecksum: " + receivedChecksum);byte[] receivedChecksum_byte = receivedChecksum.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);byte[] stantardChecksum = new byte[checksum.length-2];System.arraycopy(checksum, 2, stantardChecksum, 0, checksum.length-2);// 比较校验和if (!Arrays.equals(stantardChecksum, receivedChecksum_byte)){System.out.println("接收到的数据包校验和与发送端不一致，丢弃该数据包！"+ "sequenceNumber: " + sequenceNumber+ " receivedChecksum: " + Arrays.toString(receivedChecksum_byte)+ " checksum: " + Arrays.toString(checksum));// 向发送端报告错误InetAddress senderAddress = dp.getAddress();int senderPort = dp.getPort();String errorMessage = "ERROR"; // 错误消息byte[] errorData = errorMessage.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);DatagramPacket errorPacket = new DatagramPacket(errorData, errorData.length, senderAddress, senderPort);ds.send(errorPacket);continue;}InetAddress senderAddress = dp.getAddress();int senderPort = dp.getPort();String errorMessage = "OK"; // 错误消息byte[] errorData = errorMessage.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);DatagramPacket errorPacket = new DatagramPacket(errorData, errorData.length, senderAddress, senderPort);ds.send(errorPacket);System.out.println("接收到的数据包校验和与发送端一致，写入文件！"+ "sequenceNumber: " + sequenceNumber);output.write(receivedData); // 将数据写入文件}output.close();ds.close();System.out.println("接收来自" + dp.getAddress().toString() + "的文件已完成！对方所使用的端口号为：" + dp.getPort());file = new File("checksum_recv.txt");System.out.println("接收文件的md5为: " + MD5Util.getMD5(file));}
}
我们需要对接收的数据包进行解析，比对MD5码，最后根据结果选择写入还是向Sender报错。
最后我们进行验证
Receiver
Sender
当然我们也可以编写一个小程序来检验文件的完整性
这样我们完成了对于UDP文件传输的优化