计算机网络与通信论文UDP服务器设计.docx
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计算机网络与通信论文UDP服务器设计
目录
UDP服务器设计2
摘要2
Abstract2
一、绪论3
二、UDP服务器的设计目标与要求4
三、UDP服务器的设计思路5
3.1设计相关技术5
3.1.1UDP协议技术5
3.2.2C++编程技术5
3.3.3TCP/IP协议技术5
3.3.4TCP/IP协议与Winsock网络编程接口5
3.3.5WinsockAPI的使用6
3.2设计思路6
3.3服务器的主要工作流程6
四、UDP服务器的实现7
4.1主要功能模块7
4.4.1发送7
4.4.2接收8
4.4.3数据处理部分9
4.2程序处理模块10
4.2.1客户端程序10
4.2.2服务器端程序12
五、程序运行结果13
六、总结16
参考文献17
UDP服务器设计
UDPserverdesign
武汉理工大学信息工程学院信研1206陈维熙1049721203164
摘要
本文介绍了UDP服务器的设计，分别设计了服务器端和客户端。
运用C++技术编程来实现UDP服务器的功能。
关键字：
UDP服务器C++
Abstract
ThispaperdescribesthedesignoftheUDPserver,weredesignedfortheserverandclient.UsingC++programmingUDPserver.
Keywords:
UDP;Server;C++
一、绪论
UDP是TCP/IP协议族为传输层设计的两个协议之一，它在进程与进程的通信过程中，提供了有限的差错校验功能，是一种无连接的，不可靠的协议。
UDP在一个较低的水平上完成进程之间的通信，在收到分组的时候没有流量控制机制也没有确认机制，适用于可靠性比较高的局域网。
由于UDP采取了无连接的方式，因此协议简单，在一些特定的应用中协议运行效率高。
UDP适合一些实时的应用，如IP电话，视频会议，它们要求源主机以恒定的速率发送数据，并且在网络出现拥塞时，可以丢失一些数据，但是延迟不能太大。
基于这些特点，流式多媒体通信、多播等应用在传输层采用的就是UDP协议。
因为UDP具有TCP所望尘莫及的速度优势。
虽然TCP协议中植入了各种安全保障功能，但是在实际执行的过程中会占用大量的系统开销，无疑使速度受到严重的影响。
反观UDP由于排除了信息可靠传递机制，将安全和排序等功能移交给上层应用来完成，极大降低了执行时间，使速度得到了保证。
二、UDP服务器的设计目标与要求
编写程序，设计UDP服务器。
因为考虑到实时性，所以选择UDP为主要的网络通信技术。
（1）程序能流畅地完成信息内容的传输和接收。
（2）要能对多个客服端进行管理。
需要通过UDP模拟多个客服端连接验证的情况。
三、UDP服务器的设计思路
3.1设计相关技术
3.1.1UDP协议技术
UDP是一个无连接协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。
在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。
3.2.2C++编程技术
C++这个词在中国大陆的程序员圈子中通常被读做“C加加”，而西方的程序员通常读做“Cplusplus”，“CPP”。
它是一种使用非常广泛的计算机编程语言。
C++是一种静态数据类型检查的、支持多重编程范式的通用程序设计语言。
它支持过程化程序设计、数据抽象、面向对象程序设计、制作图标等等泛型程序设计等多种程序设计风格。
3.3.3TCP/IP协议技术
在T C P / I P协议族中，有两个互不相同的传输协议：
T C P（传输控制协议）和U D P（用户数据报协议）。
T C P为两台主机提供高可靠性的数据通信。
它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。
由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。
而另一方面， U D P则为应用层提供一种非常简单的服务。
它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端。
任何必需的可靠性必须由应用层来提供。
3.3.4TCP/IP协议与Winsock网络编程接口
Winsock规范不是一种网络协议，而是一套开放的、支持多种协议的Windows写的网络编程接口。
Winsock可以访问很多种网络协议，可以把它当作一种协议的封装。
现在的Winsock已经基本上实现了与协议无关，可以使用Winsock来调用协议的功能
3.3.5WinsockAPI的使用
下面给出了使用Winsock进行编程时涉及的主要函数：
WSAStartup函数、WSACleanup函数、socket函数、closesocket函数、send函数、recv函数、bind函数、listen函数、accept函数、connect函数
3.2设计思路
首先，创建又一个Socket并监听。
然后启动线程接收数据。
用一个链表保存所有连上的客户，并通知连接成功。
这样，客户就有机会处理这一事件并作一些动作。
最后，当客户断开时，向服务器发送一个事件，服务器就可以做一些收尾工作。
其中最关键的部分是收发部分和数据处理部分。
3.3服务器的主要工作流程
客户机一方的工作流程如下：
1.打开通信信道（申请一个套接字），并连接到服务器在主机的保留端口，该端口对应服务器的UDP进程。
2.向服务器发出请求报文，等待接收应答。
3.从服务器方收到最终应答结果，或在不再请求时关闭信道并终止客户机进程。
服务器一方的工作流程如下：
1.打开通信信道（申请一个套接字），通知本地主机在某一保留端口接收客户机请求。
2.等待客户机请求到达指定端口。
3.接收到请求，启动一个新进程处理用户请求，同时释放旧进程以响应新的客户请求，一旦服务完成，关闭新进程与客户的通信链路。
4.继续等待客户机请求。
5.如果不想响应客户机请求，关闭服务器进程。
四、UDP服务器的实现
4.1主要功能模块
4.4.1发送
BOOLCUdpSock:
:
SendBuffer（char*buff,DWORDdwBufsize,structsockaddrFAR*lpTo）
{
m_lock.Lock（）;
WSABUFwsabuf;
WSAOVERLAPPEDover;
DWORDdwrecv;
DWORDdwFlags=0;
DWORDdwRet;
BOOLfPending;
intnRet;
//建立WSABUF和WSAOVERLAPPED两个结构体
fPending=FALSE;
nRet=WSASendTo（m_Socket,
&wsabuf,
1,
&dwRecv,
IpTo,
sizeof（sockaddr）,
&over,
NULL）;
if（nRet!
