实现TCP和UDP数据包发送程序的设计和实现C.docx

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实现TCP和UDP数据包发送程序的设计和实现C

【关键字】实现

长沙理工大学

《网络协议编程》课程设计论文

周瑞杰

学院计算机与通信工程专业网络工程

班级网络08-02学号0204

学生姓名周瑞杰指导教师王静

课程成绩完成日期2011年7月2日

课程设计任务书

计算机与通信工程学院网络工程专业

课程名称

网络协议编程课程设计

时间

2010～2011学年第二学期18～19周

学生姓名

周瑞杰

指导老师

王静

题目

TCP和UDP数据包发送程序的设计与实现

主要内容：

（1）掌握TCP和UDP的概念和工作原理；

（2）熟练掌握C#语言的编程原理；

（3）实现基于TCP协议的聊天程序设计；

（4）实现基于UDP协议的聊天程序设计；

（5）运行程序，并合理分析实验结果。

要求：

（1）按要求编写课程设计报告书，能正确阐述设计结果。

（2）通过课题设计培养学生严谨的科学态度，认真工作作风和团队协作精神。

（3）学会文献检索的基本方法和综合运用文献的能力。

（4）在老师的指导下，要求每个学生独立完成课程设计的全部内容。

应当提交的文件：

（1）课程设计报告。

（2）课程设计附件（主要是源程序）。

课程设计成绩评定

学院计算机通信工程专业网络工程

班级网络08-02学号0204

学生姓名周瑞杰指导教师王静

课程成绩完成日期2011年7月2日

指导教师对学生在课程设计中的评价

评分项目

优

良

中

及格

不及格

课程设计中的创造性成果

学生掌握课程内容的程度

课程设计完成情况

课程设计动手能力

文字表达

学习态度

规范要求

课程设计论文的质量

指导教师对课程设计的评定意见

综合成绩指导教师签字年月日

TCP和UDP数据包发送程序的设计和实现

学生：

周瑞杰指导老师：

王静

摘要：

在TCP/IP协议族中，传输层主要包括TCP和UDP两种通信协议，它们以不同的方式实现两台主机中的不同程序间之间的数据传输，即数据的端到端传输。

TCP提供一种面向连接的、可靠的数据传输服务，保证了端到端数据传输的可靠性；而UDP提供一种无连接的、不可靠的数据传输方式，但保证了数据传输的实时性。

本课程设计用C#语言分别编写了基于TCP的C/S聊天程序和基于UDP的C/S聊天程序。

经测试，本文程序基本实现了聊天功能，即实现了TCP和UDP数据包发送程序的设计。

关键词：

TCP、UDP、C#、C/S聊天程序、数据包发送程序

DesignandRealizationoftheSendingProgramofTCPandUDPPackets

Student:

ZhouRuijieInstructor:

WangJing

Abstract:

IntheTCP/IPprotocolclan,thetransportlayermainlyincludestwocommunicationprotocolsTCPandUDP,whichhadachievedthedatatransmissionamongdifferentprogramsbetweentwohostsindifferentways,namelytheend-to-enddatatransmission.TCPprovidesaconnection-oriented,reliabledatatransmissionservice,ensuringthereliabilityoftheend-to-enddatatransmission;WhileUDPprovidesaconnectionless,unreliablewayofdatatransmission,butguaranteeingthedatatransmissioninreal-time.ThiscoursedesignhasseparatelywrittenTCP-basedC/SchatprogramandUDP-basedC/SchatprograminC#.Bytest,thispaperprogramhasbasicallyachievedchatfunction,namelyrealizedthedesignofthesendingprogramofTCPandUDPpackets.

Keywords：

TCP、UDP、C#、C/Schatprogram、sendingprogramofpackets

1引言

自进入信息化社会以来，人们的生活发生了翻天覆地的变化，所有这一切的实现都要归功于计算机网络。

自从计算机网络出现以来，网络发展越来越迅速，其重要性更是不可估量。

现在，网络已经进入到我们生活的各个角落，大到网上理财、网上会议、网上战争，小到上网购物、查找资料，网上聊天等，可以说网络把我们的世界变“小”了，即使在天涯海角，我们也可以随时联系。

一个最简单且应用最广泛的例子——网上聊天，就是最好的证明。

本课程设计将基于TCP和UDP协议，使用C#语言分别实现一个C/S聊天程序。

1.1课程设计的目的

本次课程设计是用C#分别编写基于TCP和UDP协议的C/S聊天程序，所以其基本任务就是要实现客户端和服务器端的通信，即客户端和服务器对端能够互相发送数据和接收数据。

其中TCP是面向连接的协议，所以在客户端和服务器端在通信之前必须先由服务器端监听，客户端发送连接请求，成功建立连接后才能进行通信，这个机制保证了数据传输的可靠性。

实现了这个过程，就达到了本次课程设计TCP和UDP数据包发送程序的设计和实现的目的。

1.2本设计任务和主要内容

（1）掌握TCP和UDP的概念和工作原理；

（2）熟练掌握C#语言的编程原理；

（3）实现基于TCP协议的聊天程序设计；

（4）实现基于UDP协议的聊天程序设计；

（5）运行程序，并合理分析实验结果。

2开发工具及相关技术

2.1C#简介

C#（CSharp）是微软（Microsoft）为.NETFramework量身订做的程序语言，C#拥有C/C++的强大功能以及VisualBasic简易使用的特性，是第一个组件导向（Component-oriented）的程序语言，和C++与Java一样亦为对象导向（object-oriented）程序语言。

