基于socket的文件传输软件的设计与实现Word格式.docx
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基于socket的文件传输软件的设计与实现Word格式.docx
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图一TCP/IP体系结构
Socket通常也称作"
套接字"
,用于描述IP地址和端口,是一个通信链的句柄。
应用程序通常通过"
向网络发出请求或者应答网络请求。
Socket接口是TCP/IP网络的API,Socket接口定义了许多函数或例程,程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。
尽管TCP/IP协议的名称中只有TCP这个协议名,但是在TCP/IP的传输层同时存在TCP和UDP两个协议。
TCP是一种面向连接的保证可靠传输的协议。
通过TCP协议传输,得到的是一个顺序的无差错的数据流。
发送方和接收方的成对的两个socket之间必须建立连接,以便在TCP协议的基础上进行通信,当一个socket(通常都是serversocket)等待建立连接时,另一个socket可以要求进行连接,一旦这两个socket连接起来,它们就可以进行双向数据传输,双方都可以进行发送或接收操作。
UDP是一种无连接的协议,每个数据报都是一个独立的信息,包括完整的源地址或目的地址,它在网络上以任何可能的路径传往目的地,因此能否到达目的地,到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。
本文在Scoket原理基础上,基于.NET平台,利用线程池技术,设计并实现了分别面向TCP和UDP的可靠文件传输软件。
2.系统体系结构
根据采用的协议不同,本软件分为基于TCP文件传输和基于UDP的可靠文件传输。
在TCP/IP网络中两个进程间的相互作用的主机模式是C/S。
在操作过程中采取的是主动请示方式:
首先服务器方要先启动,并根据请示提供相应服务:
1、打开一通信通道并告知本地主机,它在某一个公认地址上接收客户请求;
2、等待客户请求到达该端口;
3、接收到重复服务请求,处理该请求并发送应答信号;
4、返回第2步,等待另一客户请求;
5、关闭服务器。
客户端:
1、打开一通信通道,并连接到服务器所在主机的特定端口;
2、向服务器发送服务请求报文,等待并接收应答;
继续提出请求……
3、请求结束后关闭通信通道并终止。
2.1面向TCP系统调用时序图
图二面向TCP的系统时序图
2.2面向UDP系统调用时序图
图三面向UDP的系统时序图
3.功能实现
3.1公共类设计
软件设计时,TCP和UDP的服务器端为统一界面,客户端为统一界面。
即服务器端既能够接受TCP连接,也能通过UDP进行接收;
客户端可以通过TCP和UDP进行传输。
3.1.1IP地址操作类
1、IPAddress类
在该类中有一个
Parse()方法,可以把点分的十进制IP表示转化IPAddress类,方法如下:
IPAddressaddress=IPAddress.Parse(“192.168.100.39”);
IPAddress提供4个只读字段
Any
用于代表本地系统可用的任何IP地址
Broadcase用于代表本地网络的IP广播地址
Loopback用于代表系统的回送地址
None用于代表系统上没有网络接口
其中IPAddress.Any最常用可以用来表示本机上所有的IP地址,这对于socket服务进行侦听时便使用,不用对每个IP进行侦听了。
2、IPEndPoint类
通过二种构造方法来创建IPEndPoint类:
a、IPEndPoint(longaddress,intport)
b、IPEndPoint(IPAddressaddress,intport)
它有四个属性:
Address
AddressFamily
Port
MaxPort
MinPort
IPEndPoint是一个IP地址和端口的绑定,可以代表一个服务,用来Socket通讯。
3.1.2DNS相关类
DNS类有四个静态方法,来获取主机DNS相关信息:
1、GetHostName()
通过Dns.GetHostName()可以获得本地计算机的主机名
2、GetHostByName()
根据主机名称,返回一个IPHostEntry对象:
IPHostEntryGetHostByName(stringhostName)。
其中IPHostEntry把一个
DNS主机名与一个别名和IP地址的数组相关联,包含三个属性:
AddressList:
一个IPAddress对象的数组
Aliases:
一个字符串对象数组
HostName:
