基于socket的文件传输软件的设计与实现Word格式.docx
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图一TCP/IP体系结构
Socket通常也称作"
套接字"
，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄。
应用程序通常通过"
向网络发出请求或者应答网络请求。
Socket接口是TCP/IP网络的API，Socket接口定义了许多函数或例程，程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。
尽管TCP/IP协议的名称中只有TCP这个协议名，但是在TCP/IP的传输层同时存在TCP和UDP两个协议。
TCP是一种面向连接的保证可靠传输的协议。
通过TCP协议传输，得到的是一个顺序的无差错的数据流。
发送方和接收方的成对的两个socket之间必须建立连接，以便在TCP协议的基础上进行通信，当一个socket（通常都是serversocket）等待建立连接时，另一个socket可以要求进行连接，一旦这两个socket连接起来，它们就可以进行双向数据传输，双方都可以进行发送或接收操作。
UDP是一种无连接的协议，每个数据报都是一个独立的信息，包括完整的源地址或目的地址，它在网络上以任何可能的路径传往目的地，因此能否到达目的地，到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。
本文在Scoket原理基础上，基于.NET平台，利用线程池技术，设计并实现了分别面向TCP和UDP的可靠文件传输软件。
2.系统体系结构
根据采用的协议不同，本软件分为基于TCP文件传输和基于UDP的可靠文件传输。
在TCP/IP网络中两个进程间的相互作用的主机模式是C/S。
在操作过程中采取的是主动请示方式：
首先服务器方要先启动，并根据请示提供相应服务：
1、打开一通信通道并告知本地主机，它在某一个公认地址上接收客户请求；
2、等待客户请求到达该端口；
3、接收到重复服务请求，处理该请求并发送应答信号；
4、返回第2步，等待另一客户请求；
5、关闭服务器。
客户端：
1、打开一通信通道，并连接到服务器所在主机的特定端口；
2、向服务器发送服务请求报文，等待并接收应答；
继续提出请求……
3、请求结束后关闭通信通道并终止。
2.1面向TCP系统调用时序图
图二面向TCP的系统时序图
2.2面向UDP系统调用时序图
图三面向UDP的系统时序图
3.功能实现
3.1公共类设计
软件设计时，TCP和UDP的服务器端为统一界面，客户端为统一界面。
即服务器端既能够接受TCP连接，也能通过UDP进行接收；
客户端可以通过TCP和UDP进行传输。
3.1.1IP地址操作类
1、IPAddress类
在该类中有一个
Parse（）方法，可以把点分的十进制IP表示转化IPAddress类，方法如下：
IPAddressaddress=IPAddress.Parse（“192.168.100.39”）；
IPAddress提供4个只读字段
Any
用于代表本地系统可用的任何IP地址
Broadcase用于代表本地网络的IP广播地址
Loopback用于代表系统的回送地址
None用于代表系统上没有网络接口
其中IPAddress.Any最常用可以用来表示本机上所有的IP地址，这对于socket服务进行侦听时便使用，不用对每个IP进行侦听了。
2、IPEndPoint类
通过二种构造方法来创建IPEndPoint类：
a、IPEndPoint（longaddress,intport）
b、IPEndPoint（IPAddressaddress,intport）
它有四个属性：
Address
AddressFamily
Port
MaxPort
MinPort
IPEndPoint是一个IP地址和端口的绑定，可以代表一个服务，用来Socket通讯。
3.1.2DNS相关类
DNS类有四个静态方法，来获取主机DNS相关信息：
1、GetHostName（）
通过Dns.GetHostName（）可以获得本地计算机的主机名
2、GetHostByName（）
根据主机名称，返回一个IPHostEntry对象：
IPHostEntryGetHostByName（stringhostName）。
其中IPHostEntry把一个
DNS主机名与一个别名和IP地址的数组相关联，包含三个属性：
AddressList：
一个IPAddress对象的数组
Aliases：
一个字符串对象数组
HostName：
一个用于主机名的字符串对象
3、GetHostByAddress（）
类似于GetHostByName（），只不过这里的参数是IP地址，而不是主机名，也返回一个IPHostEntry对象。
IPHostEntryGetHostByAddress（IPAddressaddress）
IPHostEntryGetHostByAddress（stringaddress）
4、Resolve（）
当不知道输入的远程主机的地址是哪种格式时（主机名或IP地址），用以上的二种方法来实现，可能还要通过判断客户输入的格式，才能正确使用，但Dns类提供一更简单的方法Resolve（），该方法可以接受或者是主机名格式或者是IP地址格式的任何一种地址，并返回IPHostEntry对象。
3.2TCP文件传输
3.2.1服务器端
1、创建IPEndPoint实例，用于Socket侦听时绑定：
IPEndPoint
ipep
=
new
IPEndPoint（IPAddress.Any,
7000）;
2、创建套接字实例：
serverSocket
Socket（AddressFamily.InterNetwork,
SocketType.Stream,
ProtocolType.Tcp）；
这里创建的时候用ProtocolType.Tcp，表示建立一个面向连接（TCP）的Socket。
3、将所创建的套接字与IPEndPoint绑定：
serverSocket.Bind（ipep）。
4、设置套接字为收听模式：
serverSocket.Listen（10）。
5、在套接字上接收接入的连接
在此使用.net的线程池类，默认情况下创建25个线程。
从线城池中获取一个线程来处理客户端请求。
ThreadPool.QueueUserWorkItem。
6、在套接字上接受客户端发送的信息
部分代码：
BinaryReaderreader=newBinaryReader（client.GetStream（））;
stringfilename=reader.ReadString（）;
longtotal=reader.ReadInt64（）;
stringsaveAs=GetSaveFile（filename）;
FileStreamfs=File.Create（saveAs）;
try
{
byte[]buffer=newbyte[8192];
intlen;
while（total>
0）
len=reader.Read（buffer,0,8192）;
if（len==0）
thrownewIOException（"
发送方中止了连接"
）;
fs.Write（buffer,0,len）;
}
3.2.2客户端
1、创建IPEndPoint实例和套接字；
2、将套接字连接到远程服务器；
clientSocket.Connect（ipep）
3、发送信息
FileInfofi=newFileInfo（textBox1.Text）;
writer.Write（fi.Name）;
writer.Write（fi.Length）;
FileStreamfs=fi.OpenRead（）;
longtotal=fi.Length;
byte[]buffer=newbyte[8192];
while（（len=fs.Read（buffer,0,8192））!