C#具有以下特点：

（1）语法简洁。

（2）面向对象设计。

（3）与Web紧密结合。

（4）完整的安全性和错误处理。

（5）版本控制。

（6）兼容性。

（7）灵活性。

2.2TCP和UDP概述

在TCP/IP协议族中，传输层主要包括TCP和UDP两种通信协议，它们以不同的方式实现两台主机中的不同应用程序之间的数据传输，即数据的端到端传输。

由于它们的实现方式不同，因此各有一套属于自己的端口号，且相互独立。

可以采用如下五元组来描述两个应用进程之间的通信关联。

（协议，信源机IP地址，信源应用进程端口，信宿机IP地址，信宿应用进程端口）即端到端之间的一条通信连接就可以表示为上述五元组，这也是进行网络程序设计最基本的概念。

其中，传输控制协议（TransmissionControlProtocol，TCP）提供一种面向连接的、可靠的数据传输服务，保证了端到端数据传输的可靠性。

也正因为这样，使TCP协议成为传输层最常用的协议，同时也是一个比较复杂的协议，其提供了传输层几乎所有的功能。

因此和IP协议一样，成为了TCP/IP协议族中最重要的协议之一。

其主要特点如下：

（1）向应用进程提供面向连接的服务，两个需要通过TCP协议进行数据传输的应用进程之间首先必须建立一个TCP连接，并且在数据传输完成后要释放连接。

一般将请求连接的应用进程称为客户进程，而响应连接请求的应用进程称为服务器进程，即TCP连接的建立采用的是一种客户机/服务器工作模型。

（2）提供全双工数据传输服务，只要建立了TCP连接，就能在两个应用进程间进行双向的数据传输服务，但是这种传输只是端到端的传输，不支持广播和多播。

（3）提供面向字节流的服务，即TCP协议的数据传输是面向字节流的，两个建立了TCP连接的应用进程之间交换的是字节流。

发送进程以字节流形式发送数据，接收进程也把数据作为字节流来接收。

端到端之间不保留数据记录的边界，也就是说，在传输的层面上不存在数据记录的概念。

用户数据报协议（UserDatagramProtocol，UDP）是传输层的两个主要协议之一，相对TCP协议来说，UDP是一种非常简单的协议，在网络层的基础上实现了应用进程之间端到端的通信。

与TCP协议不同，UDP协议是一种无连接的协议，数据在传输之前通信双方不需要建立连接。

信宿在收到UDP数据报之后也不需要给出任何应答报文。

发送方发出的每一个UDP用户数据报都是独立的，都携带了完整的目的地址。

每个数据报都可以被网络系统独立路由。

因此从同一个信源发往同一个信宿的多个UDP报文可能选择不同的路径达到信宿，它们达到的先后顺序也可能不同于发送顺序。

所以，UDP协议提供的是一种无连接的、不可靠的数据传输方式，在数据传输过程中没有流量控制和确认机制，数据报可能会丢失、延迟、乱序到达信宿。

UDP协议只是提供了利用校验和检查数据完整性的简单差错控制，属于一种尽力而为的数据传输方式。

虽然UDP用户数据报提供不可靠的传输方式，但它具有其自身的一些特点：

（1）UDP是一个无连接协议，传输数据之前信源和信宿不需要建立连接，因此不存在连接建立的时延。

在信源端，UDP传送数据的速度仅仅受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在信宿端，UDP把每个数据报放在队列中，应用程序每次从队列中读一个数据报。

（2）由于传输数据不需要建立连接，也就不需要维护连接状态，包括收发状态等，这样一台服务机可同时向多个客户机传输相同的数据，例如实现多播。

（3）UDP数据报的首部很短，只有8字节，相对于TCP的20字节首部的开销要小很多。

（4）吞吐量不受流量控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、信源和信宿主机性能的限制。

由于UDP具有这些特点，有许多应用更适合使用UDP协议，如：

（1）只需要简单数据交换的应用，例如DNS服务，它不需要复杂的可靠性保证机制，这样，利用UDP来传输数据既可以节省系统开销又提高了网络的传输效率。

（2）不需要关心数据的差错控制和流量控制的应用。

（3）实时性要求较高但可承受一定的数据错误的应用，例如实时语音传输、实时视频通信等。

（4）实现一对多数据发送的应用，例如广播和组播。

2.3C/S模式

在网络连接模式中,除对等网外,还有另一种形式的网络，即客户机/服务器网，Client/Server。

在客户机/服务器网络中，服务器是网络的核心，而客户机是网络的基础，客户机依靠服务器获得所需要的网络资源，而服务器为客户机提供网络必须的资源。

它是软件系统体系结构，通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到Client端和Server端来实现，降低了系统的通讯开销。

目前大多数应用软件系统都是Client/Server形式的两层结构，由于现在的软件应用系统正在向分布式的Web应用发展，Web和Clie