基于TCP协议的网络通信设计与实现.doc

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——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（Internet）的基础。和OSI的7层协议相比，TCP/IP协议只有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，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（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环境的编程接口（并且被命名为WinSock）。WinSock API被包装在System.Net.sockets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
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>
Void main()
{
//加载套接字库
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaDdata;
Int error;

wVersionRequested=MAKEWORD(1,1);
err=WSAStarup(wVersionRequested,&wsaDATA);

if(err!=0) {
return;
}
If(LOBYTE(wsadata.wVersion)!=1||HIBYTE(wsadata.wVersion)!=1)
{
WSACleanup();
Return;
}

//创建用于监听的套接字
SOCKET sockSrv=socket (AF-INET,SOCK-STREAM,0);
SOCKADDR-IN addrSrv;
addrSrv.sin-addr.S-un.S-addr=hotonl(INADDR-ANY);
addrSrv.sin-family=AF-INET;
addrSrv.sin-port=htons(6000)

//绑定套接字
Bind(sockSrv ,(SOCKADDR*)&addrSrv ,sizeof(SOCKADDR));
//将套接字设为监听模式，准备接收客户请求
Listen(sockSrv,s);
SOCKADDR-IN addrClient;
Int len=sizeof( SOCKADDR );

While(1)
{
//等待客户请求到来
SOCKET sockConn=accept(sockSrv ,( SOCKADDR*)&addrClient ,&len);
Char sendBuf(100);
Sprintf(sendBuf ,)”Welcom %s to http://www.sunxin.org” ,ine-ntoa(addrClient.sin-addr));

//发送数据
Send(sockConn ,sendbuf ,strlen(sendBuf)+1,0);
Char recvBuf(100);

//接受数据
Recv(sockConn,recvBuf ,100 ,0);

//打印接受的数据
Printf(“%s\n”,recvBuf);

//关闭套接字
Closesocket(sockConn);
}
}

4.2、客户端程序
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>
Void main()
{
//加载套接字库
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaDdata;
Int error;

wVersionRequested=MAKEWORD(1,1);
err=WSAStarup(wVersionRequested,&wsaDATA);

if(err!=0) {
return;
}
If(LOBYTE(wsadata.wVersion)!=1||HIBYTE(wsadata.wVersion)!=1)
{
WSACleanup();
Return;
}

//创建套接字
SOCKET sockSrv=socket (AF-INET,SOCK-STREAM,0);
SOCKADDR-IN addrSrv;
addrSrv.sin-addr.S-un.S-addr=hotonl(INADDR-ANY);
addrSrv.sin-family=AF-INET;
addrSrv.sin-port=htons(6000)

//向服务器发出连接请求
Connect (sockClient ,(SOCKADDR*)&addrSrv ,sizeof(SOCKADDR));

//接受数据
Char recvBuf[100];
Recv(sockClient , recvBuf ,100 ,0);
Printf(“%s\n”,recvBuf);

//发送数据
Send(sockClient ,” This is lisi ”, strlen(“This in lisi”)+1 ,0);

//关闭套接字
Closesocket(sockConn);
WSACLeanup() ;
}
}

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，2012.7：528-546
[2]谢希仁，计算机网络[M]北京：电子工业出版社，2008.1：180-210