=0）
writer.Write（buffer,0,len）;
客户端使用openFileDialog类选择文件，然后向服务器端传送文件长度和文件名，最后将需要传送的文件切割成以单位为8k的数据块进行传送。
服务器端使用SaveFileDialog类选择存储文件的位置，然后接受客户端发送的文件名和文件长度，然后进行小数据块接受，使用循环，直至客户端发送完毕，服务器端在接受客户端连接请求时开辟了一个内存池。
面向连接的程序流程图如下所示：
图四面向TCP的程序流程图
3.3UDP文件传输
TCP是面向连接的，所以用TCP传输文件不会丢包。
UDP是非面向连接的，所以UDP是不可靠的，用它传输文件，要保证不丢包，就需要额外代码来保障。
本文采用的是在接受文件端来检测，当开始接收文件，收到一个数据包后，如果等待超过了一定时间后都没有收到数据包，就给发送方发送一个新的请求，要求继续发送文件，直到文件全部接收完成。
流程图如下：
图五UDP传输流程
3.3.1服务器端
在UDP服务器端设计过程中，部分步骤和实现代码与TCP相似，在此不再赘述。
基本的实现步骤：
1、创建一个socket，用函数socket（）；
2、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind（）；
3、循环接收数据，用函数recvfrom（）；
4、关闭网络连接；
为了实现UDP的可靠传输，设计了ReceiveFileManager类，如下图所示：
图六ReceiveFileManager类
可靠传输的具体做法是：
1、在ReceiveFileManager类中加入一个记录文件分块接收状态的列表Dictionary<
int,bool>
，int表示文件分块的序号，bool表示是否已经接收，初始化为全部没有接受（false）。
2、在ReceiveFileManager类中加入一个Timer，用来检测收到一个包后等待的时间是否超过了设置的值，超过就给发送方发送数据包，请求继续发送文件，需要发送的文件块序号为从Dictionary<
中查询出来的没有接收的文件块序号。
3、如果Dictionary<
中的所有文件块已经收到（全部为true）,文件就接收完成了。
3.3.2客户端
在UDP客户端设计过程中，部分步骤和实现代码与TCP相似，在此不再赘述。
3、设置对方的IP地址和端口等属性;
4、发送数据，用函数sendto（）;
5、关闭网络连接；
为了保证UDP的可靠传输，客户端也需要对服务器端某个端口的发送来的信息进行监控，一旦服务器请求，则进行重传。
IPEndPointremoteIP=newIPEndPoint（IPAddress.Any,0）;
byte[]buffer=null;
buffer=UdpClient.EndReceive（result,refremoteIP）;
catch（SocketExceptionex）
throwex;
finally
ReceiveInternal（）;
OnReceiveData（newReceiveDataEventArgs（buffer,remoteIP））;
3.4线程池
通过System.Threading名称空间的ThreadPool类来使用线程池，它所有的成员都是静态的，而且没有公开的构造函数。
这个限制的目的是为了把所有的异步编程技术都集中到同一个池中。
假如构造了含有两个线程的线程池，当三个请求到达时，它们立刻安排到队列等待被处理，因为两个线程都是空闲的，所以头两个请求开始执行。
当其中任何一个请求处理结束后，空闲的线程就会去提取第三个请求并处理之。
在这种场景中，系统不需要为每个请求创建和销毁线程。
线程之间能互相利用。
而且如果线程池的执行高效的话，它能增加或删除线程以获得最优的性能。
例如当线程池在执行两个请求时，而CPU的利用率才达到50%，这表明执行请求正等待某个事件或者正在做某种I/O操作。
线程池可以发现这种情况，并增加线程的数量以使系统能在同一时间处理更多的请求。
相反的，如果CPU利用率达到100%，线程池可以减少线程的数量以获得更多的CPU时间，而不要浪费在上下文切换上面。
3.5其它
在UDP传输设计中，为了使其界面与TCP传输相区别，调用了网上的通用组件TraFransfersFileControl。
使其更美观。
另外还调用了MD5动态库进行加解密。
4.试验结果
由于实验环境有限，服务器端和客户端均在本机上运行。
传输速度为5M/s。
其界面如下所示：
图七客户端主界面和分界面
图八服务器端界面
图九运行界面
5．思考
1、进行UDP可靠传输，除了上文用到的从接收方检测的方法，也可以从发送方来处理这个问题，就是发送方发送一个包后，如果等待了一定时间没有接收到接受方的回复，就重发这个包。
2、使用了MD5类，传输小文件时没有影响，但是大文件时则问题比较明显，速度比较缓慢。
6．结论和收获
在此之前没有接触过socket，原来在单位解决关于异构系统下通讯的问题时，均采用dropbox（投递箱）机制，或者通过Weblogic。
有时为了解决一个简单的通讯，需要额外的编程量和中间件，所以通过这门课，我感觉有了比较大的收获。
报告评语
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