利用Socket实现双机通讯.docx
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利用Socket实现双机通讯
河南理工大学
计算机科学与技术学院
课程设计报告
2014—2015学年第二学期
课程名称计算机网络
设计题目利用Socket实现双机通讯
学生姓名*****
学号************
专业班级********
指导教师********
2015年6月30日
利用Socket实现双机通讯
网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换，这个双向链路的一端称为一个Socket。
Socket通常用来实现客户方和服务方的连接。
Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面，一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。
但是，Socket所支持的协议种类也不光TCP/IP一种，因此两者之间是没有必然联系的。
在Java环境下，Socket编程主要是指基于TCP/IP协议的网络编程。
Server端Listen（监听）某个端口是否有连接请求，Client端向Server端发出Connect（连接）请求，Server端向Client端发回Accept（接受）消息。
一个连接就建立起来了。
Server端和Client端都可以通过Send，Write等方法与对方通信。
对于一个功能齐全的Socket，都要包含以下基本结构，其工作过程包含以下四个基本的步骤：
（1）创建Socket；
（2）打开连接到Socket的输入/出流；
（3）按照一定的协议对Socket进行读/写操作；
（4）关闭Socket.（在实际应用中，并未使用到显示的close，虽然很多文章都推荐如此，不过在我的程序中，可能因为程序本身比较简单，要求不高，所以并未造成什么影响。
）
一.设计任务
1.利用JavaSocket来实现双机通信，理解其通信原理。
图1.1
2.在Java环境下，采用指基于TCP/IP协议的JavaSocket编程，实现文本数据的交换。
二．Java语言
Java是一种简单的，面向对象的，分布式的，解释型的，健壮安全的，结构中立的，可移植的，性能优异、多线程的动态语言
（1）Java语言是简单的
Java语言是简单的。
Java语言的语法与C语言和C++语言很接近，使得大多数程序员很容易学习和使用Java。
另一方面，Java丢弃了C++中很少使用的、很难理解的、令人迷惑的那些特性，如操作符重载、多继承、自动的强制类型转换。
特别地，Java语言不使用指针，并提供了自动的废料收集，使得程序员不必为内存管理而担忧
（2）Java语言是一个面向对象的
Java语言是一个面向对象的。
Java语言提供类、接口和继承等原语，为了简单起见，只支持类之间的单继承，但支持接口之间的多继承，并支持类与接口之间的实现机制（关键字为implements）。
Java语言全面支持动态绑定，而C++语言只对虚函数使用动态绑定。
总之，Java语言是一个纯的面向对象程序设计语言。
Java是一种完全面向对象的程序设计语言，它除了数组、布尔和字符三个基本数据类型外的其它类都是对象，它不再支持全局变量。
在Java中，如果不创建新类就无法创建程序，Java程序在运行时必须先创建一个类的实例，然后才能提交运行。
Java同样支持继承特性，Java的类可以从其它类中继承行为，但Java只支持类的单重继承，即每个类只能从一个类中继承。
Java支持界面，界面允许程序员定义方法但又不立即实现，一个类可以实现多个界面，利用界面可以得到多重继承的许多优点而又没有多重继承的问题。
（3）Java语言是分布式的
Java语言是分布式的。
Java语言支持Internet应用的开发，在基本的Java应用编程接口中有一个网络应用编程接口（），它提供了用于网络应用编程的类库，包括URL、URLConnection、Socket、ServerSocket等。
Java的RMI（远程方法激活）机制也是开发分布式应用的重要手段
（4）java语言是多线程的
java语言是多线程的。
在Java语言中，线程是一种特殊的对象，它必须由Thread类或其子（孙）类来创建。
通常有两种方法来创建线程：
其一，使用型构为Thread（Runnable）的构造子将一个实现了Runnable接口的对象包装成一个线程，其二，从Thread类派生出子类并重写run方法，使用该子类创建的对象即为线程。
值得注意的是Thread类已经实现了Runnable接口，因此，任何一个线程均有它的run方法，而run方法中包含了线程所要运行的代码。
线程的活动由一组方法来控制。
Java语言支持多个线程的同时执行，并提供多线程之间的同步机制（关键字为synchronized）。
（5）体系结构中立
Java是一种网络语言，为使Java程序能在网络的任何地方运行，Java解释器生成与体系结构无关的字节码结构的文件格式。
Java为了做到结构中立，除生成机器无关的字节码外，还制定了完全统一的语言文本，如Java的基本数据类型不会随目标机的变化而变化，一个整型总是32位，一个长整型总是64位。
为了使Java的应用程序能不依赖于具体的系统，Java语言环境还提供了用于访问底层操作系统功能的类组成的包，当程序使用这些包时，可以确保它能运行在各种支持Java的平台上。
java.lang:
一般的语言包。
其中包括用于字符串处理、多线程、异常处理和数字函数等的类，该包是实现Java程序运行平台的基本包
java.util:
实用工具包。
其中包括哈希表、堆栈、时间和日期等
java.io:
基于流模型的输入/输出包。
该包用统一的流模型实现了各种格式的输入/输出，包括文件系统、网络和设备的输入/输出等
:
网络包。
该包支持TCP/IP协议，其中提供了socket、URL和WWW的编程接口
java.awt:
抽象窗口工具集。
其中实现了可以跨平台的图形用户界面组件，包括窗口、菜单、滚动条和对话框等
java.applet:
支持applet程序设计的基本包
（6）java语言是安全的
java语言是安全的。
Java通常被用在网络环境中，为此，Java提供了一个安全机制以防恶意代码的攻击。
除了Java语言具有的许多安全特性以外，Java对通过网络下载的类具有一个安全防范机制（类ClassLoader），如分配不同的名字空间以防替代本地的同名类、字节代码检查，并提供安全管理机制（类SecurityManager）让Java应用设置安全哨兵
三．JAVASockets编程概述：
用Java语言编程实现Socket通信，其原理与使用其他语言基本相同，不同之处是：
