TCP协议网络通信设计方案与实现

1、作者： Pan Hongliang基于 TCP 协议下的简单网络通信与实现摘要本文设计并实现了在 Windows 下基于局域网内的 TCP 协议的简单即时通信系统， 系统 采用 TCP/IP 模式，底层通信通过 SOCKET 套接字接口对端口进行监听， 当有消息发送来时， 做出相应的处理，服务器负责客户端的登录验证。本文首先讨论了套接字创建、绑定、将套 接字设置为监听模式、接受信息和关闭套接字从而实现简单的网络通信，然后阐述了如何使 用C+来模拟基于TCP协议下的客户服务方式的网络通信过程。由于在此设计中主要是使用C程序的形式来模拟 TCP协议的传输方式，从而实现面向对象的可靠传输，在这种情况

2、下无需对 IP 协议进行讨论。关键字：套接字 TCP 协议目录1、引言 .1.1 、课程背景 1.2、相关技术介绍 1.3、TCP 协议1.4、TCP 传输控制协议 1.5、套接字2、系统框架 3、系统设计流程图 4、系统的实现 4.1、服务器端程序 4.2、客户端程序 结论参考文献1、引言1.1、课题背景TCP/IP 起源于美国国防部高级研究规划部署（ DARPA ）的一项研究计划实现若干台 主机的相互通信。现在， TCP/IP 已成为 Internet 上通信的工业标准。因为 OSI 模型的七层参考模型比较复杂，并且在实际运用中难以实现，所以目前应用比 较多的是 TCP/IP 模型，该模型

3、包括 4 个层次：应用层运输层网络层网络接口层对于 TCP/IP 网络层次模式，核心协议是网络层的 IP 协议，和运输层的 TCP 协议，这也 是为何成为 TCP/IP 协议的缘由。1.2、相关技术介绍NET 开发平台及 C .NET 开发语言NET 框架是 Microsoft 公司推出的一种全新的开发平台 ,提供了统一的、面向对象并且可以扩 展的编程类库和完善的集成开发环境,大大简化了应用程序的开发过程,并且具有良好的移植性和安全性。微软为了推行.NET战略，特别为.NET平台设计了一种语言一一 C#。C#是由C和C+派生而 来的一种“简单、流行、面向对象、类型安全”的程序设计语言，其综合了

4、Visual basic 的高效率和C+的强大功能，然而更多的人感觉 C#更类似JAVA。事实上C#融合了大量的JAVA 思想，C#是.NET的关键性语言，它是整个.NET平台的基础。与 C#相比，.NET所支持的其 它语言显然是配角，包括 VC+.NET 在内。但是微软并没有打算放弃 VC+.NET ，相反，微 软对 VC+.NET 有着另一番独特的打算， VC+.NET 的定位与 C#不完全重合，VC+.NET 应用范围仍强于C#，这一点无论对微软公司还是软件业应用现状都非常重要。可见VC+.NET在NET框架中已经退化成了底层的语言了，就像C+之前的标准C语言一样，以后将只有开发底层或桌

5、面程序的程序员使用它。 它虽然仍旧强大， 但是已经不是主流， 而主流就是C#语言。1.3、TCP 协议TCP/IP 网络协议 协议是对等的网络实体之间通信的规则，可以简单地理解为网络上各计算机彼此交流的一种 “语言”。网络通信协议设计的基本原则是层次化，层和协议的集合被称为网络体系结构。 相邻层之间的接口定义了下层向上层提供的基本操作和服务，下层向上层提供的服务分两种 形式：面向连接的服务和无连接的服务。计算机网络中已经形成的网络体系结构主要有两个：OSI 参考模型和 TCP/IP 参考模型。TCP/IP参考模型是因特网（In ternet）的基础。和 OSI的7层协议相比，TCP/IP协议只

6、有4 个层次。通常说的 TCP/IP 是一组协议的总称， TCP/IP 实际上是一个协议族，包括 100 多个 相 互 关联的 协议 ， 其 中 IP（Internet Protocol, 网 际协议）是网 络层 最主 要 的协议 ； TCP（Transmission Control Protocol, 传输控制协议 ）和 UDP（User Datagram Protocol, 用户数据报 协议是传输层中最主要的协议 ），一般认为 IP、TCP、UDP 是最根本的三种协议，是其他协议的基础。1.4、TCP 传输控制协议 面向连接的通信可以使用可靠通信，在这时候，第四层协议发送数据接收方的确认，

7、如果未 收到数据或者数据被损坏，则请求重新传输。 TCP 协议就使用这种可靠通信。使用 TCP 协议的应用层协议包括 HTTP、 FTP、 SMTP 和 Telnet 等。TCP 要求在发送数据之前必须打开连接。 服务器应用程序必须执行一个称作被动打开 （ passive open）的操作，以利用一个已知的端口号创建一个链接，这是，服务器并不是对网络进行呼 叫，而是侦听并等待引入的请求。客户应用程序必须执行一个主动打开（active open），为此，它向服务器应用程序发送一个同步序列号（ SYN ）以标识连接。客户应用程序可以将动态端 口号作为本地端口使用。 服务器必须向客户发送一个确认 （

