TCP通信程序设计

1、TCP/IP通信程序设计1、实验目的初步掌握C语言TCP/IP通信程序的设计。2、实验环境1、Windows 2000/NT/XP 操作系统。2、TCP/IP 协议。3、编程工具：Microsoft Visual C+ 2005。3、相关知识3.1 TCP/IP协议族表1 TCP/IP协议族应用层(FTP, DNS, HTTP, TELNET, SMTP 等)TCPUDPICMP IGMPIPARP RARP网络接口层TCP具有以下特点：1、面向连接。端到端的TCP连接会关注连接的状态，而网络的中间路由器只 关心IP分组的转发。2、可靠数据传递。TCP使用顺序号、采用直接应答方式，并在必要时通

2、过重 传来保证发自源端的数据能成功地被传递到目的地。3、流量控制。接收方向发送方发送一个接收窗口值，告诉发送方接收方能够 处理多少数据。在收到接收方发来的应答前，TCP发送方最多只能发送等于该窗口值的数据量。4、拥塞控制。用于防止TCP发送方发送的信息量超过网络中链路或路由器的 最大处理能力。流量控制和拥塞控制结合起来，使得TCP主机能迅速而公平地调整其发送速率,以达到与网络及接收方的处理能力相匹配3.2 端口与 Socket在进程通信的意义上，网络通信的最终地址不仅网络层提供的IP地址，还应包 括描述进程的协议端口( protocol port)。若没有端口，传输层就无法知道数据应当 交付给

3、应用层的哪个进程。因此，端口标示了应用层的进程。TCP和UDP分别提供了 216个不同的端口值。端口分为两类：1、周知端口(well-know port ),其值为0-1023 ,由ICANN负责分配(见 RFC 1700)。其中TCP和UDP均规定小于256的端口作为保留端口。2、临时端口，也称本地分配。进程需要访问传输服务时，向本地操作系统提 出动态申请，操作系统返回一个本地唯一的端口号，进程通过合适的系统调用将自 己和相应的端口号联系起来。Socket由4BSD UNIX首先提出，目的是解决网络通信问题。Socket的英文原义 是“插座"，Socket与电话交换机的插座非常类似

4、，进程通信前，双方各创建一个 端点，每一个 Socket有一个本地唯一的 Socket号，由操作系统分配。Socket与IP 地址、IP地址的关系如图1所示。ip地址端口号Socket图1 Socket与IP地址、端口号由于TCP面向连接的特性，如果多台主机或一台主机的多个进程连接同一台服务器，则必须创建多个连接，如图 2所示。18/19端口80806C rj 9n9168I 一6端口8084端口8080端口8080图2与同一台主机建立三个连接TCP/IP标准指定了一个概念层接口，包含了一系列过程和函数。标准建议了每

5、 个过程和函数所需要的参数及其所执行操作的语义，但没有进一步指定数据表示的细节。详细的接口通常由操作系统来定义，只要完成TCP/IP标准中的功能，可以有不同的细节选择。这样，不同的操作系统的应用程序编程接口是各不相同的。例 如，广泛使用的 Berkeley Software Distribution UNIX 的 Socket接口、Windows 的 接口定义 Winsock、System V的接口定义TLI接口等。3.3 Socket的操作方式Socket有两种主要的操作方式：面向连接和面向无连接。面向连接的BSD UNIX Socket的工作流程如图3所示，而面向无连接的 BSD UNIX

6、 Socket的工作流程如图 4所示。到底用哪种模式是由应用程序的需要决定的。如果要求可靠性，用面向连接的 操作就会好一些。对于面向无连接的C/S模式，Socket不需要连接目的地的Socket, 它只是简单地投出数据报。无连接的操作简单高效，但数据的安全性不佳。服务器图3面向连接的C/S时序图服务器图4面向无连接的C/S时序图4、TCP通信程序设计4.1 编程要点由于TCP协议要求服务器和客户端建立连接，所以服务器需要通过Listen方法 监听客户端的请求。当客户端发出连接请求后，服务器在ConnectionRequest事件中调用Accept方法接受请求，从而与客户端建立连接。只有双方建立

7、连接后，才能进行数据的收发。如果在通信过程中任一方断开连 接，则通信过程终止。4.2 客户端程序客户端程序遵循以下步骤：1）建立客户端Socket连接。2）得到Socket读和写的流。3）操作流。4）关闭流。5）关闭 Socket。客户端的源程序代码如下：/ Module Name: Client.c/ Description:/This sample is the echo client. It connects to the TCP server,/sends data, and reads data back from the server./ Compile:/ cl -o Clien

