上海大学计算机网络实验报告2.doc

/. 《网络与通信》课程实验报告 实验2：Socket通信编程 姓名 沈文潇 院系 计算机学院 学号 13121602 任课教师 张瑞 指导教师 张瑞 实验地点 计706 实验时间 周四03~04 实验课表现 出勤、表现得分(10) 实验报告 得分(40) 实验总分 操作结果得分(50) 实验目的： 1. 掌握Socket编程过程； 2. 编写简单的网络应用程序。 实验内容： 利用你选择的任何一个编程语言，分别基于TCP 和UDP 编写一个简单的Client/Server 网络应用程序。具体程序要求参见《实验指导书》。 要求以附件形式给出： l 系统概述：运行环境、编译、使用方法、实现环境、程序文件列表等； l 主要数据结构； l 主要算法描述； l 用户使用手册； l 程序源代码； 实验要求：（学生对预习要求的回答）（10分） 得分： l Socket编程客户端的主要步骤 TCP编程的客户端一般步骤是： 1、创建一个socket； 2、设置socket属性； 3、绑定IP地址、端口等信息到socket上； 4、设置要连接的对方的IP地址和端口等属性； 5、连接服务器； 6、收发数据； 7、关闭网络连接。 UDP编程的客户端一般步骤是： 1、创建一个socket； 2、设置socket属性； 3、绑定IP地址、端口等信息到socket上； 4、设置对方的IP地址和端口等属性； 5、发送数据； 6、关闭网络连接。 l Socket编程服务器端的主要步骤 TCP编程的服务器端一般步骤是： 1、创建一个socket 2、设置socket属性； 3、绑定IP地址、端口等信息到socket上； 4、开启监听； 5、接收客户端上来的连接； 6、收发数据； 7、关闭网络连接； 8、关闭监听。 UDP编程的服务器端一般步骤是： 1、创建一个socket； 2、设置socket属性； 3、绑定IP地址、端口等信息到socket上； 4、循环接收数据； 5、关闭网络连接； 实验过程中遇到的问题如何解决的？（10分） 得分： 问题1：同步调用接收消息函数时，UI假死。 问题描述：如果以单线程编程的逻辑，调用接收消息函数时，如果接收不到消息，程序会停在这一步，相当C语言编程时等待用户输入，这样一来界面将失去对用户操作的相应，造成UI假死。 解决方案：TCP接收消息使用异步调用，再通过回调函数来处理接收到的消息；UDP接收消息则采用开启接收消息的后台线程来防止UI假死。 问题2：基于TCP协议的用户认证问题。 问题描述：根据实验要求，连接时需要实现用户认证，但客户端与服务端建立连接的相关函数里（基于.NET FrameWork 4.5 的C#语言），并没有提供传递验证信息的参数或字段。 解决方案：服务端将先与客户端建立连接，但第一时间会发送给客户端消息：请求用户名和密码，客户端在收到这个消息时将第一时间想服务端提供用户输入的用户名和密码，如果客户端提供的用户名或密码不正确，或拒绝提供，服务端将主动断开与服务端的连接。 问题3：基于UDP的服务端的接收消息线程无法终止。 问题描述：UDP的服务端接收消息采用后台线程来处理，线程执行的函数是一个不同接收消息并处理的死循环，所以当程序主窗体关闭后，改线程无法正常终止。 解决方案：由于接收不到消息线程会一直停在那儿等待消息，故无法从外部通知线程主动终止，只能从外部强行杀死改线程，但这不是一个安全的方案。 本次实验的体会（结论）（10分） 得分： 平心而论此次实验课题的设计并不合理，如果按照大二正常的课程顺序学习，现在的我们并不具备Socket编程的能力，即使我们能通过很短的时间，掌握实验指导书上的编程示例，也不具备将其改写为图像化界面程序的能力，最早涉及到可视化编程的课程也只是本学期初学的Windows编程，且刚掌握到简单控件的使用。 因为我有幸在大二时提前选修了面向大三学生的.Net程序设计，才得以用C#语言完成这次实验。我并不明白设计这个实验课题的老师的用意，或许是鼓励我们自学课程以外的知识，或许是让我们短时间内掌握Socket编程，但可以肯定的是，我身边一些很优秀的同学将很难完成这个实验。 所以学生在这里斗胆向老师提出建议，降低这个实验的要求，不鼓励使用图形界面，而是统一写控制台程序来完成实验，这样我们将有机会把更多的精力放在学习Socket编程上，而不会因为不会做图形界面而吃亏。 思考题：（10分） 思考题1：（4分） 得分： 你所用的编程语言在Socket通信中用到的主要类及其主要作用。 System.Net.Sockets.Socket：实现 Berkeley 套接字接口。 System.Net.IPAddress：提供网际协议 (IP) 地址。 System.Net.Dns：提供简单的域名解析功能。 System.Net.IPEndPoint：将网络端点表示为 IP 地址和端口号。 System.Net.Sockets.UdpClient：提供用户数据报协议 (UDP) 网络服务。 思考题2：（6分） 得分： 说明TCP和UDP编程的主要差异和特点。 TCP面向连接通信，所以握手过程会消耗资源，过程为可靠连接，不会丢失数据，适合大数据量交换，TCP协议能为应用程序提供可靠的通信连接，使一台计算机发出的字节流无差错地发往网络上的其他计算机，对可靠性要求高的数据通信系统往往使用TCP协议传输数据。 UDP面向非可靠连接，会丢包，没有校验，速度快，无须握手过程，适用于一次只传送少量数据、对可靠性要求不高的应用环境。 指导教师评语： 日期： 附件： 系统概述：运行环境、编译、使用方法、实现环境、程序文件列表等； 运行环境：Windows7系统下的 编译：C# 使用方法：为一般窗口程序，双击即可 实现环境：Microsoft Visio Studio 程序文件列表： 主要数据结构； TCP服务端： public partial class TcpServerForm : Form { private Socket _server; private Socket _client; private byte[] _receiveData = new byte[1024]; private string _username; private string _password; private bool _needPasswordl; private bool _passwordWrong; public TcpServerForm() private void TcpReceiveForm_Load(object sender, EventArgs e) private void btnListen_Click(object sender, EventArgs e) private void btnDisconnect_Click(object sender, EventArgs e) void AcceptedConnection(IAsyncResult iar) void ReceivedData(IAsyncResult iar) void SentData(IAsyncResult iar) void ProcessDisconnection() private void txtUserName_TextChanged(object sender, EventArgs e) private void txtPassword_TextChanged(object sender, EventArgs e) private void lblUserName_Click(object sender, EventArgs e) private void gnConnectInfo_Enter(object sender, EventArgs e) private void lbMessage_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e) private void lbNativeIP_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e) private void lbConnectLog_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e) } TCP客户端： public partial class TcpClientForm : Form { Socket _client; byte[] _receivedData = new byte[1024]; public TcpClientForm() private void btnConnect_Click(object sender, EventArgs e) private void btnDisconnect_Click(object sender, EventArgs e) private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e) void Connected(IAsyncResult iar) void ReceivedData(IAsyncResult iar) void SentData(IAsyncResult iar) void ProcessDisconnection() private void txtIP_TextChanged(object sender, EventArgs e) } UDP接收端： public partial class UdpReceiveForm : Form { private bool ReadFlag = true; private Thread th; private IPEndPoint remote; private UdpClient server; private int count = 0; private double num; public UdpReceiveForm() private void read() private void btnReceive_Click(object sender, EventArgs e) private void UdpReceiveForm_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e) } UDP发送端： public partial class UdpSendForm : Form { public UdpSendForm() private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e) private void txtIP_TextChanged(object sender, EventArgs e) private void lblInfo_Click(object sender, EventArgs e) } 主要算法描述； 异步调用与回调(部分)： TCP服务端： _server.BeginAccept(new AsyncCallback(AcceptedConnection), _server);//异步调用,开始接收连接 -> void AcceptedConnection(IAsyncResult iar) _client.BeginSend(sendMessage, 0, sendMessage.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(SentData), _client);//异步调用,消息发送完毕执行->void SentData(IAsyncResult iar) _client.BeginReceive(_receiveData, 0, _receiveData.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(ReceivedData), _client);//密码正确，开始接收消息->void ReceivedData(IAsyncResult iar) 用户使用手册； TCP客户端、TCP服务端： 1、用户打开TCP客户端并且输入服务端IP、用户名与密码（密码事先在服务端设置好）； 2、服务端点击“开始监听”，客户端点击“连接”； 3、客户端在消息框内输入消息，点击“发送”，则消息发送到服务端，； 4、服务端接收并且在“接收到的消息”框里显示消息与发送消息时的日期； 注：客户端与服务端均能断开连接。 一、 UDP发送端、UDP接收端： 1、 用户打开UDP发送端并且输入目标IP、需发送的消息； 2、 点击“发送按钮”； 3、 接收端点击“接收”则接收到消息。 程序源代码； Tcp服务端： using System; using System.Collections.Generic; using System.ComponentModel; using System.Data; using System.Drawing; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading.Tasks; using System.Windows.Forms; using System.Net; using System.Net.Sockets; namespace TCP服务端 { public partial class TcpServerForm : Form { private Socket _server; private Socket _client; private byte[] _receiveData = new byte[1024]; private string _username; private string _password; private bool _needPasswordl; private bool _passwordWrong; public TcpServerForm() { InitializeComponent(); } private void TcpReceiveForm_Load(object sender, EventArgs e) { IPAddress[] addressList = Dns.GetHostAddresses(Dns.GetHostName()); foreach (IPAddress ip in addressList) { if (ip.ToString().Length <= 15) lbNativeIP.Items.Insert(0, ip.ToString()); } btnDisconnect.Enabled = false; } private void btnListen_Click(object sender, EventArgs e) { _username = txtUserName.Text; _password = txtPassword.Text; //设置用户名与密码 _server = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);//新建协议为tcp的socket _server.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Any, 8000));//监听端口为8000 _server.Listen(5);//开始监听 _server.BeginAccept(new AsyncCallback(AcceptedConnection), _server);//异步调用,开始接收连接 this.lblStatus.Text = "开始监听..."; btnListen.Enabled = false; txtUserName.Enabled = false; txtPassword.Enabled = false; _needPasswordl = true; _passwordWrong = false;//处理逻辑 } private void btnDisconnect_Click(object sender, EventArgs e) { _client.Close(); _needPasswordl = true; _server.BeginAccept(new AsyncCallback(AcceptedConnection), _server); this.lblStatus.Text = "开始监听..."; } void AcceptedConnection(IAsyncResult iar) { _client = ((Socket)iar.AsyncState).EndAccept(iar);//终止接收连接 this.lblStatus.Text = "连接到:" + _client.RemoteEndPoint.ToString();//解析对方地址与端口 byte[] sendMessage = Encoding.Default.GetBytes(DateTime.Now.TimeOfDay + ":请发送用户与密码");//向客户端提出发送密码的请求 lbConnectLog.Items.Insert(0, "连接到:" + _client.RemoteEndPoint.ToString()); _client.BeginSend(sendMessage, 0, sendMessage.