（1）java是跨平台的编程语言，所以用java编写的Socket通信程序可以工作在所有支持TCP/IP协议和java的软硬件平台上；
（2）因为Java是面向对象的语言，所以在编程中需要使用一些与Socket有关的系统类，其中用于实现流Socket的类主要有：
InetAddress类,Socket类,ServerSocket类
InetAddress类的对象用来保存IP地址，Socket类的对象用来创建Socket通信的客户端，Socket通信的服务器端则有ServerSocket类的对象来实现，用上述几个类就可以很方便的生成用户自己的TCP/IP通信程序。
这几个类都属于J包，大部分用来处理网络操作的系统类都包含在这个包中，所以用JAVA编写程序时，一般要在程序开始部分用import语句加载这个类包，以便引入这种类。
用JAVA语言编写Socket程序的过程就是创建和定义Socket类和ServerSocket类的子类的过程。
四．TCP简介及特点原理
TCP是一种面向连接（连接导向）的、可靠的、基于字节流的运输层（Transportlayer）通信协议。
在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能。
因特网协议中，TCP层是位于网络层之上，应用层之下的中间层。
不同主机的应用层之间需要可靠的、像管道一样的连接。
但是，网络层不提供这样的流机制，而是提供不可靠的包交换。
TCP建立连接之后，通信双方都同时可以进行数据的传输，其次，他是全双工的；在保证可靠性上，采用超时重传和捎带确认机制。
在流量控制上，采用滑动窗口协议，协议中规定，对于窗口内未经确认的分组需要重传。
在拥塞控制上，采用慢启动算法。
与此同时，TCP提供计算机程序间连接、检测和丢弃重复的分组、完成数据报的确认、流量控制和网络拥塞等。
五．TCP的服务流程
TCP和UDP都使用相同的网络层，但是TCP是向应用层提供与UDP完全不同的服务，TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。
面向连接意味着两个使用TCP的应用（通常是一个客户和一个服务器）在彼此进行数据交换之前必须先建立一个TCP连接，这一过程与接打电话很相似。
只有建立了一个TCP连接，双方才可以进行通信。
而广播、多播是不能进行TCP通信的。
TCP通过下列方式来提供可靠性：
应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。
UDP通信中，应用程序产生的数据报长度将保持不变。
由TCP传递给IP的信息单位称为报文段或段（segment）。
当TCP发出一个段后，就启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。
如果无法及时收到一个确认，那么将会重发这个报文段。
当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将会发送一个确认。
这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒。
TCP将保持它的首部和数据的检验和，这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。
如果收到段的检验和有差错，TCP将丢弃这个报文段，不确认收到此报文段。
TCP还能提供流量控制。
TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。
TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。
这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。
TCP对字节流的内容不作任何解释。
TCP不知道传输的数据字节流是二进制数据，还是ASCII字符、EBCDIC字符或者其他类型数据。
对字节流的解释由TCP连接双方的应用层解释。
六．客户—服务器通信的实现
（1）服务器端的开发
1.服务器端实现对主机某个端口不断监听，并不间断地接受客户端的连接请求，当受到连接后打印客户的的信息，并向客户端完成一次服务
2.使用readUTF方法的DataInputStream处理流提供的方法，功能为读取满足UTF格式的字符串。
并使用writeUTF方法为DataOutputStream处理流提供的方法，功能为写出满足UTF格式的字符。
一般在网络中发生消息都在发送端用writeUTF方法写，在接收端使用readUTF方法读取，这样程序的兼容性强，不容易受到乱码。
（2）客户端的开发
1.客户端用于对某个固定IP的服务器进行连接，接着向服务器发送一条消息，最后接受服务器的返回消息并打印。
2.为了与服务器对应，发送消息还要使用DataInputStream的writeUTF方法。
同时应该注意的两边的首发顺序是互逆的，服务器现售后发，客户端先发后收。
七．程序的实现
（1）客户端的实现
客户器端用一个类Client来实现，创建一个Socket类的对象，实现对端口9000的不断监听，直到受到客户端的信息。
客户端代码如下：
importjava.io.InputStream;
importjava.io.InputStreamReader;
importjava.io.OutputStream;
importjava.io.OutputStreamWriter;
import.Socket;
import.UnknownHostException;
importjava.util.Scanner;
publicclassClient{
publicstaticvoidmain（String[]args）throwsUnknownHostException,IOException{
Sockets=newSocket（"localhost",9000）;
OutputStreamos=s.getOutputStream（）;
OutputStreamWriterosw=newOutputStreamWriter（os,"UTF8"）;
BufferedWriterbw=newBufferedWriter（osw）;
InputStreamis=s.getInputStream（）;
InputStreamReaderisr=newInputStreamReader（is,"UTF8"）;
BufferedReaderbr=newBufferedReader（isr）;
Scannerscanner=newScanner（System.in）;
Stringmsg=scanner.nextLine（）;
while（!
