利用Socket實現(xiàn)雙機通信計算機網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計報告

1、-. z.目 錄1、目錄12、題目23、設(shè)計任務(wù)24、WinSocket簡介及特點原理25、TCP簡介及特點原理36、Visual C+簡介77、設(shè)計方案88、系統(tǒng)的原理框圖和程序流程圖109、實驗中的問題1410、實驗結(jié)果及分析1411、課程設(shè)計的總結(jié)體會1612、參考文獻16利用Socket實現(xiàn)雙機通信一、設(shè)計任務(wù)1.利用WinSock來實現(xiàn)雙機通信，理解TCP狀態(tài)機圖。2.要求使用WinSock編程，采用其中的TCP面向連接方式，實現(xiàn)文本數(shù)據(jù)的交換。二、WinSocket簡介及特點原理2.1、什么是socket所謂socket通常也稱作套接字，用于描述IP地址和端口，是一個通信鏈的句柄。

2、應(yīng)用程序通常通過套接字向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請求。Socket接口是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的API，Socket接口定義了許多函數(shù)或例程，程序員可以用它們來開發(fā)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用程序。要學(xué)Internet上的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程，必須理解Socket接口。 Socket接口設(shè)計者最先是將接口放在Uni*操作系統(tǒng)里面的。如果了解Uni*系統(tǒng)的輸入和輸出的話，就很容易了解Socket了。網(wǎng)絡(luò)的Socket數(shù)據(jù)傳輸是一種特殊的I/O，Socket也是一種文件描述符。Socket也具有一個類似于翻開文件的函數(shù)調(diào)用Socket()，該函數(shù)返回一個整型的Socket描述符，隨后的連接建立、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔?/p>

3、作都是通過該Socket實現(xiàn)的。常用的Socket類型有兩種：流式SocketSOCK_STREAM和數(shù)據(jù)報式SocketSOCK_DGRAM。流式是一種面向連接的Socket，針對于面向連接的TCP效勞應(yīng)用；數(shù)據(jù)報式Socket是一種無連接的Socket，對應(yīng)于無連接的UDP效勞應(yīng)用。最重要的是，socket 是面向客戶/效勞器模型而設(shè)計的，針對客戶和效勞器程序提供不同的socket 系統(tǒng)調(diào)用。客戶隨機申請一個socket (相當于一個想打的人可以在任何一臺入網(wǎng)上撥號呼叫)，系統(tǒng)為之分配一個socket號；效勞器擁有全局公認的 socket ，任何客戶都可以向它發(fā)出連接請求和信息請求(相當于

4、一個被呼叫的擁有一個呼叫方知道的)。socket利用客戶/效勞器模式巧妙地解決了進程之間建立通信連接的問題。效勞器socket 半相關(guān)為全局所公認非常重要。不妨考慮一下，兩個完全隨機的用戶進程之間如何建立通信？假設(shè)通信雙方?jīng)]有任何一方的socket 固定，就好比打的雙方彼此不知道對方的，要通話是不可能的。2.2、WinSocket的通信原理WinSock是一個基于Socket模型的 API。WinSock在 Windows98，Window NT中使用。WinSock一般由兩局部組成：開發(fā)組件和運行組件。開發(fā)組件是供程序員在windows環(huán)境下開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序使用的，它包括應(yīng)用程序接口庫函數(shù)、

5、頭文件和實現(xiàn)的文檔，其中最主要的是WINSOCK.H運行組件是以動態(tài)庫(DlL)來實現(xiàn)socket接口的。文件名為WINSOCK.DLL應(yīng)用程序在執(zhí)行時裝入它就能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能三、TCP簡介及特點原理1.什么是TCPTCP是一種面向連接連接導(dǎo)向的、可靠的、基于字節(jié)流的運輸層Transport layer通信協(xié)議。在簡化的計算機網(wǎng)絡(luò)OSI模型中，它完成第四層傳輸層所指定的功能。在因特網(wǎng)協(xié)議族Internet protocol suite中，TCP層是位于IP層之上，應(yīng)用層之下的中間層。不同主機的應(yīng)用層之間經(jīng)常需要可靠的、像管道一樣的連接，但是IP層不提供這樣的流機制，而是提供不可靠的包交換。應(yīng)

