Android网络编程TCP、UDP（三）——UDP实例：搜索局域网所有的设备

接上面的UDP&＃xff0c;本篇主要讨论如何在局域网中搜索所有的设备&＃xff0c;这个需求在物联网应用的比较多&＃xff0c;也比较综合&＃xff0c;特把名字加在标题中了。最后一块是网络编程的常见问题。

3.6 实例&＃xff1a;在局域网内搜索设备

假设你家里安装了智能家居&＃xff0c;所有的设备都是通过Wifi连接自己家里的局域网&＃xff08;至于这些设备没有界面操作&＃xff0c;如何连接wifi&＃xff1f;有一个比较流行的牛逼技术&＃xff0c;叫SmartConfig&＃xff09;。现在这些设备连入到局域网了&＃xff0c;那如何通过Android搜索到这些设备&＃xff1f;

模拟主机效果图&＃xff1a;

模拟设备效果图&＃xff1a;

3.6.1 原理分析

这些设备在局域网内&＃xff0c;肯定是通过DHCP&＃xff08;Dynamic Host Configuration Protocol&＃xff0c;动态主机配置协议&＃xff09;来获取内网IP的。也就是说每个设备的IP都不是固定的。而我们主要目的就是要获取这些设备的IP地址。

也许你说&＃xff0c;把手机设置成一个固定的内网IP&＃xff0c;然后让这些设备来连接这个固定IP。看上去OK啊&＃xff0c;但万一这个IP被占用了&＃xff0c;怎办&＃xff1f;

每个设备的IP会变&＃xff0c;但通信端口我们肯定可以固定。这就可以运用上面的UDP广播&＃xff08;或组播&＃xff09;技术。具体流程&＃xff1a;

1. 主机&＃xff08;Android手机&＃xff09;发送广播信息&＃xff0c;并指定对方接收端口为devicePort&＃xff1b;
2. 自己的发送端口为系统分配的hostPort&＃xff0c;封装在DatagramSocket中&＃xff0c;开始监听此端口。防丢失&＃xff0c;一共发三次&＃xff0c;每次发送后就监听一段时间&＃xff1b;
3. 设备监听devicePort端口&＃xff0c;收到信息后。首先解析数据验证是否是自己人&＃xff08;协议&＃xff09;发过来的&＃xff0c;否&＃xff0c;扔&＃xff1b;是&＃xff0c;则通过数据报获取对方的IP地址与端口hostPort&＃xff1b;
4. 设备通过获取到的IP地址与端口hostPort&＃xff0c;给主机发送响应信息&＃xff1b;
5. 主机收到设备的响应&＃xff0c;就可以知道设备的IP地址了。同时主机返回确认信息给设备&＃xff0c;防止设备发给主机的响应信息丢失&＃xff0c;毕竟是UDP&＃xff1b;
6. 有了IP地址&＃xff0c;就可以为所欲为了&＃xff0c;比如&＃xff1a;建立安全连接TCP。

本解决方法有以下特点&＃xff1a;

• 灵活性高。主机使用系统自动分配端口&＃xff0c;不用担心端口被其他软件占用&＃xff1b;
• 搜索迅速。使用了UDP广播&＃xff0c;所有局域网内的设备几乎同时可以接受到信息&＃xff1b;
• 连接安全。为了避免UDP的不安全性&＃xff0c;使用了类似TCP的三次握手&＃xff1b;
• 数据安全。加入了协议&＃xff0c;提高了数据的安全性。

下面是广播实现的代码&＃xff0c;当然也可以用组播来实现。组播因为组播地址的原因&＃xff0c;可以进一步加强安全性&＃xff0c;代码中把广播的网络那块改成组播就好了。&＃xff08;组播参考&＃xff1a;Android网络编程TCP、UDP&＃xff08;二&＃xff09;&＃xff09;