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(SentData), _client);//异步调用,消息发送完毕执行SentData btnDisconnect.Enabled = true; } void ReceivedData(IAsyncResult iar) { _client = (Socket)iar.AsyncState; int recv = 0; try { recv = _client.EndReceive(iar); } catch { ProcessDisconnection(); }//解析消息 if (recv == 0)//解析失败 { _client.Close(); this.lblStatus.Text = "等待连接..."; _server.BeginAccept(new AsyncCallback(AcceptedConnection), _server); return; } string receiveMessage = Encoding.Default.GetString(_receiveData, 0, recv); this.lbMessage.Items.Insert(0,receiveMessage);//将消息放入消息列表 byte[] feedbackMessage; if(_needPasswordl) { string receiveUsername = receiveMessage.Substring(receiveMessage.LastIndexOf(":") + 1, receiveMessage.IndexOf("#") - (receiveMessage.LastIndexOf(":") + 1)); string receivePassword = receiveMessage.Substring(receiveMessage.IndexOf("#") + 1, receiveMessage.Length - (receiveMessage.IndexOf("#") + 1)); if(receiveUsername == _username && receivePassword == _password) { _needPasswordl = false; _passwordWrong = false; feedbackMessage = Encoding.Default.GetBytes(DateTime.Now.TimeOfDay + ":验证成功_" + receiveMessage); _client.BeginSend(feedbackMessage, 0, feedbackMessage.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(SentData), _client); return; } else { this.lbConnectLog.Items.Insert(0, receiveUsername + "#" + receivePassword + "验证失败"); feedbackMessage = Encoding.Default.GetBytes(DateTime.Now.TimeOfDay + ":验证失败_" + receiveMessage); _passwordWrong = true; _client.BeginSend(feedbackMessage, 0, feedbackMessage.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(SentData), _client); return; } } feedbackMessage = Encoding.Default.GetBytes(DateTime.Now.TimeOfDay + ":成功接收" + receiveMessage); _client.BeginSend(feedbackMessage, 0, feedbackMessage.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(SentData), _client); } void SentData(IAsyncResult iar) { _client = (Socket)iar.AsyncState; int sent = _client.EndSend(iar); if (_passwordWrong) { lbConnectLog.Items.Insert(0, "主动断开连接" + _client.RemoteEndPoint.ToString()); _client.Close(); _needPasswordl = true; _server.BeginAccept(new AsyncCallback(AcceptedConnection), _server);//重新开始接收新的连接 ProcessDisconnection(); return; } _client.BeginReceive(_receiveData, 0, _receiveData.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(ReceivedData), _client);//密码正确，开始接收消息 } void ProcessDisconnection() { this.lblStatus.Text = "已断开连接！重新监听..."; lbConnectLog.Items.Insert(0, "已经断开连接"); this.btnDisconnect.Enabled = false; } private void txtUserName_TextChanged(object sender, EventArgs e) { } private void txtPassword_TextChanged(object sender, EventArgs e) { } private void lblUserName_Click(object sender, EventArgs e) { } private void gnConnectInfo_Enter(object sender, EventArgs e) { } private void lbMessage_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e) { } private void lbNativeIP_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e) { } private void lbConnectLog_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e) { } } } TCP客户端： using System; using System.Collections.Generic; using System.ComponentModel; using System.Data; using System.Drawing; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading.Tasks; using System.Windows.Forms; using System.Net; using System.Net.Sockets; namespace