8、t Client.c ws2_32.lib/ Command Line Options:/client -p:x -s:IP-n:x -o/-p:xRemote port to send to/-s:IPServer's IP address or hostname/-n:xNumber of times to send message/-oSend messages only; don't receive#include <winsock2.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#pragma com

9、ment(lib,"ws2_32")#define DEFAULT_COUNT#define DEFAULT_PORT#define DEFAULT_BUFFER#define DEFAULT_MESSAGE broadcasting system"2051502048"This is a test of the emergency char szServer128, szMessage1024;/ Server to connect to / Message to send to severintiPort = DEFAULT_PORT; / Port

10、 on server to connect toDWORD dwCount= DEFAULT_COUNT; Number of times to send messageBOOL bSendOnly = FALSE;/ Send data only; don't receive / Function: usage:/ Description:/ Print usage information and exit/void usage()printf("usage: client -p:x -s:IP-n:x -onn");printf("-p:xRemote

11、 port to send ton");printf("-s:IPServer's IP address or hostnamen");printf("-n:xNumber of times to send messagen");printf("-oSend messages only; don't receiven")ExitProcess；/ Function: ValidateArgs/ Description:/ Parse the command line arguments, and set so

12、me global flags/ to indicate what actions to perform/void ValidateArgs(intargc, char *argv)inti；for(i = 1; i <argc; i+) if (argvi0 = '-') II -岬='/')switch (tolower(argvi1) case 'p':/ Remote portif (strlen(argvi) > 3) iPort = atoi(&argvi3);break;case 's':/ Se

13、rverif (strlen(argvi) > 3) strcpy(szServer, &argvi3);break;case 'n':/ Number of times to send messageif (strlen(argvi) > 3)dwCount = atol(&argvi3);break;case 'o':/ Only send message; don't receivebSendOnly = TRUE;break;default: usage(); break; / Function: main/ Desc

14、ription:/ Main thread of execution. Initialize Winsock, parse the/ command line arguments, create a socket, connect to the/ server, and then send and receive data. /int main(intargc, char *argv) WSADATA wsd;SOCKET charsClient;szBufferDEFAULT_BUFFER;intret,i；structsockaddr_in server; structhostent *h

15、ost = NULL;/ Parse the command line and load Winsock /ValidateArgs(argc, argv);if (WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsd) != 0)printf("Failed to load Winsock library!n"); return 1;strcpy(szMessage, DEFAULT_MESSAGE); / Create the socket, and attempt to connect to the server /sClient = socket(A

16、F_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); if (sClient = INVALID_SOCKET) printf("socket() failed: %dn", WSAGetLastError(); return 1;server.sin_family = AF_INET;server.sin_port = htons(iPort);server.sin_addr.s_addr = inet_addr(szServer);/ If the supplied server address wasn't in the form/ "

17、;aaa.bbb.ccc.ddd" it's a hostname, so try to resolve it/if (server.sin_addr.s_addr = INADDR_NONE) host = gethostbyname(szServer); if (host = NULL) printf("Unable to resolve server: %sn", szServer); return 1;CopyMemory(&server.sin_addr, host->h_addr_list0, host->h_length)

18、;if (connect(sClient, (structsockaddr *)&server, sizeof(server) = SOCKET_ERROR)printf("connect() failed: %dn", WSAGetLastError();return 1;/ Send and receive data/for(i = 0; i <dwCount; i+)ret = send(sClient, szMessage, strlen(szMessage), 0);if (ret = 0)break;else if (ret = SOCKET_ER

19、ROR)printf("send() failed: %dn", WSAGetLastError();break;printf("Send %d bytesn", ret);if (!bSendOnly)ret = recv(sClient, szBuffer, DEFAULT_BUFFER, 0);if (ret = 0)/ Graceful closebreak;else if (ret = SOCKET_ERROR)printf("recv() failed: %dn", WSAGetLastError();break;szBu

20、fferret = '0'printf("RECV %d bytes: '%s'n", ret, szBuffer);closesocket(sClient);WSACleanup();return 0;下面解释与TCP套接字编程相关的内容。1、加载Winsock库WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsd);其中，第一个参数是 Winsock的版本2.2,第二个参数接受返回的库版本信息。2、创建套接字socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);该调用要接收三个参数：af、ty