8、 ACK ）以及服务器的序列号 （SYN）。 随后，客户回复一个 ACK ，这样就建立了链接。现在可以发送和接收消息了。接收消息后，总是返回 ACK 消息。如果在收到 ACK 之前发送 方已经超时，则消息将被放到重发队列中以再次发送。由于它的握手机制， 所以 TCP 协议比较复杂并且费时， 但此协议在处理数据时对数据包的传 送有保障，从而使得在应用程序协议中不需要再包括该功能。1.5、套接字 套接字这个术语并没有定义某个协议：它具有两层含义，但两者都与一个协议相关。第一个含义是套接字编程 API，它最初由伯克利大学为 BSD UNIX而创建。BSD套接字在经过修改 后被用作 Windows 环

9、境的编程接口（并且被命名为 WinSock）。 WinSock API 被包装在命名空间的.NET类中。Windows Sockets是一个独立于协议的编程接口， 用于编写网络应用程序。套接字的第二层含义表示一个用于在进程间进行通信的终端。在TCP/IP 中，每个终端都与一个IP地址和一个端口号绑定。我们必须对流式套接字和数据报套接字这两种类型进行区分。 流失套接字用 TCP/IP 协议来使用面向连接的通信；另一方面，数据报套接字用 UDP/IP 来使 用无连接通信。2、系统框架3、系统设计4、系统的实现4.1、服务器端程序#i nclude #i nclude Void mai n()/加载

10、套接字库WORDwVersio nRequested;WSADATA wsaDdata;Int error;wVersio nRequested=MAKEWORD(1,1);err=WSAStarup(wVersio nRequested,&wsaDATA);if(err!=O) return;lf(LOBYTE(wsadata.wVersio n)!=1|HIBYTE(wsadata.wVersio n)!=1)WSAClea nu p();Return;/创建用于监听的套接字SOCKET sockSrv=socket (AF-INET,SOCK-STREAM,0);SOCKADDR-IN

11、addrSrv;addrSrv.s in-addr.S-u n.S-addr=hoto nl (INADDR-ANY);addrSrv.si n-family=AF-INET;addrSrv.s in-port=hto ns(6000)/绑定套接字Bin d(sockSrv ,(SOCKADDR*)&addrSrv ,sizeof(SOCKADDR);将套接字设为监听模式，准备接收客户请求Liste n( sockSrv,s);SOCKADDR-IN addrClie nt;Int len=sizeof( SOCKADDR );While(1)/等待客户请求到来SOCKET sockCo nn

12、=accept(sockSrv ,( SOCKADDR*)&addrClie nt ,&len);Char sen dBuf(100);Sprintf(sendBuf ,) Welcom %s to ,ine-ntoa(addrClient.sin-addr);/发送数据Sen d(sockCo nn ,se ndbuf ,strle n(sen dBuf)+1,0);Char recvBuf(100);/接受数据Recv(sockCo nn, recvBuf ,100 ,0);/打印接受的数据Printf( %sn,recvBuf);/关闭套接字Closesocket(sockC onn);

13、4.2、客户端程序#i nclude #i nclude Void mai n()/加载套接字库WORD wVersio nRequested;WSADATA wsaDdata;Int error;wVersio nRequested=MAKEWORD(1,1); err=WSAStarup(wVersionRequested,&wsaDA TA);if(err!=0) return;lf(LOBYTE(wsadata.wVersio n)!=1|HIBYTE(wsadata.wVersio n)!=1)WSAClea nu p();Return;/创建套接字SOCKET sockSrv=so

14、cket (AF-INET,SOCK-STREAM,0);SOCKADDR-IN addrSrv;addrSrv.s in-addr.S-u n.S-addr=hoto nl (INADDR-ANY);addrSrv.si n-family=AF-INET;addrSrv.s in-port=hto ns(6000)/向服务器发出连接请求Conn ect (sockClie nt ,(SOCKADDR* )&addrSrv ,sizeof(SOCKADDR);/接受数据Char recvBuf100;Recv(sockClient , recvBuf ,100 ,0);Printf( %sn,

15、recvBuf);/发送数据Send(sockClient , ” This is lisi ”，strlen( This in lisi )+1 ,0);/关闭套接字Closesocket(sockC onn);WSACLea nup();结论在此设计中仅仅适合于数量少的计算机间的通信，其中一个缺陷是，当多台计算机同时进行通信时，会照成网络拥塞，可能导致消息传输中丢失，此设计没有做出解决的方案，但有这样的方案猜想，为了解决拥塞问题，可以使用慢开始、拥塞避免、快从传和快恢复算法， 进而改进此设计，但是这会涉及大量的数学运算。此设计还存另一个缺陷，没有实现可靠传输，TCP协议的可靠传输机制是用字

16、节的序号进行传输控制，而这里仅是监听端口是否有 数据发送，如果有，就接收，没有就继续监听。参考文献1孙鑫，VC+深入详解M北京：电子工业出版社，2012.7: 528-5462谢希仁，计算机网络M北京：电子工业出版社，2008.1： 180-210版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理。版权为潘宏亮个人所有This article in eludes someparts, in cludi ng text, pictures, and desig n. Copyright is Pan Hon glia ngs pers onal own ership.用户可将本文的内

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