《计算机网络基础课程设计》UDP.docx

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《计算机网络基础课程设计》UDP

计算机网络基础课程设计报告

题目：

基于UDP的服务器程序

学生姓名：

学号：

专业班级：

同组姓名:

********

设计时间：

2013年下学年第18周

指导老师意见：

评定成绩：

签名：

日期：

年月日

一、课程设计的目的和意义

目的：

设计一个基于UDP的服务器

意义：

UDP是TCP/IP协议族为传输层设计的两个协议之一，它在进程与进程的通信过程中，提供了有限的差错校验功能，是一种无连接的，不可靠的协议。

UDP在一个较低的水平上完成进程之间的通信，在收到分组的时候没有流量控制机制也没有确认机制，适用于可靠性比较高的局域网。

由于UDP采取了无连接的方式，因此协议简单，在一些特定的应用中协议运行效率高。

UDP适合一些实时的应用，如IP电话，视频会议，它们要求源主机以恒定的速率发送数据，并且在网络出现拥塞时，可以丢失一些数据，但是延迟不能太大。

基于这些特点，流式多媒体通信、多播等应用在传输层采用的就是UDP协议。

因为UDP具有TCP所望尘莫及的速度优势。

虽然TCP协议中植入了各种安全保障功能，但是在实际执行的过程中会占用大量的系统开销，无疑使速度受到严重的影响。

反观UDP由于排除了信息可靠传递机制，将安全和排序等功能移交给上层应用来完成，极大降低了执行时间，使速度得到了保证。

二、课程设计的内容和要求

根据后面介绍的UDP协议的工作原理，编写程序实现基于UDP的服务器。

1）以命令行形式运行：

UdpServerserve_port其中，UdpServer为程序名，server_port为服务器使用的端口号。

2）输出内容：

服务器与客户端的交互过程，例如：

UDPServerRecceive:

。

。

。

UDPServerSend:

。

。

。

三、课程设计的相关技术

UDP协议是一种无连接的不可靠的传输层协议。

从应用层的角度来看，UDP协议在网络层的IP协议的基础上，向应用层的程序提供不可靠的数据包传输服务。

UDP协议为上面的应用层提供传输服务。

UDP协议主要用于对传输效率要求很高的应用层协议，例如引导协议（BOOTP）网络时间协议（NTP）简单网络管理协议（SNMP）简单的文件传输协议（TFTP）等。

另外，域名服务器（DNS）同时依赖于TCP与UDP协议。

由于UDP协议采用无连接的工作方式，并且只提供有限的差错控制，因此UDP协议简单并且执行效率很高。

UDP协议没有采用基于窗口的流量控制机制，当数据包过多时在接收端可能会出现溢出，接收端无法判断在传输中出现那种错误，应用层还需要提供一定的差错控制功能。

目前，一些实用要求一恒定速率发送数据，并且在网络出现拥塞时可以丢失一些数据，但是不希望数据传输的时延太大，UDP协议正好可以适应这种需求。

基于UDP协议的网络应用也采用客户机/服务器模式。

在这里，客户机与服务器表示互相通信的两个应用程序的进程，它们分别被称为UDP客户机与UDP服务器。

UDP服务器是指提供某种网络服务的应用进程，它通过熟知端口号来向客户提供服务。

（1）C++编程技术

（2）TCP/IP协议技术

在T C P / I P协议族中，有两个互不相同的传输协议：

 T C P（传输控制协议）和U D P（用户数据报协议）。

T C P为两台主机提供高可靠性的数据通信。

它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。

由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。

而另一方面， U D P则为应用层提供一种非常简单的服务。

它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端。

任何必需的可靠性必须由应用层来提供。

（3）TCP/IP协议与Winsock网络编程接口

Winsock规范不是一种网络协议，而是一套开放的、支持多种协议的Windows写的网络编程接口。

Winsock可以访问很多种网络协议，可以把它当作一种协议的封装。

现在的Winsock已经基本上实现了与协议无关，可以使用Winsock来调用协议的功能

（4）WinsockAPI的使用

下面给出了使用Winsock进行编程时涉及的主要函数：

WSAStartup函数、WSACleanup函数、socket函数、closesocket函数、send函数、recv函数、bind函数、listen函数、accept函数、connect函数

四、课程设计过程

首先编写两个程序分别为客户器与服务器，使得两者建立连接，在客户器中发送命令然后等待服务器提供相应的反映，具体实现如下：

对于UDP服务器端，服务程序首先调用套接口函数socket（），然后调用绑定IP地址和协议端口号函数bind（）。

之后调用函数recvfrom（）接收客户数据，调用sendto（）向客户发送数据。

对于UDP客户端，客户机程序启动后调用套接口函数socket（），然后调用sendto（）向服务器发送数据，调用recvfrom（）接收服务器数据。

双方数据交换成功后，各自调用关闭套接口函数close（）关闭套接口。

UDP套接口通信方式。

具体流程图如下：

客户机一方的工作流程如下：

（1）打开通信信道（申请一个套接字），并连接到服务器在主机的保留端口，该端口对应服务器的UDP进程。

（2）向服务器发出请求报文，等待接收应答。

（3）从服务器方收到最终应答结果，或在不再请求时关闭信道并终止客户机进程。

服务器一方的工作流程如下：

（1）打开通信信道（申请一个套接字），通知本地主机在某一保留端口接收客户机请求。

（2）等待客户机请求到达指定端口。

（3）接收到请求，启动一个新进程处理用户请求，同时释放旧进程以响应新的客户请求，一旦服务完成，关闭新进程与客户的通信链路。

（4）继续等待客户机请求。

（5）如果不想响应客户机请求，关闭服务器进程。

五、程序原代码

#include

#include

#include

#include

#include

#pragmacomment（lib,"ws2_32.lib"）

voidmain（intargc,char*argv[]）

{

//检查输入命令格式

if（argc!