3.6.2 代码实现

主机——搜索类&＃xff1a;

import android.util.Log;
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketTimeoutException;
import java.nio.charset.Charset;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;/*** 设备搜索类* Created by zjun on 2016/9/3.*/
public abstract class DeviceSearcher extends Thread {private static final String TAG &＃61; DeviceSearcher.class.getSimpleName();private static final int DEVICE_FIND_PORT &＃61; 9000;private static final int RECEIVE_TIME_OUT &＃61; 1500; // 接收超时时间private static final int RESPONSE_DEVICE_MAX &＃61; 200; // 响应设备的最大个数&＃xff0c;防止UDP广播攻击private static final byte PACKET_TYPE_FIND_DEVICE_REQ_10 &＃61; 0x10; // 搜索请求private static final byte PACKET_TYPE_FIND_DEVICE_RSP_11 &＃61; 0x11; // 搜索响应private static final byte PACKET_TYPE_FIND_DEVICE_CHK_12 &＃61; 0x12; // 搜索确认private static final byte PACKET_DATA_TYPE_DEVICE_NAME_20 &＃61; 0x20;private static final byte PACKET_DATA_TYPE_DEVICE_ROOM_21 &＃61; 0x21;private DatagramSocket hostSocket;private Set mDeviceSet;private byte mPackType;private String mDeviceIP;DeviceSearcher() {mDeviceSet &＃61; new HashSet<>();}&＃64;Overridepublic void run() {try {onSearchStart();hostSocket &＃61; new DatagramSocket();// 设置接收超时时间hostSocket.setSoTimeout(RECEIVE_TIME_OUT);byte[] sendData &＃61; new byte[1024];InetAddress broadIP &＃61; InetAddress.getByName("255.255.255.255");DatagramPacket sendPack &＃61; new DatagramPacket(sendData, sendData.length, broadIP, DEVICE_FIND_PORT);for (int i &＃61; 0; i <3; i&＃43;&＃43;) {// 发送搜索广播mPackType &＃61; PACKET_TYPE_FIND_DEVICE_REQ_10;sendPack.setData(packData(i &＃43; 1));hostSocket.send(sendPack);// 监听来信byte[] receData &＃61; new byte[1024];DatagramPacket recePack &＃61; new DatagramPacket(receData, receData.length);try {// 最多接收200个&＃xff0c;或超时跳出循环int rspCount &＃61; RESPONSE_DEVICE_MAX;while (rspCount-- > 0) {recePack.setData(receData);hostSocket.receive(recePack);if (recePack.getLength() > 0) {mDeviceIP &＃61; recePack.getAddress().getHostAddress();if (parsePack(recePack)) {Log.i(TAG, "&＃64;&＃64;&＃64;zjun: 设备上线&＃xff1a;" &＃43; mDeviceIP);// 发送一对一的确认信息。使用接收报&＃xff0c;因为接收报中有对方的实际IP&＃xff0c;发送报时广播IPmPackType &＃61; PACKET_TYPE_FIND_DEVICE_CHK_12;recePack.setData(packData(rspCount)); // 注意&＃xff1a;设置数据的同时&＃xff0c;把recePack.getLength()也改变了hostSocket.send(recePack);}}}} catch (SocketTimeoutException e) {}Log.i(TAG, "&＃64;&＃64;&＃64;zjun: 结束搜索" &＃43; i);}onSearchFinish(mDeviceSet);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {if (hostSocket !