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基于TCP协议的网络通信设计与实现
基于TCP协议下的简单网络通信与实现
摘要
本文设计并实现了在Windows下基于局域网内的TCP协议的简单即时通信系统,系统采用TCP/IP模式,底层通信通过SOCKET套接字接口对端口进行监听,当有消息发送来时,做出相应的处理,服务器负责客户端的登录验证。
本文首先讨论了套接字创建、绑定、将套接字设置为监听模式、接受信息和关闭套接字从而实现简单的网络通信,然后阐述了如何使用C++来模拟基于TCP协议下的客户服务方式的网络通信过程。
由于在此设计中主要是使用C程序的形式来模拟TCP协议的传输方式,从而实现面向对象的可靠传输,在这种情况下无需对IP协议进行讨论.
关键字:
套接字TCP协议
1、引言………………………………………………………………………………….。
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1、课程背景。
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2、相关技术介绍。
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3、TCP协议…………………………………………………………………………
1。
4、TCP——传输控制协议…………………………………………………………。
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5、套接字……………………………………………………………………………
2、系统框架。
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3、系统设计流程图。
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4、系统的实现。
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1、服务器端程序..。
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2、客户端程序。
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结论……………………………………………………………………………………
参考文献………………………………………………………………………………
1、引言
1.1、课题背景
TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划部署(DARPA)的一项研究计划——实现若干台主机的相互通信。
现在,TCP/IP已成为Internet上通信的工业标准。
因为OSI模型的七层参考模型比较复杂,并且在实际运用中难以实现,所以目前应用比较多的是TCP/IP模型,该模型包括4个层次:
应用层
运输层
网络层
网络接口层
对于TCP/IP网络层次模式,核心协议是网络层的IP协议,和运输层的TCP协议,这也是为何成为TCP/IP协议的缘由。
1.2、相关技术介绍
NET开发平台及C#。
NET开发语言
NET框架是Microsoft公司推出的一种全新的开发平台,提供了统一的、面向对象并且可以扩展的编程类库和完善的集成开发环境,大大简化了应用程序的开发过程,并且具有良好的移植性和安全性。
微软为了推行.NET战略,特别为.NET平台设计了一种语言——C#。
C#是由C和C++派生而来的一种“简单、流行、面向对象、类型安全”的程序设计语言,其综合了Visualbasic的高效率和C++的强大功能,然而更多的人感觉C#更类似JAVA.事实上C#融合了大量的JAVA思想,C#是.NET的关键性语言,它是整个.NET平台的基础。
与C#相比,。
NET所支持的其它语言显然是配角,包括VC++。
NET在内。
但是微软并没有打算放弃VC++.NET,相反,微软对VC++。
NET有着另一番独特的打算,VC++.NET的定位与C#不完全重合,VC++.NET应用范围仍强于C#,这一点无论对微软公司还是软件业应用现状都非常重要。
可见VC++。
NET在NET框架中已经退化成了底层的语言了,就像C++之前的标准C语言一样,以后将只有开发底层或桌面程序的程序员使用它。
它虽然仍旧强大,但是已经不是主流,而主流就是C#语言.
1。
3、TCP协议
TCP/IP网络协议
协议是对等的网络实体之间通信的规则,可以简单地理解为网络上各计算机彼此交流的一种“语言”.网络通信协议设计的基本原则是层次化,层和协议的集合被称为网络体系结构。
相邻层之间的接口定义了下层向上层提供的基本操作和服务,下层向上层提供的服务分两种形式:
面向连接的服务和无连接的服务。
计算机网络中已经形成的网络体系结构主要有两个:
OSI参考模型和TCP/IP参考模型。
TCP/IP参考模型是因特网(Internet)的基础。
和OSI的7层协议相比,TCP/IP协议只有4个层次。
通常说的TCP/IP是一组协议的总称,TCP/IP实际上是一个协议族,包括100多个相互关联的协议,其中IP(InternetProtocol,网际协议)是网络层最主要的协议;TCP(TransmissionControlProtocol,传输控制协议)和UDP(UserDatagramProtocol,用户数据报协议是传输层中最主要的协议),一般认为IP、TCP、UDP是最根本的三种协议,是其他协议的基础.
1.4、TCP——传输控制协议
面向连接的通信可以使用可靠通信,在这时候,第四层协议发送数据接收方的确认,如果未收到数据或者数据被损坏,则请求重新传输.TCP协议就使用这种可靠通信.