6、用層向TCP層發(fā)送用于網(wǎng)間傳輸?shù)?、?位字節(jié)表示的數(shù)據(jù)流，然后TCP把數(shù)據(jù)流分割成適當長度的報文段通常受該計算機連接的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層的最大傳送單元(MTU)的限制。之后TCP把結(jié)果包傳給IP層，由它來通過網(wǎng)絡(luò)將包傳送給接收端實體的TCP層。TCP為了保證不發(fā)生丟包，就給每個字節(jié)一個序號，同時序號也保證了傳送到接收端實體的包的按序接收。然后接收端實體對已成功收到的字節(jié)發(fā)回一個相應(yīng)確實認(ACK)； 如果發(fā)送端實體在合理的往返時延(RTT)未收到確認，則對應(yīng)的數(shù)據(jù)假設(shè)喪失了將會被重傳。TCP用一個校驗和函數(shù)來檢驗數(shù)據(jù)是否有錯誤；在發(fā)送和接收時都要計算校驗和。首先，TCP建立連接之后，通信雙方都同

7、時可以進展數(shù)據(jù)的傳輸，其次，他是全雙工的；在保證可靠性上，采用超時重傳和捎帶確認機制。在流量控制上，采用滑動窗口協(xié)議，協(xié)議中規(guī)定，對于窗口未經(jīng)確認的分組需要重傳。在擁塞控制上，采用慢啟動算法。 2.TCP功能提供計算機程序間連接、檢測和丟棄重復(fù)的分組、完成數(shù)據(jù)報確實認、流量控制和網(wǎng)絡(luò)擁塞。3.TCP所提供效勞的主要特點1面向連接的傳輸；2端到端的通信；3高可靠性，確保傳輸數(shù)據(jù)的正確性，不出現(xiàn)喪失或亂序；4全雙工方式傳輸；5采用字節(jié)流方式，即以字節(jié)為單位傳輸字節(jié)序列；6緊急數(shù)據(jù)傳送功能。 4.TCP支持的效勞器類型不管怎樣,TCP/IP是一個協(xié)議集。為應(yīng)用提供一些低級功能,這些包括IP、TCP、

8、UDP。其它是執(zhí)行特定任務(wù)的應(yīng)用協(xié)議,如計算機間傳送文件、發(fā)送電子、或找出誰注冊到另外一臺計算機。因此, 最重要的商業(yè)TCP/IP效勞有:文件傳送File Transfer遠程登錄Remote login計算機Mail網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)(NFS)遠程打印(Remote printing)遠程執(zhí)行(Remote e*ecution)名字效勞器(Name servers)終端效勞器(Terminal servers)5.TCP的端口號TCP段構(gòu)造中端口地址都是16比特，可以有在065535圍的端口號。對于這65536個端口號有以下的使用規(guī)定：1端口號小于256的定義為常用端口，效勞器一般都是通過常用端口

9、號來識別的。任何TCP/IP實現(xiàn)所提供的效勞都用11023之間的端口號，是由IANA來管理的；2客戶端只需保證該端口號在本機上是惟一的就可以了?？蛻舳丝谔栆虼嬖跁r間很短暫又稱臨時端口號；3大多數(shù)TCP/IP實現(xiàn)給臨時端口號分配10245000之間的端口號。大于5000的端口號是為其他效勞器預(yù)留的。 6.TCP協(xié)議是如何確保數(shù)據(jù)傳輸高可靠性為了保證可靠性，發(fā)送的報文都有遞增的序列號。序列號和確認號用來確保傳輸?shù)目煽啃?。此外，對每個報文都設(shè)立一個定時器，設(shè)定一個最大時延。對那些超過最大時延仍沒有收到確認信息的報文就認為已經(jīng)喪失，需要重傳。 7TCP的效勞流程TCP協(xié)議提供的是可靠的、面向連接的傳輸

10、控制協(xié)議，即在傳輸數(shù)據(jù)前要先建立邏輯連接，然后再傳輸數(shù)據(jù)，最后釋放連接3個過程。TCP提供端到端、全雙工通信；采用字節(jié)流方式，如果字節(jié)流太長，將其分段；提供緊急數(shù)據(jù)傳送功能。盡管TCP和UDP都使用一樣的網(wǎng)絡(luò)層IP，TCP卻向應(yīng)用層提供與UDP完全不同的效勞。TCP提供一種面向連接的、可靠的字節(jié)流效勞。面向連接意味著兩個使用TCP的應(yīng)用通常是一個客戶和一個效勞器在彼此交換數(shù)據(jù)之前必須先建立一個TCP連接。這一過程與打很相似，先撥號振鈴，等待對方摘機說喂，然后才說明是誰。在一個TCP連接中，僅有兩方進展彼此通信。播送和多播不能用于TCP。TCP通過以下方式來提供可靠性：應(yīng)用數(shù)據(jù)被分割成TCP認為

