利用Socket实现双机通信计算机网络课程设计

1、目录1122324WinSocket25TCP36Visual C+77881 0914101411161216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 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 TC

2、P/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 描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该 So

3、cket 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 ，任何客户

4、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

5、件和运行组件。开发组件是供程序员在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.运H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

6、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的确认(ACK) ；如果发送端实体在合理的往返时

7、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

8、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

9、(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 10

10、245000 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。7 TCP 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

11、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

12、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

13、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。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

14、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

15、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VisualC+ 是一个功能强大的可视

16、化软件开发工具。自公司推出 VisualC+1.0 后，随着其新版本的不断问世，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)1993 年 MicrosoftVisualC+ 已成为专业，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+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“Micros

17、oft 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

18、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+ 中很大的一部分功能。但是， Visual C+ 也不等于 MFC 。3、 Platform SDK 。这才是

19、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. 在服务器端的应用程序中的网络通信的步骤如下：（1）建立服务器端的So

20、cket ，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，以便进行下一步的操作；(4) 发送

21、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Protocol:一般情况下

22、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服务器正在处理上一个请求

23、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caddres

24、s 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

25、服务器/ 客户套接字的描述符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：strType="s"InputType()<0WSAStartup(MAKEWORDWSAStartup(cout<<"svr or c

26、li(s/c):"MAKEWORDcout<<"WSAStartupstructsockaddr_inaddr,accAdderron"七、实验中的问题r;structsockaddr_inaddr;cout<<"WSAStartup erron"strType="s"1、在建立cout<<"tcp(sock=socket(PSocketServer.连接时，两端的端口号必须设为一致，否则无法建立连接。n"cout<<"tcpF(sock=sock

27、et(PINET,SOCKclient.n"2、return0;建立好连接之后，必须按照给定return1;的格式输入通信信息，即m+输入的信息内容，否F_INET,SOCKClientProc();WSACleanup();则，将会出现“ no this command”的提示。WSACleanup();return-1;exit(-1);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。bind(sock,(stru4、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connect(sock,(stsockaddr*)&通。tructsockaddr*)1WSACleanup();八、实验结果及分析WSACleanup();程序运行后，会出现一个doc 窗口，输入“