21、pe、protocol 0参数af指定通信发生的区域， UNIX 系统支持的地址族有： AF_UNIX AF_INET、AF_NS等，而 DOS WINDOWS 中仅支持AF_INET,它是网际网区域。因此，地址族与协议族相同。参数 type描 述要建立的套接字的类型。参数 protocol说明该套接字使用的特定协议，如果调用 者不希望特别指定使用的协议，则置为0,使用默认的连接模式。根据这三个参数建立一个套接字，并将相应的资源分配给它，同时返回一个整型套接字号。因此， socket()系统调用实际上指定了相关五元组中的“协议”这一元。3、建立套接字连接connect。用于建立连接。无连接的套

22、接字进程也可以调用 connect。，但这时在 进程之间没有实际的报文交换，调用将从本地操作系统直接返回。这样做的优点是 程序员不必为每一数据指定目的地址，而且如果收到的一个数据报，其目的端口未 与任何套接字建立“连接”，便能判断该端口不可操作。connect。的调用格式如下：connect(SOCKET s, conststructsockaddr FAR * name, intnamelen);参数s是欲建立连接的本地套接字描述符。参数name指出说明对方套接字地址结构的指针。对方套接字地址长度由namelen说明。如果没有错误发生，connect()返回0。否则返回SOCKET_ERRO

23、R在面向连接 的协议中，该调用导致本地系统和外部系统之间连接实际建立。由于地址族总被包含在套接字地址结构的前两个字节中，并通过socket()调用与某个协议族相关。因此bind()和connect()无须协议作为参数。4、数据传输-send()与recv()当一个连接建立以后，就可以传输数据了。常用的系统调用有send()和recv()。 send()调用用于在参数s指定的已连接的数据报或流套接字上发送输出数据， 格式如下：send(SOCKET s, const char FAR *buf, intlen, int flags);参数s为已连接的本地套接字描述符。buf指向存有发送数据的缓冲

24、区的指针， 其长度由len指定。flags指定传输控制方式，如是否发送带外数据等。如果没有错 误发生，send()返回总共发送的字节数。否则它返回 SOCKET_ERRORrecv()调用用于在参数s指定的已连接的数据报或流套接字上接收输入数据， 格式如下：recv(SOCKET s, char FAR *buf, intlen, int flags);参数s为已连接的套接字描述符。buf指向接收输入数据缓冲区的指针，其长 度由len指定。flags指定传输控制方式，如是否接收带外数据等。如果没有错误发 生，recv()返回总共接收的字节数。如果连接被关闭，返回0。否则它返回SOCKET_ER

25、RO R5、关闭套接字-closesocket()closesocket()关闭套接字s,并释放分配给该套接字的资源；如果s涉及一个打 开的TCP连接，则该连接被释放。closesocket()的调用格式如下： closesocket(SOCKET s);参数s待关闭的套接字描述符。如果没有错误发生，closesocket()返回0。否则 返回值 SOCKET_ERROR4.3服务器端程序服务器端程序遵循以下基本步骤：1)建立一个服务器Socket并开始监听。2)使用accept()取得新的连接。3)建立输入和输出流。4)在已有的协议上产生会话。5)关闭客户端流和Socket。6)关闭服务器S

26、ocketo服务器的处理过程是并发的，它为每个客户请求分配一个线程，而不是来一个 处理一个。所以看起来它在同时处理多个请求。服务器端的源程序代码如下：/ Module Name: Server.c/ Description:/ This example illustrates a simple TCP server that accepts/ incoming client connections. Once a client connection is/ established, a thread is spawned to read data from the/ client and ec

27、ho it back (if the echo option is not/ disabled)./ Compile:/ cl -o Server Server.c ws2_32.lib/ Command line options:/ server -p:x -i:IP-o/-p:x Port number to listen on/-i:str Interface to listen on/-oReceive only, don't echo the data back/#include <winsock2.h>#include <stdio.h>#inclu

28、de <stdlib.h>#pragma comment(lib,"ws2_32")#define DEFAULT_PORT5150#define DEFAULT_BUFFER4096intiPort = DEFAULT_PORT; Port to listen for clients on BOOL bInterface = FALSE, / Listen on the specified interface bRecvOnly = FALSE; / Receive data only; don't echo back char szAddress12

29、8;/ Interface to listen for clients on/ Function: usage/ Description:/ Print usage information and exit/void usage()printf("usage: server -p:x -i:IP-onn");printf("-p:x Port number to listen onn");printf("-i:strInterface to listen onn");printf("-oDon't echo the