TCP客户端 { public partial class TcpClientForm : Form { Socket _client; byte[] _receivedData = new byte[1024]; public TcpClientForm() { InitializeComponent(); } private void btnConnect_Click(object sender, EventArgs e) { this.lblStatus.Text = "连接中..."; _client = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);//建立一个协议为TCP的socket IPEndPoint iep = new IPEndPoint(IPAddress.Parse(this.txtIP.Text), 8000);//设置端口为8000 _client.BeginConnect(iep, new AsyncCallback(Connected), _client);//异步调用,开始连接服务端 this.btnConnect.Enabled = false; this.btnDisconnect.Enabled = true; } private void btnDisconnect_Click(object sender, EventArgs e) { _client.Close(); this.lblStatus.Text = "连接断开!"; this.btnConnect.Enabled = true; this.btnDisconnect.Enabled = false; } private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e) { byte[] message = Encoding.Default.GetBytes(DateTime.Now.TimeOfDay + ":" + this.txtMessage.Text);//将文本框里的东西整合成消息 txtMessage.Focus(); try { _client.BeginSend(message, 0, message.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(SentData), _client);//开始发送 txtMessage.Clear(); } catch { ProcessDisconnection(); return; } } void Connected(IAsyncResult iar) { _client = (Socket)iar.AsyncState; try { _client.EndConnect(iar);//关闭连接请求 this.lblStatus.Text = "连接到:" + _client.RemoteEndPoint.ToString(); _client.BeginReceive(_receivedData, 0, _receivedData.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(ReceivedData), _client);//异步调用,开始接收消息 } catch { ProcessDisconnection(); return; } } void ReceivedData(IAsyncResult iar) { Socket remote = (Socket)iar.AsyncState; int recv; try { recv = remote.EndReceive(iar); } catch { ProcessDisconnection(); return; } if (recv == 0) { _client.Close(); ProcessDisconnection(); return; } string receiveMessage = Encoding.Default.GetString(_receivedData, 0, recv);//将收到的消息处理为字符串 this.lbMessage.Items.Insert(0, receiveMessage);//将收到的消息放到消息列表 if (receiveMessage.Substring(receiveMessage.LastIndexOf(":") + 1, receiveMessage.Length - (receiveMessage.LastIndexOf(":") + 1)) == "请发送用户与密码") { byte[] usernameAndPassword = Encoding.Default.GetBytes(DateTime.Now.TimeOfDay + ":" + txtUserName.Text + "#" + txtPassword.Text).ToArray(); try { _client.BeginSend(usernameAndPassword, 0, usernameAndPassword.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(SentData), _client);//向服务端发送用户名和密码 } catch { ProcessDisconnection(); return; } }// try { _client.BeginReceive(_receivedData, 0, _receivedData.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(ReceivedData), _client); } catch { ProcessDisconnection(); return; } } void SentData(IAsyncResult iar) { Socket remote = (Socket)iar.AsyncState; int sent = remote.EndSend(iar); try { remote.BeginReceive(_receivedData, 0, _receivedData.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(ReceivedData), remote); } catch { ProcessDisconnection(); return; } } void ProcessDisconnection() { this.lblStatus.Text = "发送端已经断开连接，或者接收端已经关闭！请重新尝试连接！"; this.btnConnect.Enabled = true; btnDisconnect.Enabled = false; } private void txtIP_TextChanged(object sender, EventArgs e) { } } } UDP发送端： using System; using System.Collections.Generic; using System.ComponentModel; using System.Data; using System.Drawing; using System.Text; using System.Windows.Forms; using System.Net; using System.Net.Sockets; //using System.Threading; namespace UDP发送端 { public partial class UdpSendForm : Form { public UdpSendForm() { InitializeComponent(); } private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e) { //创建UDP网络服务 UdpClient SendUdp = new UdpClient(); IPAddress remoteIP; //判断IP地址的正确性 try { remoteIP = I