"bye".equals（msg））{
bw.write（msg）;
bw.newLine（）;
bw.flush（）;
Stringrmsg=br.readLine（）;
System.out.println（s.getRemoteSocketAddress（）.toString（）+":
"+rmsg）;
msg=scanner.nextLine（）;
}
bw.write（msg）;
bw.newLine（）;
bw.flush（）;
bw.close（）;
br.close（）;
//scanner.close（）;
s.close（）;
}
}
运行结果
（2）服务器端的实现
服务器端主要用Server类来实现对服务器端的连接功能，创建一个ServerSocket对象实现对客户端的连接。
服务器端代码如下：
importjava.io.BufferedReader;
importjava.io.BufferedWriter;
importjava.io.IOException;
importjava.io.InputStream;
importjava.io.InputStreamReader;
importjava.io.OutputStream;
importjava.io.OutputStreamWriter;
import.ServerSocket;
import.Socket;
importjava.util.Scanner;
publicclassServer{
publicstaticvoidmain（String[]args）throwsIOException,
InterruptedException{
//ServerSocketss=newServerSocket（8080）;
ServerSocketss=newServerSocket（9000）;
while（true）{
Sockets=ss.accept（）;
MyThreadt=newMyThread（s）;
t.start（）;
}
}
}
classMyThreadextendsThread{
privateSockets;
publicMyThread（Sockets）{
this.s=s;
}
publicvoidrun（）{
try{
System.out.println（"客户连接请求到来，等待对客户的处理结果"）;
InputStreamis=s.getInputStream（）;
InputStreamReaderisr=newInputStreamReader（is,"UTF8"）;
BufferedReaderbr=newBufferedReader（isr）;
Scannerscanner=newScanner（System.in）;
OutputStreamos=s.getOutputStream（）;
OutputStreamWriterosw=newOutputStreamWriter（os,"UTF8"）;
BufferedWriterbw=newBufferedWriter（osw）;
Stringmsg=br.readLine（）;
while（!
"bye".equals（msg））{
System.out.println（s.getRemoteSocketAddress（）.toString（）+":
"
+msg）;
Stringrmsg=scanner.nextLine（）;
bw.write（rmsg）;
bw.newLine（）;
bw.flush（）;
msg=br.readLine（）;
}
bw.close（）;
br.close（）;
scanner.close（）;
s.close（）;
}catch（IOExceptione）{
e.printStackTrace（）;
}
}
运行结果：
（3）打包发布
应用程序的发布，需要将程序进行打包，可以把程序中涉及的类和图片压缩为一个jar文件，以便利发布程序。
八．实验中的问题
1、建立Socket连接时，两端的端口号必须一致，否则无法建立连接。
2、建立连接时，应首先运行服务器端，再运行客户端，否侧连接失败。
3、建立好连接之后，必须按照给定的格式输入通信信息。
4、若使用的端口被其他程序占用，则其他程序就不能使用这个端口。
九.课程设计的总结体会
通过利用JavaSocket来实现双机通信，实现一个简单的客户——服务器通信功能。
对JavaSocket的功能实现，并对其进行分析、了解，以达到对Socket的原理有一个较清晰的认识。
通过本次的课程设计，让我学到了很多东西，对javasocket的通信有了进一步的了解和加深，也让我学会在开发系统中的一些结构理念和基本步骤。
不足之处，在于有些知识的掌握还不够牢固，不够深入，我以后将加倍努力。
由于时间的仓促，之水平有限，对于本课程设计中的缺点和不足之处，敬请老师给予批评指正！
十.参考文献
【1】张跃平《Java基础教程》清华大学出版社，2012年
【2】谢希仁《计算机网络第六版》电子工业出版社，2013年
【3】吴亚峰《java编程指南》人民邮电出版社，2009年
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