=2）

{

cout<<"pleaseinputcommand:

UdpServerserver_port"<

return;

}

//建立与Socket库绑定

WSADATAWSAData;

if（WSAStartup（MAKEWORD（2,2）,&WSAData）!

=0）

{

cout<<"WSAStartuperror!

"<

return;

}

//创建数据报Socket

SOCKETsock;

sock=socket（AF_INET,SOCK_DGRAM,IPPROTO_UDP）;

if（sock==INVALID_SOCKET）

{

cout<<"Socketcreateerror!

"<

return;

}

//初始化本地Socket

sockaddr_inserveraddr;

serveraddr.sin_family=AF_INET;

serveraddr.sin_port=htons（（unsignedshort）atoi（argv[1]））;

serveraddr.sin_addr.S_un.S_addr=htonl（INADDR_ANY）;

intserveraddrlen=sizeof（serveraddr）;

//端口与IP地址绑定

intnBind;

nBind=bind（sock,（sockaddr*）&serveraddr,sizeof（serveraddr））;

if（nBind==SOCKET_ERROR）

{

cout<

"<

return;

}

//初始化远程Socket

sockaddr_inclientaddr;

intclientaddrlen=sizeof（clientaddr）;

while（true）

{

//设置接收缓冲区

charrecvbuf[20];

memset（recvbuf,'\0',sizeof（recvbuf））;

//通过端口接收数据

intnRecv;

nRecv=recvfrom（sock,recvbuf,sizeof（recvbuf）,0,（sockaddr*）&clientaddr,&clientaddrlen）;

if（nRecv==SOCKET_ERROR）

{

cout<<"Socketreceiveerror!

"<

return;

}

cout<<"UDPServerReceive:

"<

//设置发送缓冲区

charsendbuf[1500];

memset（sendbuf,'\0',sizeof（sendbuf））;

//判断命令类型

if（strcmp（recvbuf,"getfile"）==0）{

fstreaminfile;

infile.open（"input",ios:

:

in|ios:

:

nocreate）;

infile.seekg（0,ios:

:

end）;

intnlength=infile.tellg（）;

infile.seekg（0,ios:

:

beg）;

infile.read（sendbuf,nlength）;

}

//通过端口发送数据

intnSend;

nSend=sendto（sock,sendbuf,strlen（sendbuf）,0,（sockaddr*）&clientaddr,clientaddrlen）;

if（nSend==SOCKET_ERROR）{

cout<<"Socketsenderror!

"<

return;

}

if（strcmp（recvbuf,"gettime"）==0）{

//获得当前系统时间

time_tCurTime;

time（&CurTime）;

strftime（sendbuf,sizeof（sendbuf）,"%Y-%m-%d%H%M:

%S",localtime（&CurTime））;

//通过端口发送数据

intnSend;

nSend=sendto（sock,sendbuf,sizeof（sendbuf）,0,（sockaddr*）&clientaddr,clientaddrlen）;

if（nSend==SOCKET_ERROR）{

cout<<"Socketsenderror"<

return;

}

}

cout<<"udpserversned"<

//通过端口接收数据

nRecv=recvfrom（sock,recvbuf,sizeof（recvbuf）,0,（sockaddr*）&clientaddr,&clientaddrlen）;

if（nRecv==SOCKET_ERROR）{

cout<<"socketreceiveerror!

"<

return;

}

if（strcmp（recvbuf,"commandok"）!

=0）{

return;

}

}

closesocket（sock）;

WSACleanup（）;

}

六、程序运行截图

七、课程设计小结

我们这组的课题是UDP服务器设计，其主要研究内容在于实现文件的传输及接收。

我们首先是了解UDP的定义，即确定UDP究竟是个什么协议，它有些什么性质和特征，它应用于那些方面。

经过了解知道了UDP是TCP/IP协议族为传输层设计的两个协议之一，它在进程与进程的通信过程中，提供了有限的差错校验功能，是一种无连接的、不可靠的协议。

分析后知道了UDP其实就是用来实现网络中文件的传输和接收的协议。

知道它的实质后，接下来我们就开始思考具体的UDP实现的程序，该程序分为客户端和服务器端两部分，客户端主要是执行文件或消息的发送，服务器端则主要是接收这些内容。

整个程序最重要也是最有难度的部分就是如何把发送和接收两部分联系在一起，经过查阅了一些资料，我们终于攻克了这个难题，这样我们就把程序的功能充分的实现出来了。

同时在编写MFC下的服务器和客户端时，要注意安全处理种种联接请求和断开请求。

而且这次的课程设计过程中，我们接触到了全新的编程方法-Winsock，使我们学到了新知识。

具体的，通过这次的课程设计，我们掌握了如下的一些新知识：

（1）Winsock库的加载和卸载等。

（2）UDP套接字的创建、绑定和关闭。

（3）各张套接字选项的设定，如广播类型、重用类型、数据报的TTL值等。

（4）UDP数据报的发送和接收方法。

（5）Winsock中加入组播组的方法。