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，用于描述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请求或者应答网络请求。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。如果了解Unix系统的输入和输出的话，就很容易了解Socket了。网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O，Socket也是一种文件描述符。Socket也具有一个类似于打开文件的函数调用Socket()，该函数返回一个整型的Socket描述

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Socket（SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。最重要的是，socket 是面向客户/服务器模型而设计的，针对客户和服务器程序提供不同的socket 系统调用。客户随机申请一个socket (相当于一个想打电话的人可以在任何一台入网电话上拨号呼叫)，系统为之分配一个socket号；服务器拥有全局公认的 socket ，

4、任何客户都可以向它发出连接请求和信息请求(相当于一个被呼叫的电话拥有一个呼叫方知道的电话号码)。socket利用客户/服务器模式巧妙地解决了进程之间建立通信连接的问题。服务器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？假如通信双方没有任何一方的socket 固定，就好比打电话的双方彼此不知道对方的电话号码，要通话是不可能的。2.2、WinSocket的通信原理WinSock是一个基于Socket模型的 API。WinSock在 Windows98，Window NT中使用。WinSock一般由两部分组成：开发组件和运行组件。开发组件是供程序员

5、在windows环境下开发网络应用程序使用的，它包括应用程序接口库函数、头文件和实现的文档，其中最主要的是WINSOCK.H运行组件是以动态链接库(DlL)来实现socket接口的。文件名为WINSOCK.DLL应用程序在执行时装入它就能实现网络通信功能三、TCP简介及特点原理1.什么是TCPTCP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（Internet 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

6、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的确认(ACK)； 如果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（假设丢失了）将会被重传。TCP用一个

7、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。 2.TCP功能提供计算机程序间连接、检测和丢弃重复的分组、完成数据报的确认、流量控制和网络拥塞。3.TCP所提供服务的主要特点（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，不出现丢失或乱序；（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

8、急数据传送功能。 4.TCP支持的服务器类型不管怎样,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服务有: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)名字服务器(Name servers)终端服务器(Terminal servers)5.TCP的端口号TCP段结构中端口地址都是16比特，可

9、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，服务器一般都是通过常用端口号来识别的。任何TCP/IP实现所提供的服务都用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的端口号是为其他服务器预留的。 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输的可靠性。此外，对每个报文都设立一个定时

10、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丢失，需要重传。 7TCP的服务流程 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，如果字节流太长，将其分段；提供紧急数据传送功能。尽管TCP和UDP都使用相同的网络层（IP），TCP却向应用层提供与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）在彼此交换数据之前必须先建立一个TCP连接。这一过程与打电话很相似，先拨号振

11、铃，等待对方摘机说“喂”，然后才说明是谁。在一个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信。广播和多播不能用于TCP。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。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（segment）TCP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。如果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，通常将推迟几分之一秒TCP将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验

12、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。如果必要，TCP将对收到的数据进行重新排序，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8bit字节构成的字节流。

13、TCP不在字节流中插入记录标识符。我们将这称为字节流服务（bytestreamservice）。如果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了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，同样的字节流将出现在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的内核对一个应用读或写的内

14、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连接请求后，等待对方回答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)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认。第二次握手：服务器收到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，此时服务器进入SYN_RECV状态。第三次握手：客户

15、端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ACK=y+1),此包发送完毕，客户端和服务器时入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行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，更多的是以Visual C

16、+6.0为平台。Visual C+它大概可以分成三个主要的部分：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家族的其他同胞兄弟。所以

17、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+中很大的一部分功

18、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.在服务器端的应

19、用程序中的网络通信的步骤如下：（1）建立服务器端的Socket，开始侦听整个网络中的连接请求。（2）当检测到来自客户端的连接请求时，向客户端发送收到连接请求的信息，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，如果有用户发出了请求，则服务器会产生一个新的连接Socket来处理用户的请求，而原来的Socket仍然会进行监听操作。（4）当完成通信后，服务器关闭与客户端的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)从命令行中得到服务器的名字，并进行查询以得到服务器的IP地址；(3)从命令行中得到服务器所提供的端口号，以

20、便进行下一步的操作；(4)发送连接请求到服务器，并等待服务器的回馈信息。(5)连接成功后，与服务器进行数据的交互。(6)数据处理完毕后，关闭自身的Socket连接，释放进行连接所分配的资源，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 过程创建一个套接字并返回一个整型描述符：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

21、Protocol: 一般情况下为02、 Bind过程在套接字被创建之后，服务器使用Bind过程提供一个传输层地址，服务器将通过它等待通信。Bind(socket localaddr addrlen)其中：socket 是一个套接字的描述符localaddr 是将要赋予套接字的本地地址，是sockaddr结构。Addrlen 是本地地址的长度3、 Listen过程服务器调用Listen过程将套接字设为被动模式以使它能被用来等待客户的通信。Listen(socket queuesize)其中：socket 是一个套接字的描述符queuesize表示该套接字的请求队列的长度，请求队列的存在允许系统在

22、服务器正在处理上一个请求时保存到达的其它请求。4、 Connect过程客户使用Connect过程与指定服务器建立连接。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述符saddress 是服务器地址与协议端口号，是sockaddr结构saddresslen是saddress的长度5、 Accept过程服务器调用Accept过程来接受客户的一个连接请求newsock= accept (socket caddress caddresslen)其中：socket 是服务器已经创建并联编于指定协议端口的套接字的描述符c

23、address用于存放客户端的地址，是sockaddr结构caddresslen是一个指向整型的指针，用于存放caddress的长度6、 Send过程如果套接字已连接，send过程可用来传输数据。Send(socket data length flags)其中： socket是使用的服务器/客户套接字的描述符data是待发送数据在内存中的地址length表示数据的字节数flags包含了请求特殊选项的位，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是从中接收数据的服务器/客

24、户套接字的描述符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包含了请求特殊选项的位，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述符在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，否则无法建立连接。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，否则，将会出现“no this comman

25、d”的提示。3、如果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、必须先连接服务器端，再连接客户端，否则，不能预期将服务器端和客户端连通。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，connected by 127.0.0.1”，此时，服务器连通。服务器端运行界面如图2所示： 图2 服务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，connected to 127.0.0.1”，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，在服务器端窗口内显

26、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了解和认识，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巩固，运用也变得更加熟练。我学习和了解了有关visual C+中的相关知识和应用，对Microsoft Visual C+ 6.0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入的理解和掌握。不仅加强了我的理论知识的学习，也增强了我的动手能力，对知

27、识的理解不再局限于表明，理解更加透彻，也更巩固。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。开始的时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，并着手开始设计和实践。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劳，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