&＃61; null) {hostSocket.close();}}}/*** 搜索开始时执行*/public abstract void onSearchStart();/*** 搜索结束后执行* &＃64;param deviceSet 搜索到的设备集合*/public abstract void onSearchFinish(Set deviceSet);/*** 解析报文* 协议&＃xff1a;$ &＃43; packType(1) &＃43; data(n)* data: 由n组数据&＃xff0c;每组的组成结构type(1) &＃43; length(4) &＃43; data(length)* type类型中包含name、room类型&＃xff0c;但name必须在最前面*/private boolean parsePack(DatagramPacket pack) {if (pack &＃61;&＃61; null || pack.getAddress() &＃61;&＃61; null) {return false;}String ip &＃61; pack.getAddress().getHostAddress();int port &＃61; pack.getPort();for (DeviceBean d : mDeviceSet) {if (d.getIp().equals(ip)) {return false;}}int dataLen &＃61; pack.getLength();int offset &＃61; 0;byte packType;byte type;int len;DeviceBean device &＃61; null;if (dataLen <2) {return false;}byte[] data &＃61; new byte[dataLen];System.arraycopy(pack.getData(), pack.getOffset(), data, 0, dataLen);if (data[offset&＃43;&＃43;] !&＃61; &＃39;$&＃39;) {return false;}packType &＃61; data[offset&＃43;&＃43;];if (packType !&＃61; PACKET_TYPE_FIND_DEVICE_RSP_11) {return false;}while (offset &＃43; 5 0xFF;len |&＃61; (data[offset&＃43;&＃43;] <<8);len |&＃61; (data[offset&＃43;&＃43;] <<16);len |&＃61; (data[offset&＃43;&＃43;] <<24);if (offset &＃43; len > dataLen) {break;}switch (type) {case PACKET_DATA_TYPE_DEVICE_NAME_20:String name &＃61; new String(data, offset, len, Charset.forName("UTF-8"));device &＃61; new DeviceBean();device.setName(name);device.setIp(ip);device.setPort(port);break;case PACKET_DATA_TYPE_DEVICE_ROOM_21:String room &＃61; new String(data, offset, len, Charset.forName("UTF-8"));if (device !&＃61; null) {device.setRoom(room);}break;default: break;}offset &＃43;&＃61; len;}if (device !&＃61; null) {mDeviceSet.add(device);return true;}return false;}/*** 打包搜索报文* 协议&＃xff1a;$ &＃43; packType(1) &＃43; sendSeq(4) &＃43; [deviceIP(n<&＃61;15)]* packType - 报文类型* sendSeq - 发送序列* deviceIP - 设备IP&＃xff0c;仅确认时携带*/private byte[] packData(int seq) {byte[] data &＃61; new byte[1024];int offset &＃61; 0;data[offset&＃43;&＃43;] &＃61; &＃39;$&＃39;;data[offset&＃43;&＃43;] &＃61; mPackType;seq &＃61; seq &＃61;&＃61; 3 ? 1 : &＃43;&＃43;seq; // can&＃39;t use findSeq&＃43;&＃43;data[offset&＃43;&＃43;] &＃61; (byte) seq;data[offset&＃43;&＃43;] &＃61; (byte) (seq >> 8 );data[offset&＃43;&＃43;] &＃61; (byte) (seq >> 16);data[offset&＃43;&＃43;] &＃61; (byte) (seq >> 24);if (mPackType &＃61;&＃61; PACKET_TYPE_FIND_DEVICE_CHK_12) {byte[] ips &＃61; mDeviceIP.getBytes(Charset.forName("UTF-8"));System.arraycopy(ips, 0, data, offset, ips.length);offset &＃43;&＃61; ips.length;}byte[] result &＃61; new byte[offset];System.arraycopy(data, 0, result, 0, offset);return result;}/*** 设备Bean* 只要IP一样&＃xff0c;则认为是同一个设备*/public static class DeviceBean{String ip; // IP地址int port; // 端口String name; // 设备名称String room; // 设备所在房间&＃64;Overridepublic int hashCode() {return ip.hashCode();}&＃64;Overridepublic boolean equals(Object o) {if (o instanceof DeviceBean) {return this.ip.equals(((DeviceBean)o).getIp());}return super.equals(o);}public String getIp() {return ip;}public void setIp(String ip) {this.ip &＃61; ip;}public int getPort() {return port;}public void setPort(int port) {this.port &＃61; port;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name &＃61; name;}public String getRoom() {return room;}public void setRoom(String room) {this.room &＃61; room;}}
}