11、最適合發(fā)送的數(shù)據(jù)塊。這和UDP完全不同，應(yīng)用程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)報長度將保持不變。由TCP傳遞給IP的信息單位稱為報文段或段segmentTCP如何確定報文段的長度。當TCP發(fā)出一個段后，它啟動一個定時器，等待目的端確認收到這個報文段。如果不能及時收到一個確認，將重發(fā)這個報文段。當TCP收到發(fā)自TCP連接另一端的數(shù)據(jù)，它將發(fā)送一個確認。這個確認不是立即發(fā)送，通常將推遲幾分之一秒TCP將保持它首部和數(shù)據(jù)的檢驗和。這是一個端到端的檢驗和，目的是檢測數(shù)據(jù)在傳輸過程中的任何變化。如果收到段的檢驗和有過失，TCP將丟棄這個報文段和不確認收到此報文段希望發(fā)端超時并重發(fā)。既然TCP報文段作為IP數(shù)據(jù)報來傳輸，而I

12、P數(shù)據(jù)報的到達可能會失序，因此TCP報文段的到達也可能會失序。如果必要，TCP將對收到的數(shù)據(jù)進展重新排序，將收到的數(shù)據(jù)以正確的順序交給應(yīng)用層。既然IP數(shù)據(jù)報會發(fā)生重復(fù)，TCP的接收端必須丟棄重復(fù)的數(shù)據(jù)。TCP還能提供流量控制。TCP連接的每一方都有固定大小的緩沖空間。TCP的接收端只允許另一端發(fā)送接收端緩沖區(qū)所能接納的數(shù)據(jù)。這將防止較快主機致使較慢主機的緩沖區(qū)溢出。兩個應(yīng)用程序通過TCP連接交換8bit字節(jié)構(gòu)成的字節(jié)流。TCP不在字節(jié)流中插入記錄標識符。我們將這稱為字節(jié)流效勞bytestreamservice。如果一方的應(yīng)用程序先傳10字節(jié)，又傳20字節(jié)，再傳50字節(jié)，連接的另一方將無法了解發(fā)

13、方每次發(fā)送了多少字節(jié)。收方可以分4次接收這80個字節(jié)，每次接收20字節(jié)。一端將字節(jié)流放到TCP連接上，同樣的字節(jié)流將出現(xiàn)在TCP連接的另一端。另外，TCP對字節(jié)流的容不作任何解釋。TCP不知道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字節(jié)流是二進制數(shù)據(jù)，還是ASCII字符、EBCDIC字符或者其他類型數(shù)據(jù)。對字節(jié)流的解釋由TCP連接雙方的應(yīng)用層解釋。這種對字節(jié)流的處理方式與Uni*操作系統(tǒng)對文件的處理方式很相似。Uni*的核對一個應(yīng)用讀或?qū)懙娜莶蛔魅魏谓忉?，而是交給應(yīng)用程序處理。對Uni*的核來說，它無法區(qū)分一個二進制文件與一個文本文件。TCP是因特網(wǎng)中的傳輸層協(xié)議，使用三次握手協(xié)議建立連接。當主動方發(fā)出SYN連接請求后，等

14、待對方答復(fù)SYN，ACK。這種建立連接的方法可以防止產(chǎn)生錯誤的連接，TCP使用的流量控制協(xié)議是可變大小的滑動窗口協(xié)議。第一次握手：建立連接時，客戶端發(fā)送SYN包(SEQ=*)到效勞器，并進入SYN_SEND狀態(tài)，等待效勞器確認。第二次握手：效勞器收到SYN包，必須確認客戶的SYN(ACK=*+1),同時自己也送一個SYN包(SEQ=y),即SYN+ACK包，此時效勞器進入SYN_RECV狀態(tài)。第三次握手：客戶端收到效勞器的SYN+ACK包，向效勞器發(fā)送確認包ACK(ACK=y+1),此包發(fā)送完畢，客戶端和效勞器時入Established狀態(tài)，完成三次握手。四、Visual C+簡介Visual