=0）
{
//检测是否是因为传输未完成而造成的错误
else
{
//否则给出出错信息
}
}
//如果是I/O未完成
if（fPending）
{
//等待完成请求或结束事件
dwRet=WaitForSingleObject（over.hEvent,60000）;
//判断是否是接收方发出的信号
if（dwRet==WAIT_TIMEOUT）
{
CloseHandle（over.hEvent）;
TRACE（"WAIT_TIMEOUT发送失败\n",NULL）;
returnFALSE;
}
if（dwRet!
=WAIT_OBJECT_0）
{
CloseHandle（over.hEvent）;
TRACE（"发送失败\n",NULL）;
returnFALSE;
}
//查看I/O信息
if（!
WSAGetOverlappedResult（m_socket,
&over,
&dwRecv,
FALSE,
&dwFlags））
{
//结束句柄会话，返回失败信息
}
}
//结束句柄会话，返回成功信息
}
4.4.2接收
BOOLCUdpSock:
:
RecvRequest（LPBYTEpBuf,DWORDdwBufSize,structsockaddrFAR*lpFrom）
{
//清空接收缓冲区
memset（pBuf,0,dwBufSize）;
//建立WSABUF和WSAOVERLAPPED两个结构体
wsabuf.buf=（char*）pBuf;
wsabuf.len=dwBufSize;
memset（&over,0,sizeof（WSAOVERLAPPED））;
over.hEvent=m_hEventSock;
dwFlags=0;
fPending=FALSE;
intsizeAddr=sizeof（sockaddr_in）;
nRet=WSARecvFrom（m_Socket,
&wsabuf,
1,
&dwRecv,
&dwFlags,
lpFrom,
&sizeAddr,
&over,
NULL）;
if（nRet!
=0）
{
//判断传输是否正常完成
}
//如果完成
if（fPending）
{
//等待结束请求或退出事件
}
}
4.4.3数据处理部分
BOOLCUdpSock:
:
DelWithResData（structsockaddrFAR*lpFrom）
{
//接收数据的处理
returnTRUE;
}
//数据的处理部分
voidCUdpSock:
:
OnRead（）
{
m_translate=0;
sockaddr_inaddrfro;
memset（&addrfro,0,sizeof（sockaddr_in））;
addrfro.sin._family=AF_INET;
//如果没有接收请求就返回到读信息函数
if（!
RecvRequest（（LPBYTE）m_wsaInBuffer.buf,
sizeof（m_byInBuffer）,（sockaddr*）&addrfro））
{
TRACE（"CClientOverlappedSock:
:
OnRead\n"）;
return;
}
//如果m_translate不为0，则向m_SimpleIOBuffer缓冲区写信息
if（m_translate）
{
m_SimpleIOBuffer.Write（m_wsaInBuffer.buf,m_translate）;
try{
//处理收到的信息
DelWithResData（（sockaddr*）&addrfro）;
}catch（...）{
TRACE（"UdpDelWithResDataerro!
\n"）;
memset（&m_PackHead,0,sizeof（PackHead））;
m_bFillHead=FALSE;
}
m_SimpleIOBuffer.Notify（）;
}
return;
}
4.2程序处理模块
4.2.1客户端程序
#include
#include
#pragmacomment（lib,"WS2_32"）//链接到WS2_32.lib
BOOLInitWinsock（）;
voidmain（）
{
SOCKETsocket1;
InitWinsock（）;
structsockaddr_inserver;
intlen=sizeof（server）;
server.sin_family=AF_INET;
server.sin_port=htons（1000）;///server的监听端口
server.sin_addr.s_addr=inet_addr（"172.16.201.186"）;///server的地址
socket1=socket（AF_INET,SOCK_DGRAM,0）;
while
（1）
{
charbuffer[1024]="\0";
printf（"inputmessage\n"）;
scanf（"%s",buffer）;
if（strcmp（buffer,"bye"）==0）
break;
if（sendto（socket1,buffer,sizeofbuffer,0,（structsockaddr*）&server,len）!
