利用Socket实现双机通信计算机网络课程设计.docx

1、利用Socket实现双机通信计算机网络课程设计 1、目录12、题目23、设计任务24、WinSocket简介及特点原理25、TCP简介及特点原理36、Visual C+简介77、设计方案88、系统的原理框图和程序流程图109、实验中的问题1410、实验结果及分析1411、课程设计的总结体会1612、参考文献16利用Socket实现双机通信一、设计任务1.利用WinSock来实现双机通信，理解TCP状态机图。2.要求使用WinSock编程，采用其中的TCP面向连接方式，实现文本数据的交换。二、WinSocket简介及特点原理2.1、什么是socket所谓socket通常也称作套接字，用于描绘IP

2、地址和端口，是一个通信链的句柄。应用程序通常通过套接字向网络发出恳求或者应答网络恳求。Socket接口是TCP/IP网络的API，Socket接口定义了许多函数或例程，程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。要学Internet上的TCP/IP网络编程，必须理解Socket接口。 Socket接口设计者最先是将接口放在Unix操作系统里面的。假如理解Unix系统的输入和输出的话，就很容易理解Socket了。网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O，Socket也是一种文件描绘符。Socket也具有一个类似于翻开文件的函数调用Socket()，该函数返回一个整型的Socket描绘

3、符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。常用的Socket类型有两种：流式SocketSOCK_STREAM和数据报式SocketSOCK_DGRAM。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP效劳应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP效劳应用。最重要的是，socket 是面向客户/效劳器模型而设计的，针对客户和效劳器程序提供不同的socket 系统调用。客户随机申请一个socket (相当于一个想打 的人可以在任何一台入网 上拨号呼叫)，系统为之分配一个socket号；效劳器拥有全局公认的 socket ，任何客户都可

4、以向它发出连接恳求和信息恳求(相当于一个被呼叫的 拥有一个呼叫方知道的 号码)。socket利用客户/效劳器形式巧妙地解决了进程之间建立通信连接的问题。效劳器socket 半相关为全局所公认非常重要。不妨考虑一下，两个完全随机的用户进程之间如何建立通信？假设通信双方没有任何一方的socket 固定，就好比打 的双方彼此不知道对方的 号码，要通话是不可能的。2.2、WinSocket的通信原理三、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Transport layer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。在因特网协议族Int

5、ernet protocol suite中，TCP层是位于IP层之上，应用层之下的中间层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接，但是IP层不提供这样的流机制，而是提供不可靠的包交换。应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，然后TCP把数据流分割成适当长度的报文段通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传送单元(MTU)的限制。之后TCP把结果包传给IP层，由它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。TCP为了保证不发生丢包，就给每个字节一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应确实认(ACK)；

6、 假如发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认，那么对应的数据假设丧失了将会被重传。TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和。首先，TCP建立连接之后，通信双方都同时可以进展数据的传输，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。 2.TCP功能提供计算机程序间连接、检测和丢弃重复的分组、完成数据报确实认、流量控制和网络拥塞。3.TCP所提供效劳的主要特点1面向连接的传输；2端到端的通信；3高可靠性，确保传输数据的正确性，不出现

7、丧失或乱序；4全双工方式传输；5采用字节流方式，即以字节为单位传输字节序列；6紧急数据传送功能。 不管怎样,TCP/IP是一个协议集。为应用提供一些低级功能,这些包括IP、TCP、UDP。其它是执行特定任务的应用协议,如计算机间传送文件、发送电子邮件、或找出谁注册到另外一台计算机。因此, 最重要的商业TCP/IP效劳有:文件传送File Transfer远程登录Remote login计算机邮件Mail网络文件系统(NFS)远程打印(Remote printing)远程执行(Remote execution)名字效劳器(Name servers)终端效劳器(Terminal servers)5