15、 C+是一個功能強大的可視化軟件開發(fā)工具。自1993年Microsoft公司推出Visual C+1.0后，隨著其新版本的不斷問世，Visual C+已成為專業(yè)程序員進展軟件開發(fā)的首選工具。雖然微軟公司推出了Visual C+.NET(Visual C+7.0)，但它的應(yīng)用的很大的局限性，只適用于Windows 2000,Windows *P和Windows NT4.0。所以實際中，更多的是以Visual C+6.0為平臺。Visual C+它大概可以分成三個主要的局部：1、 Developer Studio，這是一個集成開發(fā)環(huán)境，我們?nèi)粘９ぷ鞯?9%都是在它上面完成的，再加上它的標題赫然寫著

16、Microsoft Visual C+，所以很多人理所當然的認為，那就是Visual C+了。其實不然，雖然Developer Studio提供了一個很好的編輯器和很多Wizard，但實際上它沒有任何編譯和程序的功能，真正完成這些工作的幕后英雄后面會介紹。我們也知道，Developer Studio并不是專門用于VC的，它也同樣用于VB，VJ，VID等Visual Studio家族的其他同胞兄弟。所以不要把Developer Studio當成Visual C+， 它充其量只是Visual C+的一個殼子而已。2、 MFC。從理論上來講，MFC也不是專用于Visual C+，Borland C+

17、，C+Builder和Symantec C+同樣可以處理MFC。同時，用Visual C+編寫代碼也并不意味著一定要用MFC，只要愿意，用Visual C+來編寫SDK程序，或者使用STL，ATL，一樣沒有限制。不過，Visual C+本來就是為MFC打造的，Visual C+中的許多特征和語言擴展也是為MFC而設(shè)計的，所以用Visual C+而不用MFC就等于拋棄了Visual C+中很大的一局部功能。但是，Visual C+也不等于MFC。3、 Platform SDK。這才是Visual C+和整個Visual Studio的精華和靈魂，雖然我們很少能直接接觸到它。大致說來，Platfo

18、rm SDK是以Microsoft C/C+編譯器為核心不是Visual C+，看清楚了，配合MASM，輔以其他一些工具和文檔資料。上面說到Developer Studio沒有編譯程序的功能，則這項工作是由誰來完成的呢？是CL，是NMAKE，和其他許許多多命令行程序，這些我們看不到的程序才是構(gòu)成Visual Studio的基石。五、設(shè)計方案5.1 WinSocket通信的步驟：1.在效勞器端的應(yīng)用程序中的網(wǎng)絡(luò)通信的步驟如下：1建立效勞器端的Socket，開場偵聽整個網(wǎng)絡(luò)中的連接請求。2當檢測到來自客戶端的連接請求時，向客戶端發(fā)送收到連接請求的信息，并建立與客戶端之間的連接，再繼續(xù)進入監(jiān)聽狀態(tài)。

19、3在監(jiān)聽的過程中，如果有用戶發(fā)出了請求，則效勞器會產(chǎn)生一個新的連接Socket來處理用戶的請求，而原來的Socket仍然會進展監(jiān)聽操作。4當完成通信后，效勞器關(guān)閉與客戶端的Socket連接。2.在客戶端應(yīng)用程序中的網(wǎng)絡(luò)通信的步驟如下：(1)建立一個客戶端的Socket。(2)從命令行中得到效勞器的名字，并進展查詢以得到效勞器的IP地址；(3)從命令行中得到效勞器所提供的端口號，以便進展下一步的操作；(4)發(fā)送連接請求到效勞器，并等待效勞器的回饋信息。(5)連接成功后，與效勞器進展數(shù)據(jù)的交互。(6)數(shù)據(jù)處理完畢后，關(guān)閉自身的Socket連接，釋放進展連接所分配的資源，客戶端的程序運行完畢。5.2

20、 、程序中用到的過程函數(shù)介紹如下：1、 Socket 過程Socket 過程創(chuàng)立一個套接字并返回一個整型描述符：Descriptor = socket ( protofamily type protocol)其中 ：protofamily: AF-INET 表示TCP/IP協(xié)議系列type: SOCK_STREAM表示面向連接的流傳輸SOCK_DGRAM 表示無連接的面向消息傳輸Protocol: 一般情況下為02、 Bind過程在套接字被創(chuàng)立之后，效勞器使用Bind過程提供一個傳輸層地址，效勞器將通過它等待通信。Bind(socket localaddr addrlen)其中：socket

