基于socket的文件傳輸軟件的設計與實現(xiàn)

1、哈爾濱工業(yè)大學課程結業(yè)報告姓名：陳琳學號：09S003158所學專業(yè)：計算機科學與技術課程名稱：網(wǎng)絡程序設計提交日期：2009-12-20目錄1基于TCP/IP及UDP的通信傳輸概述22 .系統(tǒng)體系結構42.1 面向TCP連接系統(tǒng)調(diào)用過程52.2 面向UDP連接系統(tǒng)調(diào)用過程.6.3 .系統(tǒng)要求與功能實現(xiàn)63.1 公共類設計63.1.1 IP地址操作類63.1.2 DNS相關類73.2 TCP文件傳輸83.2.1 服務器端83.2.2 客戶端93.3 UDP文件傳輸103.3.1 服務器端113.3.2 客戶端123.4 線程池123.5 其它134試驗結果135 .思考156 .結論和收獲16

2、基于socket套接字的文件傳輸軟件的設計與實現(xiàn)1.概述TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）的簡寫，中文譯名為傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，又叫網(wǎng)絡通訊協(xié)議，這個協(xié)議是Internet最基本的協(xié)議、Internet國際互聯(lián)網(wǎng)絡的基礎，簡單地說，就是由網(wǎng)絡層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP協(xié)議組成的。TCP/IP協(xié)議使用范圍極廣，是目前異種網(wǎng)絡通信使用的唯一協(xié)議體系，適用于連接多種機型，既可用于局域網(wǎng)，又可用于廣域網(wǎng)，許多廠商的計算機操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡操作系統(tǒng)產(chǎn)品都采用或含有TCP/IP協(xié)議。TCP/IP協(xié)議已成為目前事實上的國際標準和工

3、業(yè)標準?；赥CP/IP協(xié)議組的網(wǎng)絡模型分為應用層、傳輸層、網(wǎng)絡層、鏈路層和物理層這樣五個層次。TCP/IP協(xié)議組位于應用程序和硬件之間，指揮數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡各層中傳遞。其中傳輸層的協(xié)議包括傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）,它們都建立在IP協(xié)議的基礎上，其中TCP®供可靠的面向連接服務，UDPI供簡單的無連接服務。傳輸層提供端到端，即應用程序之間的通信，主要功能是數(shù)據(jù)格式化、數(shù)據(jù)確認和丟失重傳等。TCP協(xié)議是面向連接的協(xié)議，它提供可靠的字節(jié)流服務，在進行數(shù)據(jù)傳輸之前必須先建立連接，經(jīng)三次握手確定后才開始數(shù)據(jù)傳送。UDP進行數(shù)據(jù)報傳輸使用的是不可靠、無連接的協(xié)議。網(wǎng)絡層包括互

4、連網(wǎng)協(xié)議IP,互連網(wǎng)控制報文協(xié)議ICMP和互連網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP其中IP協(xié)議完成大部分的工作，負責數(shù)據(jù)傳輸和路由的選擇等。IP報頭中的地址和網(wǎng)卡相聯(lián)系（具體還涉及地址解析和反向地址解析協(xié)議），TCP、UDP報頭中的端口號側對應著網(wǎng)絡主機上不同的程序。TCP/IP體系結構如圖一所示：目IF國AEF昌mF硬件接口圖一TCP/IP體系結構Socket通常也稱作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一個通信鏈的句柄。應用程序通常通過"套接字”向網(wǎng)絡發(fā)出請求或者應答網(wǎng)絡請求。Socket接口是TCP/IP網(wǎng)絡的API,Socket接口定義了許多函數(shù)或例程，程序員可以用它們

5、來開發(fā)TCP/IP網(wǎng)絡上的應用程序。盡管TCP/IP協(xié)議的名稱中只有TCP這個協(xié)議名，但是在TCP/IP的傳輸層同時存在TC可DUDP兩個協(xié)議。TC比一種面向連接的保證可靠傳輸?shù)膮f(xié)議。通過TCPB議傳輸，得到的是一個順序的無差錯的數(shù)據(jù)流。發(fā)送方和接收方的成對的兩個socket之間必須建立連接，以便在TCPB議的基礎上進行通信，當一個socket（通常都是serversocket）等待建立連接時，另一個socket可以要求進行連接，一旦這兩個socket連接起來，它們就可以進行雙向數(shù)據(jù)傳輸，雙方都可以進行發(fā)送或接收操作。UDP1一種無連接的協(xié)議，每個數(shù)據(jù)報都是一個獨立的信息，包括完整的源地址或目

6、的地址，它在網(wǎng)絡上以任何可能的路徑傳往目的地，因此能否到達目的地，到達目的地的時間以及內(nèi)容的正確性都是不能被保證的。本文在Scoket原理基礎上，基于.NET平臺，利用線程池技術，設計并實現(xiàn)了分別面向TCP和UDP的可靠文件傳輸軟件2.系統(tǒng)體系結構根據(jù)采用的協(xié)議不同，本軟件分為基于TCP文件傳輸和基于UDP的可靠文件傳輸。在TCP/IP網(wǎng)絡中兩個進程間的相互作用的主機模式是C/S。在操作過程中采取的是主動請示方式：首先服務器方要先啟動，并根據(jù)請示提供相應服務：1、打開一通信通道并告知本地主機，它在某一個公認地址上接收客戶請求；2、等待客戶請求到達該端口；3、接收到重復服務請求，處理該請求并發(fā)送

