电子信息工程课程设计指导书提纲TCP服务器端模板.doc

2基于LinuxTCP通信服务器端实现2.1设计要求大家好，今天,和教研室老师商议了一下题目,认为你们组这个题目有点难度,而且时间比较短,用LINUX可能会比麻烦，一是它使用vi命令比较复杂，另外编译环境安装也比较麻烦费时，而我们每个老师要带4个组没有太多时间，这周我们又要内审检验考试卷子，所以现在更改一下设计内容，不要求在Linux下做了，能够在windows环境下来做，多线程服务器端，用C+语言或JAVA语言。这么全部做好了，假如有时间再熟悉一下Linux环境，等以后毕业设计时候再实现Linux下服务器。不知道你们想法怎样？也不知道你们以前是否有熟悉Linux？如有什么问题请随时跟我联络。2.1.1设计目标在linux环境下,掌握TCP通信服务器端实现方法。2.1.2基础功效要求和设计目标（1）能够侦听用户端连接请求；（2）建立独立数据通信链路；（3）在通信两端建立对等通信协议；（4）完成数据包收发和存放；2.1.3扩展功效实现视频监控数据采集和控制命令收发。2.2参考示例2.2.1案例说明（1）TCP三次握手机制为实现服务器端TCP通信功效，服务器端需要能够接收多个用户端通信请求，并建立多条TCP通信链路。TCP连接建立叫做三次握手。用户端发送一个带SYN标志TCP报文到服务器。这是三次握手过程中报文1。服务器端回应用户端，这是三次握手中第2个报文，这个报文同时带ACK标志和SYN标志。所以它表示对刚才用户端SYN报文回应；同时又标志SYN给用户端，问询用户端是否准备好进行数据通讯。用户必需再次回应服务段一个ACK报文，这是报文段3，图1。数据传输是在连接建立后，双向数据传送就能够开始。用户和服务器全部能够在两个方向传送数据和确定。图1 TCP协议建立连接三次握手过程（2）套接字（Sockets）概念Windows下网络编程规范Windows Sockets是Windows下得到广泛应用、开放、支持多个协议网络编程接口。Socket又称套接字，是进程之间通信抽象连接点。能够经过一个形象例子来了解这个概念，现实生活中电话是大家联络常见工具，双方只要使用两部电话机就能够交谈。在计算机世界中，两个程序就是使用Socket 进行通信，一个Socket就好比一部电话机，两个程序在网络上经过一个双向链路进行通信，这个双向链路每一端就成为一个Socket。进程之间要通信，首先要建立各自Socket，就像要打电话一定要先有电话机一样，打电话时每部电话机全部能够说和听。和这类似，每个Socket 也全部能够进行读写操作，读写操作时分别要用到Socket中输入流和输出流。建立连接后，用户程序能够向Socket里写入请求，然后服务器会处理这个请求，并把处理结果经过Socket送回。服务器应用程序通常监听一个特定端口以等候一个用户连接请求，当一个连接请求抵达时，用户和服务器建立一个通信连接。在连接过程中，用户被分配一个当地端口号而且和一个Socket连接，用户经过写Socket来通知服务器，经过读Socket来获取信息。类似地，服务器也获取一个当地端口号，它需要一个新端口号来监听原始端口上其它连接请求。服务器也给它当地端口连接一个Socket，读写来自用户请求。依据网络通信特征，套接字可分为两类：流套接字和数据报套接字。 流套接字流套接字提供双向、有序、无反复而且无统计边界数据流服务，它适适用于处理大量数据。网络传输层能够将数据分散和集中到适宜尺寸数据包中。流套接字是面向连接，通信双方进行数据交换之前，必需建立一条路径，这么既确定了它们之间存在路由，又确保了双方全部是活动、可相互响应，但通信双方之间建立一个通信信道需要很多开支。除此以外，大部分面向连接协议为确保发送无误，可能会需要实施额外计算机来验证正确性，所以会深入增加开支。数据报套接字数据报套接字支持双向数据流，但并不确保数据传输可靠性、有序性和无反复性。也就是说，一个从数据报套接字接收信息进程有可能发觉信息反复，或和发出时次序不一样情况。另外，数据报套接字一个关键特点是它保留了统计边界。