使用TCP协议的应用层协议包括HTTP、FTP、SMTP和Telnet等。
TCP要求在发送数据之前必须打开连接。
服务器应用程序必须执行一个称作被动打开(passiveopen)的操作,以利用一个已知的端口号创建一个链接,这是,服务器并不是对网络进行呼叫,而是侦听并等待引入的请求.客户应用程序必须执行一个主动打开(activeopen),为此,它向服务器应用程序发送一个同步序列号(SYN)以标识连接。
客户应用程序可以将动态端口号作为本地端口使用。
服务器必须向客户发送一个确认(ACK)以及服务器的序列号(SYN).随后,客户回复一个ACK,这样就建立了链接。
现在可以发送和接收消息了.接收消息后,总是返回ACK消息。
如果在收到ACK之前发送方已经超时,则消息将被放到重发队列中以再次发送。
由于它的握手机制,所以TCP协议比较复杂并且费时,但此协议在处理数据时对数据包的传送有保障,从而使得在应用程序协议中不需要再包括该功能。
1。
5、套接字
套接字这个术语并没有定义某个协议:
它具有两层含义,但两者都与一个协议相关。
第一个含义是套接字编程API,它最初由伯克利大学为BSDUNIX而创建。
BSD套接字在经过修改后被用作Windows环境的编程接口(并且被命名为WinSock)。
WinSockAPI被包装在System.Net。
sockets命名空间的。
NET类中.WindowsSockets是一个独立于协议的编程接口,用于编写网络应用程序。
套接字的第二层含义表示一个用于在进程间进行通信的终端。
在TCP/IP中,每个终端都与一个IP地址和一个端口号绑定。
我们必须对流式套接字和数据报套接字这两种类型进行区分.流失套接字用TCP/IP协议来使用面向连接的通信;另一方面,数据报套接字用UDP/IP来使用无连接通信。
2、系统框架
3、系统设计
4、系统的实现
4.1、服务器端程序
#includeh>
#include〈stdio。
h>
Voidmain()
{
//加载套接字库
WORDwVersionRequested;
WSADATAwsaDdata;
Interror;
wVersionRequested=MAKEWORD(1,1);
err=WSAStarup(wVersionRequested,&wsaDATA);
if(err!
=0){
return;
}
If(LOBYTE(wsadata。
wVersion)!
=1||HIBYTE(wsadata.wVersion)!
=1)
{
WSACleanup();
Return;
}
//创建用于监听的套接字
SOCKETsockSrv=socket(AF-INET,SOCK—STREAM,0);
SOCKADDR—INaddrSrv;
addrSrv。
sin-addr。
S—un.S-addr=hotonl(INADDR-ANY);
addrSrv。
sin-family=AF-INET;
addrSrv。
sin—port=htons(6000)
//绑定套接字
Bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));
//将套接字设为监听模式,准备接收客户请求
Listen(sockSrv,s);
SOCKADDR—INaddrClient;
Intlen=sizeof(SOCKADDR);
While
(1)
{
//等待客户请求到来
SOCKETsockConn=accept(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrClient,&len);
CharsendBuf(100);
Sprintf(sendBuf,)”Welcom%stohttp:
//www.sunxin。
org”,ine—ntoa(addrClient。
sin—addr));
//发送数据
Send(sockConn,sendbuf,strlen(sendBuf)+1,0);
CharrecvBuf(100);
//接受数据
Recv(sockConn,recvBuf,100,0);
//打印接受的数据
Printf(“%s\n”,recvBuf);
//关闭套接字
Closesocket(sockConn);
}
}
4。
2、客户端程序
#include〈Winsock2。
h>
#include〈stdio。
h>
Voidmain()
{
//加载套接字库
WORDwVersionRequested;
WSADATAwsaDdata;
Interror;
wVersionRequested=MAKEWORD(1,1);
err=WSAStarup(wVersionRequested,&wsaDATA);
if(err!
=0){
return;
}
If(LOBYTE(wsadata.wVersion)!
=1||HIBYTE(wsadata。
wVersion)!
=1)
{
WSACleanup();
Return;
}
//创建套接字
SOCKETsockSrv=socket(AF-INET,SOCK—STREAM,0);
SOCKADDR-INaddrSrv;
addrSrv。
sin-addr。
S—un.S—addr=hotonl(INADDR—ANY);
addrSrv。
sin—family=AF—INET;
addrSrv.sin-port=htons(6000)
//向服务器发出连接请求
Connect(sockClient,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));
//接受数据
CharrecvBuf[100];
Recv(sockClient,recvBuf,100,0);
Printf(“%s\n",recvBuf);
//发送数据
Send(sockClient,”Thisislisi”,strlen(“Thisinlisi”)+1,0);
//关闭套接字
Closesocket(sockConn);
WSACLeanup();
}
}
结论
在此设计中仅仅适合于数量少的计算机间的通信,其中一个缺陷是,当多台计算机同时进行通信时,会照成网络拥塞,可能导致消息传输中丢失,此设计没有做出解决的方案,但有这样的方案猜想,为了解决拥塞问题,可以使用慢开始、拥塞避免、快从传和快恢复算法,进而改进此设计,但是这会涉及大量的数学运算。
此设计还存另一个缺陷,没有实现可靠传输,TCP协议的可靠传输机制是用字节的序号进行传输控制,而这里仅是监听端口是否有数据发送,如果有,就接收,没有就继续监听。
参考文献
[1]孙鑫,VC++深入详解[M]北京:
电子工业出版社,2012。
7:
528—546
[2]谢希仁,计算机网络[M]北京:
电子工业出版社,2008.1:
180—210