7、應答信號；4、返回第2步，等待另一客戶請求；5、關閉服務器?？蛻舳耍?、打開一通信通道，并連接到服務器所在主機的特定端口；2、向服務器發(fā)送服務請求報文，等待并接收應答；繼續(xù)提出請求3、請求結束后關閉通信通道并終止。2.1面向TCP系統(tǒng)調(diào)用時序圖圖二面向TCP的系統(tǒng)時序圖2.2面向UDP系統(tǒng)調(diào)用時序圖圖三面向UDP的系統(tǒng)時序圖3.功能實現(xiàn)3.1 公共類設計軟件設計時，TCP®UDP勺服務器端為統(tǒng)一界面，客戶端為統(tǒng)一界面。即服務器端既能夠接受TCP連接，也能通過UDP進行接收；客戶端可以通過TCP和UDR!行傳輸。3.1.1 IP地址操作類1、IPAddress類在該類中有一個Parse

8、()方法，可以把點分的十進制IP表示轉化IPAddress類，方法如下：IPAddressaddress=IPAddress.Parse(“9")；IPAddress提供4個只讀字段Any用于代表本地系統(tǒng)可用的任何IP地址Broadcase用于代表本地網(wǎng)絡的IP廣播地址Loopback用于代表系統(tǒng)的回送地址None用于代表系統(tǒng)上沒有網(wǎng)絡接口其中IPAddress.Any最常用可以用來表示本機上所有的IP地址，這對于socket服務進行偵聽時便使用，不用對每個IP進行偵聽了。2、IPEndPoint類通過二種構造方法來創(chuàng)建IPEndPoint類：a、IPEnd

9、Point(longaddress,intport)b、IPEndPoint(IPAddressaddress,intport)它有四個屬性：AddressAddressFamilyPortMaxPortMinPortIPEndPoint是一個IP地址和端口的綁定，可以代表一個服務，用來Socket通訊。3.1.2 DNS相關類DN朋有四個靜態(tài)方法，來獲取主機DNSff關信息：1、GetHostName()通過Dns.GetHostName()可以獲得本地計算機的主機名2、GetHostByName()根據(jù)主機名稱，返回一個IPHostEntry對象：IPHostEntryGetHostByN

10、ame(stringhostName)。其中IPHostEntry把一個DNSi機名與一個別名和IP地址的數(shù)組相關聯(lián)，包含三個屬性：AddressList:一個IPAddress對象的數(shù)組Aliases:一個字符串對象數(shù)組HostName一個用于主機名的字符串對象3、GetHostByAddress()類似于GetHostByName(),只不過這里的參數(shù)是IP地址，而不是主機名，也返回一個IPHostEntry對象。IPHostEntryGetHostByAddress(IPAddressaddress)IPHostEntryGetHostByAddress(stringaddress)4、

11、Resolve()當不知道輸入的遠程主機的地址是哪種格式時(主機名或IP地址)，用以上的二種方法來實現(xiàn)，可能還要通過判斷客戶輸入的格式，才能正確使用，但Dns類提供一更簡單的方法Resolve(),該方法可以接受或者是主機名格式或者是IP地址格式的任何一種地址，并返回IPHostEntry對象。3.2 TCP文件傳輸3.2.1 服務器端1、創(chuàng)建IPEndPoint實例，用于Socket偵聽時綁定：IPEndPointipep=newIPEndPoint(IPAddress.Any,7000);2、創(chuàng)建套接字實例：serverSocket=newSocket(AddressFamily.Inte

12、rNetwork,SocketType.Stream,ProtocolType.Tcp)；這里倉建的時候用ProtocolType.Tcp,表示建立一個面向連接(TCP)的Socket。3、將所創(chuàng)建白套接字與IPEndPoint綁定：serverSocket.Bind(ipep)。4、設置套接字為收聽模式：serverSocket.Listen(10)。5、在套接字上接收接入的連接在此使用.net的線程池類，默認情況下創(chuàng)建25個線程。從線城池中獲取一個線程來處理客戶端請求。ThreadPool.QueueUserWorkItem。6、在套接字上接受客戶端發(fā)送的信息部分代碼：BinaryRead

13、erreader=newBinaryReader(client.GetStream();stringfilename=reader.ReadString();longtotal=reader.ReadInt64();stringsaveAs=GetSaveFile(filename);FileStreamfs=File.Create(saveAs);trybytebuffer=newbyte8192;intlen;while(total>0)(len=reader.Read(buffer,0,8192);if(len=0)thrownewIOException("發(fā)送方中止了連