主机——demo核心代码&＃xff1a;

private List mDeviceList;
private void searchDevices_broadcast() {new DeviceSearcher() {&＃64;Overridepublic void onSearchStart() {startSearch(); // 主要用于在UI上展示正在搜索}&＃64;Overridepublic void onSearchFinish(Set deviceSet) {endSearch(); // 结束UI上的正在搜索mDeviceList.clear();mDeviceList.addAll(deviceSet);mHandler.sendEmptyMessage(0); // 在UI上更新设备列表}}.start();
}

设备——设备等待搜索类&＃xff1a;

import android.content.Context;
import android.net.wifi.WifiInfo;
import android.net.wifi.WifiManager;
import android.util.Log;
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.SocketTimeoutException;
import java.nio.charset.Charset;/*** 设备等待搜索类* Created by zjun on 2016/9/4.*/
public abstract class DeviceWaitingSearch extends Thread {private final String TAG &＃61; DeviceWaitingSearch.class.getSimpleName();private static final int DEVICE_FIND_PORT &＃61; 9000;private static final int RECEIVE_TIME_OUT &＃61; 1500; // 接收超时时间&＃xff0c;应小于等于主机的超时时间1500private static final int RESPONSE_DEVICE_MAX &＃61; 200; // 响应设备的最大个数&＃xff0c;防止UDP广播攻击private static final byte PACKET_TYPE_FIND_DEVICE_REQ_10 &＃61; 0x10; // 搜索请求private static final byte PACKET_TYPE_FIND_DEVICE_RSP_11 &＃61; 0x11; // 搜索响应private static final byte PACKET_TYPE_FIND_DEVICE_CHK_12 &＃61; 0x12; // 搜索确认private static final byte PACKET_DATA_TYPE_DEVICE_NAME_20 &＃61; 0x20;private static final byte PACKET_DATA_TYPE_DEVICE_ROOM_21 &＃61; 0x21;private Context mContext;private String deviceName, deviceRoom;public DeviceWaitingSearch(Context context, String name, String room) {mContext &＃61; context;deviceName &＃61; name;deviceRoom &＃61; room;}&＃64;Overridepublic void run() {DatagramSocket socket &＃61; null;try {socket &＃61; new DatagramSocket(DEVICE_FIND_PORT);byte[] data &＃61; new byte[1024];DatagramPacket pack &＃61; new DatagramPacket(data, data.length);while (true) {// 等待主机的搜索socket.receive(pack);if (verifySearchData(pack)) {byte[] sendData &＃61; packData();DatagramPacket sendPack &＃61; new DatagramPacket(sendData, sendData.length, pack.getAddress(), pack.getPort());Log.i(TAG, "&＃64;&＃64;&＃64;zjun: 给主机回复信息");socket.send(sendPack);Log.i(TAG, "&＃64;&＃64;&＃64;zjun: 等待主机接收确认");socket.setSoTimeout(RECEIVE_TIME_OUT);try {socket.receive(pack);if (verifyCheckData(pack)) {Log.i(TAG, "&＃64;&＃64;&＃64;zjun: 确认成功");onDeviceSearched((InetSocketAddress) pack.getSocketAddress());break;}} catch (SocketTimeoutException e) {}socket.setSoTimeout(0); // 连接超时还原成无穷大&＃xff0c;阻塞式接收}}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {if (socket !&＃61; null) {socket.close();}}}/*** 当设备被发现时执行*/public abstract void onDeviceSearched(InetSocketAddress socketAddr);/*** 打包响应报文* 协议&＃xff1a;$ &＃43; packType(1) &＃43; data(n)* data: 由n组数据&＃xff0c;每组的组成结构type(1) &＃43; length(4) &＃43; data(length)* type类型中包含name、room类型&＃xff0c;但name必须在最前面*/private byte[] packData() {byte[] data &＃61; new byte[1024];int offset &＃61; 0;data[offset&＃43;&＃43;] &＃61; &＃39;$&＃39;;data[offset&＃43;&＃43;] &＃61; PACKET_TYPE_FIND_DEVICE_RSP_11;byte[] temp &＃61; getBytesFromType(PACKET_DATA_TYPE_DEVICE_NAME_20, deviceName);System.arraycopy(temp, 0, data, offset, temp.length);offset &＃43;&＃61; temp.length;temp &＃61; getBytesFromType(PACKET_DATA_TYPE_DEVICE_ROOM_21, deviceRoom);System.arraycopy(temp, 0, data, offset, temp.length);offset &＃43;&＃61; temp.length;byte[] retVal &＃61; new byte[offset];System.arraycopy(data, 0, retVal, 0, offset);return retVal;}private byte[] getBytesFromType(byte type, String val) {byte[] retVal &＃61; new byte[0];if (val !&＃61; null) {byte[] valBytes &＃61; val.getBytes(Charset.forName("UTF-8"));retVal &＃61; new byte[5 &＃43; valBytes.length];retVal[0] &＃61; type;retVal[1] &＃61; (byte) valBytes.length;retVal[2] &＃61; (byte) (valBytes.length >> 8 );retVal[3] &＃61; (byte) (valBytes.length >> 16);retVal[4] &＃61; (byte) (valBytes.length >> 24);System.arraycopy(valBytes, 0, retVal, 5, valBytes.length);}return retVal;}/*** 校验搜索数据* 协议&＃xff1a;$ &＃43; packType(1) &＃43; sendSeq(4)* packType - 报文类型* sendSeq - 发送序列*/private boolean verifySearchData(DatagramPacket pack) {if (pack.getLength() !&＃61; 6) {return false;}byte[] data &＃61; pack.getData();int offset &＃61; pack.getOffset();int sendSeq;if (data[offset&＃43;&＃43;] !&＃61; &＃39;$&＃39; || data[offset&＃43;&＃43;] !&＃61; PACKET_TYPE_FIND_DEVICE_REQ_10) {return false;}sendSeq &＃61; data[offset&＃43;&＃43;] & 0xFF;sendSeq |&＃61; (data[offset&＃43;&＃43;] <<8 );sendSeq |&＃61; (data[offset&＃43;&＃43;] <<16);sendSeq |&＃61; (data[offset&＃43;&＃43;] <<24);return sendSeq >&＃61; 1 && sendSeq <&＃61; 3;}/*** 校验确认数据* 协议&＃xff1a;$ &＃43; packType(1) &＃43; sendSeq(4) &＃43; deviceIP(n<&＃61;15)* packType - 报文类型* sendSeq - 发送序列* deviceIP - 设备IP&＃xff0c;仅确认时携带*/private boolean verifyCheckData(DatagramPacket pack) {if (pack.getLength() <6) {return false;}byte[] data &＃61; pack.getData();int offset &＃61; pack.getOffset();int sendSeq;if (data[offset&＃43;&＃43;] !&＃61; &＃39;$&＃39; || data[offset&＃43;&＃43;] !&＃61; PACKET_TYPE_FIND_DEVICE_CHK_12) {return false;}sendSeq &＃61; data[offset&＃43;&＃43;] & 0xFF;sendSeq |&＃61; (data[offset&＃43;&＃43;] <<8 );sendSeq |&＃61; (data[offset&＃43;&＃43;] <<16);sendSeq |&＃61; (data[offset&＃43;&＃43;] <<24);if (sendSeq <1 || sendSeq > RESPONSE_DEVICE_MAX) {return false;}String ip &＃61; new String(data, offset, pack.getLength() - offset, Charset.forName("UTF-8"));Log.i(TAG, "&＃64;&＃64;&＃64;zjun: ip from host&＃61;" &＃43; ip);return ip.equals(getOwnWifiIP());}/*** 获取本机在Wifi中的IP*/private String getOwnWifiIP() {WifiManager wm &＃61; (WifiManager) mContext.getSystemService(Context.WIFI_SERVICE);if (!wm.isWifiEnabled()) {return "";}// 需加权限&＃xff1a;android.permission.ACCESS_WIFI_STATEWifiInfo wifiInfo &＃61; wm.getConnectionInfo();int ipInt &＃61; wifiInfo.getIpAddress();String ipAddr &＃61; int2Ip(ipInt);Log.i(TAG, "&＃64;&＃64;&＃64;zjun: 本机IP&＃61;" &＃43; ipAddr);return int2Ip(ipInt);}/*** 把int表示的ip转换成字符串ip*/private String int2Ip(int i) {return String.format("%d.%d.%d.%d", i & 0xFF, (i >> 8) & 0xFF, (i >> 16) & 0xFF, (i >> 24) & 0xFF);}
}