30、data backnn");ExitProcess； / Function: ValidateArgs/ Description:/ Parse the command line arguments, and set some global flags / to indicate what actions to perform/void ValidateArgs(intargc, char *argv) int i;for(i = 1; i <argc; i+) if (argvi0 = '-') | (argvi0 = '/') switch

31、(tolower(argvi1) case 'p':iPort = atoi(&argvi3);break;case 'i': bInterface = TRUE; if (strlen(argvi) > 3) strcpy(szAddress, &argvi3);break;case 'o': bRecvOnly = TRUE; break; default: usage(); break; / Function: ClientThread/ Description:/ This function is called as

32、 a thread, and it handles a given/client connection. The parameter passed in is the socket/handle returned from an accept。call. This function reads/ data from the client and writes it back./DWORD WINAPI ClientThread(LPVOID lpParam) SOCKETsock=(SOCKET)lpParam;charszBuffDEFAULT_BUFFER;intret,nLeft, id

33、x;while(1)/ Perform a blocking recv() call/ret = recv(sock, szBuff, DEFAULT_BUFFER, 0);if (ret = 0)/ Graceful closebreak;else if (ret = SOCKET_ERROR) printf("recv() failed: %dn", WSAGetLastError(); break;szBuffret = '0'printf("RECV: '%s''n", szBuff);/ If we se

34、lected to echo the data back, do it/if (!bRecvOnly) nLeft = ret;idx = 0;/ Make sure we write all the data/while(nLeft> 0)ret = send(sock, &szBuffidx, nLeft, 0);if (ret = 0) break;else if (ret = SOCKET_ERROR)printf("send() failed: %dn", WSAGetLastError();break;nLeft -= ret;idx += ret

35、;return 0;/ Function: main/ Description:/ Main thread of execution. Initialize Winsock, parse the/ command line arguments, create the listening socket, bind / to the local address, and wait for client connections./int main(intargc, char *argv)WSADATA wsd;SOCKETsListen,sClient; intiAddrSize;HANDLEhTh

36、read;DWORDdwThreadId;structsockaddr_in local, client;ValidateArgs(argc, argv);if (WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsd) != 0)printf("Failed to load Winsock!n");return 1;/ Create our listening socket/sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP);if (sListen = SOCKET_ERROR)printf("so

37、cket() failed: %dn", WSAGetLastError();return 1;/ Select the local interface and bind to it/if (bInterface)local.sin_addr.s_addr = inet_addr(szAddress);if (local.sin_addr.s_addr = INADDR_NONE) usage();elselocal.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = hton

38、s(iPort);if (bind(sListen, (structsockaddr *)&local, sizeof(local) = SOCKET_ERROR)printf("bind() failed: %dn", WSAGetLastError();return 1;listen(sListen, 8);/ In a continous loop, wait for incoming clients. Once one/ is detected, create a thread and pass the handle off to it./while (1)

39、iAddrSize = sizeof(client);sClient = accept(sListen, (structsockaddr *)&client, &iAddrSize);if (sClient = INVALID_SOCKET)printf("accept() failed: %dn", WSAGetLastError();break;printf(" Accepted client: %s:%dn",inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port);hThread = C

40、reateThread(NULL, 0, ClientThread, (LPVOID)sClient, 0, &dwThreadId);if (hThread = NULL)printf("CreateThread() failed: %dn", GetLastError();break;CloseHandle(hThread);closesocket(sListen);WSACleanup();return 0;与客户端程序相比，服务器端在以下几个方面存在差异。1、指定本地地址bind()当一个套接字用socket()创建后，存在一个名字空间(地址族)，但它没有被

41、命名。 bind()将套接字地址(包括本地主机地址和本地端口地址)与所创建的套接字号联 系起来，即将名字赋予套接字，以指定本地半相关。其调用格式如下：bind(SOCKET s, conststructsockaddr FAR * name, intnamelen);参数s是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符(套接字号)。参数 name是赋给套接字s的本地地址(名字)，其长度可变，结构随通信域的不同而不 同。namelen 表明了 name 的长度。如果没有错误发生，bind()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR地址在建立套接字通信过程中起着重要作用，作为一个网络应用程序设计者对 套接字地址结构必须有明确认识。例如，UNIX BSD有一组描述套接字地址的数据结构，其中使用TCP/IP协议的地址结构为：structsockaddr_inshortsin_family; /*AF_INET*/u_shortsin_port; /*16 位端口号，网络字节顺序 */structin_addrsin_addr