14、接")；fs.Write(buffer,0,len);3.2.2 客戶端1、創(chuàng)建IPEndPoint實例和套接字；2、將套接字連接到遠程服務器；clientSocket.Connect(ipep)3、發(fā)送信息FileInfofi=newFileInfo(textBox1.Text);writer.Write(fi.Name);writer.Write(fi.Length);FileStreamfs=fi.OpenRead();longtotal=fi.Length;bytebuffer=newbyte8192;intlen;while(len=fs.Read(buffer,0,819

15、2)!=0)(writer.Write(buffer,0,len);客戶端使用openFileDialog類選擇文件，然后向服務器端傳送文件長度和文件名，最后將需要傳送的文件切割成以單位為8k的數(shù)據(jù)塊進行傳送。服務器端使用SaveFileDialog類選擇存儲文件的位置，然后接受客戶端發(fā)送的文件名和文件長度，然后進行小數(shù)據(jù)塊接受，使用循環(huán)，直至客戶端發(fā)送完畢，服務器端在接受客戶端連接請求時開辟了一個內(nèi)存池。面向連接的程序流程圖如下所圖四面向TCP的程序流程圖3.3 UDP文件傳輸TCP是面向連接白1所以用TCP傳輸文件不會丟包。UDP®非面向連接的，所以UD呢不可靠的，用它傳輸文件，

16、要保證不丟包，就需要額外代碼來保障。本文采用的是在接受文件端來檢測，當開始接收文件，收到一個數(shù)據(jù)包后，如果等待超過了一定時間后都沒有收到數(shù)據(jù)包，就給發(fā)送方發(fā)送一個新的請求，要求繼續(xù)發(fā)送文件，直到文件全部接收完成。流程圖如下：圖五UDP傳輸流程3.3.1 服務器端在UDP服務器端設計過程中，部分步驟和實現(xiàn)代碼與TCP相似，在此不再贅述?；镜膶崿F(xiàn)步驟：1、創(chuàng)建一個socket,用函數(shù)socket。；2、綁定IP地址、端口等信息到socket±,用函數(shù)bind();3、循環(huán)接收數(shù)據(jù)，用函數(shù)recvfrom();4、關閉網(wǎng)絡連接；為了實現(xiàn)UDP的可靠傳輸，設計了ReceiveFileMan

17、ager類，如下圖所示：。HiBecei型皿yhCl15：l£FieldsBMethodsVDisposeb，VEjidVrite/GdF】l/amRG危tH電箕+ReceiweIndejcOxiE.eceiveFileComplete7OzRecelveFiieTivneoutVv«Buffer“R-eceiveFi1eMaitager(+1overl1*-。StartSEventsJR-ecfti甘電FileCoiftpieteJRe匚匕ivrfileTiineQut圖六ReceiveFileManager類可靠傳輸?shù)木唧w做法是：1、在ReceiveFileManage

18、r類中加入一個記錄文件分塊接收狀態(tài)的列表Dictionary<int,bool>,int表示文件分塊的序號，bool表示是否已經(jīng)接收，初始化為全部沒有接受(false)。2、在ReceiveFileManager類中加入一個Timer,用來檢測收到一個包后等待的時間是否超過了設置的值，超過就給發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)包，請求繼續(xù)發(fā)送文件,需要發(fā)送的文件塊序號為從Dictionary<int,bool>中查詢出來的沒有接收的文件塊序號。3、如果Dictionary<int,bool>中的所有文件塊已經(jīng)收到（全部為true）文件就接收完成了。3.3.2客戶端在UDP客戶端

19、設計過程中，部分步驟和實現(xiàn)代碼與TCP相似，在此不再贅述?；镜膶崿F(xiàn)步驟：1、創(chuàng)建一個socket,用函數(shù)socket。；2、綁定IP地址、端口等信息到socket上,用函數(shù)bind();3、設置對方的IP地址和端口等屬性；4、發(fā)送數(shù)據(jù)，用函數(shù)sendto();5、關閉網(wǎng)絡連接；為了保證UDP的可靠傳輸，客戶端也需要對服務器端某個端口的發(fā)送來的信息進行監(jiān)控，一旦服務器請求，則進行重傳。IPEndPointremoteIP=newIPEndPoint(IPAddress.Any,0);bytebuffer=null;trybuffer=UdpClient.EndReceive(result,re

20、fremoteIP);catch(SocketExceptionex)throwex;finallyReceiveInternal();OnReceiveData(newReceiveDataEventArgs(buffer,remoteIP);3.4線程池通過System.Threading名稱空間的ThreadPool類來使用線程池，它所有的成員都是靜態(tài)的，而且沒有公開的構造函數(shù)。這個限制的目的是為了把所有的異步編程技術都集中到同一個池中。假如構造了含有兩個線程的線程池，當三個請求到達時，它們立刻安排到隊列等待被處理，因為兩個線程都是空閑的，所以頭兩個請求開始執(zhí)行。當其中任何一個請求處理結束后，空閑的線程就會去提取第三個請求并處理之。在這種場景中，系統(tǒng)不需要為每個請求創(chuàng)建和銷毀線程。線程之間能