21、是一個套接字的描述符localaddr 是將要賦予套接字的本地地址，是sockaddr構(gòu)造。Addrlen 是本地地址的長度3、 Listen過程效勞器調(diào)用Listen過程將套接字設(shè)為被動模式以使它能被用來等待客戶的通信。Listen(socketqueuesize)其中：socket 是一個套接字的描述符queuesize表示該套接字的請求隊列的長度，請求隊列的存在允許系統(tǒng)在效勞器正在處理上一個請求時保存到達的其它請求。4、 Connect過程客戶使用Connect過程與指定效勞器建立連接。Connect(socket saddress saddresslen)其中：socket 是客戶端計

22、算機上用于該連接的套接字的描述符saddress 是效勞器地址與協(xié)議端口號，是sockaddr構(gòu)造saddresslen是saddress的長度5、 Accept過程效勞器調(diào)用Accept過程來承受客戶的一個連接請求newsock= accept (socketcaddresscaddresslen)其中：socket 是效勞器已經(jīng)創(chuàng)立并聯(lián)編于指定協(xié)議端口的套接字的描述符caddress用于存放客戶端的地址，是sockaddr構(gòu)造caddresslen是一個指向整型的指針，用于存放caddress的長度6、 Send過程如果套接字已連接，send過程可用來傳輸數(shù)據(jù)。Send(socketdat

23、alengthflags)其中： socket是使用的效勞器/客戶套接字的描述符data是待發(fā)送數(shù)據(jù)在存中的地址length表示數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)flags包含了請求特殊選項的位，做系統(tǒng)調(diào)試用。7、 Recv 過程一個應(yīng)用可以條用recv從一個連接的套接字接收數(shù)據(jù)。Recv(socketbufferlengthflags)其中：socket是從中接收數(shù)據(jù)的效勞器/客戶套接字的描述符buffer表示存中用來存放接收數(shù)據(jù)的地址length表示緩沖區(qū)的大小flags包含了請求特殊選項的位，做系統(tǒng)調(diào)試用。8、 Close過程Close過程告訴系統(tǒng)終止對一個套接字的使用。Close(socket)其中 ：so

24、cket是要關(guān)閉的套接字的描述符在Winsock中，用closesocket(socket)來關(guān)閉套接字。六、系統(tǒng)的原理框圖和程序流程圖e*it(-1);ClientProc();return0;1InputType()0程序流程圖：e*it(-1);ClientProc();return0;1InputType()0strType=sstrType=scoutWSAStartup erron;couttcp Server.n;WSAStartup(MAKEWORD(2,0),&wsadata)!=0coutWSAStartup erron;couttcp Server.n;WSAStartu

25、p(MAKEWORD(2,0),&wsadata)!=0coutWSAStartup erron;couttcp client.n;WSAStartup(MAKEWORD(2,0),&wsadata)!=0coutWSAStartup erron;couttcp client.n;WSAStartup(MAKEWORD(2,0),&wsadata)!=0return1;return-1;return0;strType=scoutsvr or cli(s/c):;return1;return-1;return0;strType=scoutsvr or cli(s/c):;WSACleanup()

26、;MultiIF WSACleanup();bind(sock,(structsockaddr*)&addr,sizeof(addr)=SOCKET_ERROR(sock=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP)=INVALID_SOCKETstructsockaddr_inaddr,accAddr;WSACleanup();MultiIF WSACleanup();bind(sock,(structsockaddr*)&addr,sizeof(addr)=SOCKET_ERROR(sock=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,IPPRO

27、TO_TCP)=INVALID_SOCKETstructsockaddr_inaddr,accAddr;WSACleanup();WHILEchar*connectedAddr=inet_ntoa(*(in_addr*)&(addr.sin_addr);WSACleanup();connect(sock,(structsockaddr*)&addr,sizeof(structsockaddr)=SOCKET_ERROR(sock=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP)=INVALID_SOCKETstructsockaddr_inaddr;WSAClea

28、nup();WHILEchar*connectedAddr=inet_ntoa(*(in_addr*)&(addr.sin_addr);WSACleanup();connect(sock,(structsockaddr*)&addr,sizeof(structsockaddr)=SOCKET_ERROR(sock=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP)=INVALID_SOCKETstructsockaddr_inaddr;七、實驗中的問題1、在建立Socket連接時，兩端的端口號必須設(shè)為一致，否則無法建立連接。2、建立好連接之后，必須按照給定的格式輸入通信信息，即m+輸入的信息容，否則，將會出現(xiàn)no this ma