8、.TCP的端口号TCP段构造中端口地址都是16比特，可以有在065535范围内的端口号。对于这65536个端口号有以下的使用规定：1端口号小于256的定义为常用端口，效劳器一般都是通过常用端口号来识别的。任何TCP/IP实现所提供的效劳都用11023之间的端口号，是由IANA来管理的；2客户端只需保证该端口号在本机上是惟一的就可以了。客户端口号因存在时间很短暂又称临时端口号；3大多数TCP/IP实现给临时端口号分配10245000之间的端口号。大于5000的端口号是为其他效劳器预留的。 6.TCP协议是如何确保数据传输高可靠性为了保证可靠性，发送的报文都有递增的序列号。序列号和确认号用来确保传

9、输的可靠性。此外，对每个报文都设立一个定时器，设定一个最大时延。对那些超过最大时延仍没有收到确认信息的报文就认为已经丧失，需要重传。 7TCP的效劳流程 TCP协议提供的是可靠的、面向连接的传输控制协议，即在传输数据前要先建立逻辑连接，然后再传输数据，最后释放连接3个过程。TCP提供端到端、全双工通信；采用字节流方式，假如字节流太长，将其分段；提供紧急数据传送功能。尽管TCP和UDP都使用一样的网络层IP，TCP却向应用层提供与UDP完全不同的效劳。TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流效劳。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效劳器在彼此交换数据之前必须先建立一个TCP连接

10、。这一过程与打 很相似，先拨号振铃，等待对方摘机说“喂，然后才说明是谁。在一个TCP连接中，仅有两方进展彼此通信。播送和多播不能用于TCP。TCP通过以下方式来提供可靠性：应用数据被分割成TCP认为最合适发送的数据块。这和UDP完全不同，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segmentTCP如何确定报文段的长度。当TCP发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。假如不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常将推延几分之一秒TCP将保持它首部和数据的检

11、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。假如收到段的检验和有过失，TCP将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段希望发端超时并重发。既然TCP报文段作为IP数据报来传输，而IP数据报的到达可能会失序，因此TCP报文段的到达也可能会失序。假如必要，TCP将对收到的数据进展重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层。既然IP数据报会发生重复，TCP的接收端必须丢弃重复的数据。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。两个应用程序通过TCP连接交换8b

12、it字节构成的字节流。TCP不在字节流中插入记录标识符。我们将这称为字节流效劳bytestreamservice。假如一方的应用程序先传10字节，又传20字节，再传50字节，连接的另一方将无法理解发方每次发送了多少字节。收方可以分4次接收这80个字节，每次接收20字节。一端将字节流放到TCP连接上，同样的字节流将出如今TCP连接的另一端。另外，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。这种对字节流的处理方式与Unix操作系统对文件的处理方式很相似。Unix的内核对

13、一个应用读或写的内容不作任何解释，而是交给应用程序处理。对Unix的内核来说，它无法区分一个二进制文件与一个文本文件。TCP是因特网中的传输层协议，使用三次握手协议建立连接。当主动方发出SYN连接恳求后，等待对方答复SYN，ACK。这种建立连接的方法可以防止产生错误的连接，TCP使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。第一次握手：建立连接时，客户端发送SYN包(SEQ=x)到效劳器，并进入SYN_SEND状态，等待效劳器确认。第二次握手：效劳器收到SYN包，必须确认客户的SYN(ACK=x+1),同时自己也送一个SYN包(SEQ=y),即SYN+ACK包，此时效劳器进入SYN_RECV状态

14、。第三次握手：客户端收到效劳器的SYN+ACK包，向效劳器发送确认包ACK(ACK=y+1),此包发送完毕，客户端和效劳器时入Established状态，完成三次握手。四、Visual C+简介Visual C+是一个功能强大的可视化软件开发工具。自1993年Microsoft公司推出Visual C+1.0后，随着其新版本的不断问世，Visual C+已成为专业程序员进展软件开发的首选工具。虽然微软公司推出了Visual C+.NET(Visual C+7.0)，但它的应用的很大的局限性，只适用于Windows 2000,Windows XP和Windows NT4.0。所以实际中，更多的是