对于这一特点，数据报套接口采取了和现在很多包交换网络（比如以太网）很类似模型。数据报套接字是无连接，它不确保接收端是否正在侦听，类似于邮政服务：发信人把信装入邮箱即可，至于收件人是否能收到这封信或邮局是否能按时将信件投递到收件人处等，发件人全部不得而知。所以，数据报并不可靠，需有程序员负责管理数据报排序和可靠性。应用程序通常仅在同一类套接口间通信。不过只要底层通信协议许可，不一样类型套接口也照样能够通信。本设计采取面向连接TCP协议，所以使用流套接字。（3）用户机/服务器模型TCP/IP协议应用关键工作模式是用户机/服务器模式（Client/Server，简称C/S模式）。在两个不一样进程通信过程中，一方发出服务请求，一方提供服务，通常称它们为“用户进程”和“服务进程”。显然，两个进程之间通信实际上是基于通信协议进程同时过程，服务进程作为自愿提供者，为众多主机上用户进程提供服务。服务进程要先于用户进程开启，在某一确定网络地址（IP地址+端口号）等候用户进程请求，如有请求抵达，服务进程采取某种方法（并发服务或反复服务），直到用户进程关闭，然后服务进程继续等候下一个请求服务进程。服务器通常采取并发服务方法。所谓并发服务，就是服务进程在有用户请求到来时，激活新进程来专门为此用户请求提供服务，并在用户终止请求后杀死该进程，和此同时，原先进程能够继续在原来端口等候下一个用户连接。Socket编程接口为新请求创建一个专门“数据套接字”，并发服务器依据该套接字创建专门服务进程。并发服务最大优点是能立即对应请求，即使创建新进程会增加系统开销。和此相对应是反复服务，它利用“数据套接字”，在监听进程上直接进行服务。需要说明是，两种类型Socket(SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM)工作步骤是不一样，分别图2和图3所表示。创建流失套接字S关闭套接字S，停止服务接收用户连接，创建数据套接字ns利用ns和用户进程通信，提供服务（是否激活新进程依靠服务器类型而定）关闭ns，若是并打服务，还需要退出该进程将S和当地地址和端口绑定创建流套接字cs监听，等候连接请求利用cs和远程服务器建立连接利用cs和服务器进程通信，完成数据传输关闭套接字cs，结束TCP会话用户机建立连接请求/应答服务器图2流套接字服务工作步骤示意图创建数据报套接字S将S和当地地址和端口绑定对应用户请求，完成数据传输关闭套接字S，停止服务创建流套接字cs利用cs和远程服务器建立连接利用cs和服务器进程通信，完成数据传输关闭套接字cs，结束UDP会话用户机服务器图3数据报套接字服务工作步骤示意图2.2.2网络结构设计（1）网络拓扑结构采取星型连接。（2）使用10/100Mbps网卡。（3）软件实现编程语言采取C语言，利用socket进行通信。（4）开发平台linux。因为linux能够提供强大网络支持，和安全特征，目前主流服务器端全部采取linux平台构筑。2.2.3软件设计设计步骤图:图4 软件步骤图（1）建立一个用于侦听socket，一直在端口进行侦听。（2）当有用户端发出链路请求，侦听链路接收，而且建立数据链路，在独立线程进行数据通信。（3）拆分通信数据包，数据包最大长度为1KB，在每个数据包包头1个字节，用于描述数据包序号，循环计数。也就是说，包头第一个数据依次为0，1，2.255，超出255后，从0开始重新计数。（4）接收数据，写入文件，每个文件最大长度上限为1MB。2.2.5参考程序清单2.2.6测试方法1.使用用户端和服务器端进行联机，确定收发数据正确；2.在服务器端,使用TCPDUMP截获数据进行分析，确保数据正确。2.2.7思索和提升TCP通信是提供多个网络通信基础，掌握TCP通信原理，和了解TCP通信三次握手通信协议，就能为提供多种网络服务提供支持，比如，多种监控视频数据网络传输，提供网络打印服务等等。这些应用能够在此基础上进行拓展。此次设计仅简单实现了TCP通信最基础通信和数据处理，在未来设计中，以下方面能够进行完善。诸如：会话层数据协议，程序排错机制，数据存放备份机制等。