设备——demo核心代码&＃xff1a;

private void initData() {new DeviceWaitingSearch(this, "日灯光", "客厅"){&＃64;Overridepublic void onDeviceSearched(InetSocketAddress socketAddr) {pushMsgToMain("已上线&＃xff0c;搜索主机&＃xff1a;" &＃43; socketAddr.getAddress().getHostAddress() &＃43; ":" &＃43; socketAddr.getPort());}}.start();
}

四、常见问题

4.1 局域网内无法通信

因为用了电脑作为测试设备&＃xff0c;包括Java工程和Android模拟器&＃xff0c;之前就知道Java工程中要网络通信要关防火墙&＃xff0c;但使用的时候&＃xff0c;发现Android模拟器、C工程、和Socket网络工具都可以通信&＃xff0c;就Java工程不行。

尝试了很多方法找原因&＃xff0c;如在命令行执行下面的命令&＃xff0c;然而无终而返&＃xff1a;

1. 查看局域网中其他运行的电脑&＃xff1a;net view
2. 路由追踪&＃xff1a;tracert (ip)
   eg&＃xff1a;tracert baidu.com
   tracert 192.168.1.10
3. 显示当前TCP/IP网络连接&＃xff1a;netstat

最后终于找到解决办法&＃xff0c;在“防火墙”的“允许的应用”中需要设置权限。把“Java(TM) Platform SE binary”勾上&＃xff0c;并把后面的“专用”和“公用”网络都勾选上&＃xff1a;

4.2 局域网内只有有线连接的设备可以通信&＃xff0c;无线设备却无法通信

其实问题详细情况是这样的&＃xff1a;无线Wifi连接的设备不能与无线设备通信&＃xff08;内网IP通信&＃xff09;&＃xff0c;只能与有线设备通信&＃xff1b;而有线设备一切正常。

这问题也很郁闷&＃xff0c;查了资料也没有找到解决办法。但个人感觉这问题肯定是路由器的问题&＃xff0c;因为局域网的控制系统就是路由器。幸运的是&＃xff0c;我有两个一模一样的路由器&＃xff0c;另一个路由器应该的。然后两台路由器&＃xff0c;分别连两台电脑&＃xff0c;通过电脑对路由器界面进行对比&＃xff08;英文是硬伤啊⊙﹏⊙b&＃xff09;。

最后锁定了这个东西“Wireless Isolation within SSID”&＃xff0c;就是连接SSID的设备都独立&＃xff0c;无法进行局域网内通信。曾经手滑了一下&＃xff0c;点成Enable。改回Disabled&＃xff0c;兄弟间就别分开了&＃xff1a;

本来一篇想搞定的&＃xff0c;结果写了三篇&＃xff0c;目录还是按原来一篇的来写&＃xff0c;有点儿乱(^__^) ……

网络编程&＃xff0c;终于赶在这个周末结束前告一段落。