=SOCKET_ERROR）
{
if（recvfrom（socket1,buffer,sizeofbuffer,0,（structsockaddr*）&server,&len）!
=SOCKET_ERROR）
printf（"recefromserver:
%s\n",buffer）;
}
}
closesocket（socket1）;
}
BOOLInitWinsock（）
{
intError;
WORDVersionRequested;
WSADATAWsaData;
VersionRequested=MAKEWORD（2,2）;
Error=WSAStartup（VersionRequested,&WsaData）;//启动WinSock2
if（Error!
=0）
{
returnFALSE;
}
else
{
if（LOBYTE（WsaData.wVersion）!
=2||HIBYTE（WsaData.wHighVersion）!
=2）
{
WSACleanup（）;
returnFALSE;
}
}
returnTRUE;
}
4.2.2服务器端程序
#include
#include
#pragmacomment（lib,"WS2_32"）//链接到WS2_32.lib
BOOLInitWinsock（）;
voidmain（）
{
SOCKETsocket1;
InitWinsock（）;
structsockaddr_inlocal;
structsockaddr_infrom;
intfromlen=sizeof（from）;
local.sin_family=AF_INET;
local.sin_port=htons（1000）;///监听端口
local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;///本机
socket1=socket（AF_INET,SOCK_DGRAM,0）;
bind（socket1,（structsockaddr*）&local,sizeoflocal）;
while
（1）
{
charbuffer[1024]="\0";
printf（"waitingformessagefromothers-------------\n"）;
if（recvfrom（socket1,buffer,sizeofbuffer,0,（structsockaddr*）&from,&fromlen）!
=SOCKET_ERROR）
{
printf（"Receiveddatagramfrom%s--%s\n",inet_ntoa（from.sin_addr）,buffer）;
////给cilent发信息
sendto（socket1,buffer,sizeofbuffer,0,（structsockaddr*）&from,fromlen）;
}
Sleep（500）;
}
closesocket（socket1）;
}
BOOLInitWinsock（）
{
intError;
WORDVersionRequested;
WSADATAWsaData;
VersionRequested=MAKEWORD（2,2）;
Error=WSAStartup（VersionRequested,&WsaData）;//启动WinSock2
if（Error!
=0）
{
returnFALSE;
}
else
{
if（LOBYTE（WsaData.wVersion）!
=2||HIBYTE（WsaData.wHighVersion）!
=2）
{
WSACleanup（）;
returnFALSE;
}
}
returnTRUE;
}
五、程序运行结果
（1）将IP地址为192.168.0.4的本机作为客户端的结果
图5.1本机作为客户端的发送内容
图5.2本机作为客户端时服务器接收情况
（2）将IP地址为192.168.0.4的计算机作为客户端的结果
图5.3局域网内其他主机作为客户端的发送内容
图5.4局域网内其他主机作为客户端时服务器接收情况
六、总结
通过本次计算机与网络的课程设计，我对网络协议有了更深入的认识与了解。
尤其是UDP协议。
UDP协议的全称是用户数据包协议，在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。
在OSI模型中，在第四层——传输层，处于IP协议的上一层。
UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。
UDP用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。
包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。
UDP适合一些实时的应用，如IP电话、视频会议，它们要求源主机以恒定的速率发送数据，并且在网络出现拥塞时，可以丢失一些数据，但是延迟不能太大。
基于这些特点，流式多媒体通信、多播等应用在传输层采用的就是UDP协议。
编写一UDP服务器程序，流畅地完成视频文件地传输，要能对多个客户端进行管理。
需要通过UDP模拟多个客户端连接验证的情况。
本次设计让我对C++有了更深入的了解与应用。
我接触到了全新的编程方法-Winsock，使我学到了新知识。
参考文献
【1】JamesF.Kurose,KeithW.Ross,陈鸣译,计算机网络—自顶向下方法（第四版）,机械工业出版社,2009.1
【2】LarryL.Peterson;BruceS.Davie,薛静锋等译,计算机网络—系统方法（第四版）,机械工业出版社,2009.2
【3】李峰,陈向益,TCP\IP协议分析与应用编程,人民邮电出版社,2008.8
【4】ShivendraS.Panwar,etc,陈涓译,TCP\IP基础教程（基于实验的方法），人民邮电出版社,2006.12
【5】吴功宜等.计算机网络课程设计.机械工业出版社.2005.9
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