15、以Visual C+6.0为平台。Visual C+它大概可以分成三个主要的局部：1、 Developer Studio，这是一个集成开发环境，我们日常工作的99%都是在它上面完成的，再加上它的标题赫然写着“Microsoft Visual C+，所以很多人理所当然的认为，那就是Visual C+了。其实不然，虽然Developer Studio提供了一个很好的编辑器和很多Wizard，但实际上它没有任何编译和链接程序的功能，真正完成这些工作的幕后英雄后面会介绍。我们也知道，Developer Studio并不是专门用于VC的，它也同样用于VB，VJ，VID等Visual Studio家族的其

16、他同胞兄弟。所以不要把Developer Studio当成Visual C+， 它充其量只是Visual C+的一个壳子而已。2、 MFC。从理论上来讲，MFC也不是专用于Visual C+，Borland C+，C+Builder和Symantec C+同样可以处理MFC。同时，用Visual C+编写代码也并不意味着一定要用MFC，只要愿意，用Visual C+来编写SDK程序，或者使用STL，ATL，一样没有限制。不过，Visual C+本来就是为MFC打造的，Visual C+中的许多特征和语言扩展也是为MFC而设计的，所以用Visual C+而不用MFC就等于抛弃了Visual C+

17、中很大的一局部功能。但是，Visual C+也不等于MFC。3、 Platform SDK。这才是Visual C+和整个Visual Studio的精华和灵魂，虽然我们很少能直接接触到它。大致说来，Platform SDK是以Microsoft C/C+编译器为核心不是Visual C+，看清楚了，配合MASM，辅以其他一些工具和文档资料。上面说到Developer Studio没有编译程序的功能，那么这项工作是由谁来完成的呢？是CL，是NMAKE，和其他许许多多命令行程序，这些我们看不到的程序才是构成Visual Studio的基石。五、设计方案5.1 WinSocket通信的步骤：1.在

18、效劳器端的应用程序中的网络通信的步骤如下：1建立效劳器端的Socket，开场侦听整个网络中的连接恳求。2当检测到来自客户端的连接恳求时，向客户端发送收到连接恳求的信息，并建立与客户端之间的连接，再继续进入监听状态。3在监听的过程中，假如有用户发出了恳求，那么效劳器会产生一个新的连接Socket来处理用户的恳求，而原来的Socket仍然会进展监听操作。4当完成通信后，效劳器关闭与客户端的Socket连接。2.在客户端应用程序中的网络通信的步骤如下：(1)建立一个客户端的Socket。(2)从命令行中得到效劳器的名字，并进展查询以得到效劳器的IP地址；(3)从命令行中得到效劳器所提供的端口号，以便

19、进展下一步的操作；(4)发送连接恳求到效劳器，并等待效劳器的回馈信息。(5)连接成功后，与效劳器进展数据的交互。(6)数据处理完毕后，关闭自身的Socket连接，释放进展连接所分配的资源，客户端的程序运行完毕。5.2 、程序中用到的过程函数介绍如下：1、 Socket 过程Socket 过程创立一个套接字并返回一个整型描绘符：Descriptor = socket ( protofamily type protocol)其中 ：protofamily: AF-INET 表示TCP/IP协议系列type: SOCK_STREAM表示面向连接的流传输SOCK_DGRAM 表示无连接的面向消息传输P

20、rotocol: 一般情况下为02、 Bind过程在套接字被创立之后，效劳器使用Bind过程提供一个传输层地址，效劳器将通过它等待通信。Bind(socket localaddr addrlen)其中：socket 是一个套接字的描绘符localaddr 是将要赋予套接字的本地地址，是sockaddr构造。Addrlen 是本地地址的长度3、 Listen过程效劳器调用Listen过程将套接字设为被动形式以使它能被用来等待客户的通信。Listen(socket queuesize)其中：socket 是一个套接字的描绘符queuesize表示该套接字的恳求队列的长度，恳求队列的存在允许系统在效

21、劳器正在处理上一个恳求时保存到达的其它恳求。4、 Connect过程客户使用Connect过程与指定效劳器建立连接。Connect(socket saddress saddresslen)其中：socket 是客户端计算机上用于该连接的套接字的描绘符saddress 是效劳器地址与协议端口号，是sockaddr构造saddresslen是saddress的长度5、 Accept过程效劳器调用Accept过程来承受客户的一个连接恳求newsock= accept (socket caddress caddresslen)其中：socket 是效劳器已经创立并联编于指定协议端口的套接字的描绘符ca

22、ddress用于存放客户端的地址，是sockaddr构造caddresslen是一个指向整型的指针，用于存放caddress的长度6、 Send过程假如套接字已连接，send过程可用来传输数据。Send(socket data length flags)其中： socket是使用的效劳器/客户套接字的描绘符data是待发送数据在内存中的地址length表示数据的字节数flags包含了恳求特殊选项的位，做系统调试用。7、 Recv 过程一个应用可以条用recv从一个连接的套接字接收数据。Recv(socket buffer length flags)其中：socket是从中接收数据的效劳器/客户

23、套接字的描绘符buffer表示内存中用来存放接收数据的地址length表示缓冲区的大小flags包含了恳求特殊选项的位，做系统调试用。8、 Close过程Close过程告诉系统终止对一个套接字的使用。Close(socket)其中 ：socket是要关闭的套接字的描绘符在Winsock中，用closesocket(socket)来关闭套接字。六、系统的原理框图和程序流程图 程序流程图： 七、实验中的问题1、在建立Socket连接时，两端的端口号必须设为一致，否那么无法建立连接。2、建立好连接之后，必须按照给定的格式输入通信信息，即m+输入的信息内容，否那么，将会出现“no this comma

24、nd的提示。3、假如一个使用某端口的程序没有关闭，另一个程序就不能使用这个端口。4、必须先连接效劳器端，再连接客户端，否那么，不能预期将效劳器端和客户端连通。八、实验结果及分析程序运行后，会出现一个doc窗口，输入“s，并单击回车，输出“tcp server，此时，效劳器连通。效劳器端运行界面如图2所示： 图2 效劳器端界面再重新运行这个程序，在新的doc窗口中，输入“c，并单击回车，输出“tcp client，此时客户端连通。按规定的输入格式m+输入的信息在客户端输入信息，在效劳器端窗口内显示出客户端输入的信息。客户端运行界面如图3所示：图3 客户端运行界面九、课程设计的总结体会课程设计终于

25、完成了。在这段不长的时间里，我感触很深，也学到很多东西。我对winsock双机通信有了更深的理解和认识，其原理和功能也加深了理解。TCP协议我们以前也学过相关知识，经过这次设计，相关的知识得到进一步稳固，运用也变得更加纯熟。我学习和理解了有关visual C+中的相关知识和应用，集成开发环境也更加熟悉。通过这次课程设计，我不仅学习到了新的知识，也对以前学过的相关的知识有了更深化的理解和掌握。不仅加强了我的理论知识的学习，也增强了我的动手才能，对知识的理解不再局限于说明，理解更加透彻，也更稳固。以前的学习都是单一方面的知识，这次通过课程设计，将这三个方面的知识综合起来，显然难度是加大了。开场的时

26、候我也感觉似乎无从下手。但在网上查找了相关资料，并且请教了一些同学后，有了一些头绪，并着手开场设计和理论。经过十几天的努力，任务终于圆满完成。 我这次课程设计中，我得到了不少同学的指点和帮助，他们不厌其烦地给我讲解甚至是很简单的问题，也在我迷茫和困惑的时候，给我一两句话，让我幡然顿悟。我这次任务的完成也有你们的辛苦和功绩，无法在此一一道明，只有一并表示感谢。谢谢你们！十、参考文献1.WINSOCK 网络编程实用教程 李凌 清华大学出版社 20032.WINDOWS网络编程之VB篇 萧秋水 文娟 清华大学出版社 20013.WINDOWS网络编程技术 Anthony Jones 机械工业出版社 2000