一个用于主机名的字符串对象
3、GetHostByAddress()
类似于GetHostByName(),只不过这里的参数是IP地址,而不是主机名,也返回一个IPHostEntry对象。
IPHostEntryGetHostByAddress(IPAddressaddress)
IPHostEntryGetHostByAddress(stringaddress)
4、Resolve()
当不知道输入的远程主机的地址是哪种格式时(主机名或IP地址),用以上的二种方法来实现,可能还要通过判断客户输入的格式,才能正确使用,但Dns类提供一更简单的方法Resolve(),该方法可以接受或者是主机名格式或者是IP地址格式的任何一种地址,并返回IPHostEntry对象。
3.2TCP文件传输
3.2.1服务器端
1、创建IPEndPoint实例,用于Socket侦听时绑定:
IPEndPoint
ipep
=
new
IPEndPoint(IPAddress.Any,
7000);
2、创建套接字实例:
serverSocket
Socket(AddressFamily.InterNetwork,
SocketType.Stream,
ProtocolType.Tcp);
这里创建的时候用ProtocolType.Tcp,表示建立一个面向连接(TCP)的Socket。
3、将所创建的套接字与IPEndPoint绑定:
serverSocket.Bind(ipep)。
4、设置套接字为收听模式:
serverSocket.Listen(10)。
5、在套接字上接收接入的连接
在此使用.net的线程池类,默认情况下创建25个线程。
从线城池中获取一个线程来处理客户端请求。
ThreadPool.QueueUserWorkItem。
6、在套接字上接受客户端发送的信息
部分代码:
BinaryReaderreader=newBinaryReader(client.GetStream());
stringfilename=reader.ReadString();
longtotal=reader.ReadInt64();
stringsaveAs=GetSaveFile(filename);
FileStreamfs=File.Create(saveAs);
try
{
byte[]buffer=newbyte[8192];
intlen;
while(total>
0)
len=reader.Read(buffer,0,8192);
if(len==0)
thrownewIOException("
发送方中止了连接"
);
fs.Write(buffer,0,len);
}
3.2.2客户端
1、创建IPEndPoint实例和套接字;
2、将套接字连接到远程服务器;
clientSocket.Connect(ipep)
3、发送信息
FileInfofi=newFileInfo(textBox1.Text);
writer.Write(fi.Name);
writer.Write(fi.Length);
FileStreamfs=fi.OpenRead();
longtotal=fi.Length;
byte[]buffer=newbyte[8192];
while((len=fs.Read(buffer,0,8192))!
=0)
writer.Write(buffer,0,len);
客户端使用openFileDialog类选择文件,然后向服务器端传送文件长度和文件名,最后将需要传送的文件切割成以单位为8k的数据块进行传送。
服务器端使用SaveFileDialog类选择存储文件的位置,然后接受客户端发送的文件名和文件长度,然后进行小数据块接受,使用循环,直至客户端发送完毕,服务器端在接受客户端连接请求时开辟了一个内存池。
面向连接的程序流程图如下所示:
图四面向TCP的程序流程图
3.3UDP文件传输
TCP是面向连接的,所以用TCP传输文件不会丢包。
UDP是非面向连接的,所以UDP是不可靠的,用它传输文件,要保证不丢包,就需要额外代码来保障。
本文采用的是在接受文件端来检测,当开始接收文件,收到一个数据包后,如果等待超过了一定时间后都没有收到数据包,就给发送方发送一个新的请求,要求继续发送文件,直到文件全部接收完成。
流程图如下:
图五UDP传输流程
3.3.1服务器端
在UDP服务器端设计过程中,部分步骤和实现代码与TCP相似,在此不再赘述。
基本的实现步骤:
1、创建一个socket,用函数socket();
2、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind();
3、循环接收数据,用函数recvfrom();
4、关闭网络连接;
为了实现UDP的可靠传输,设计了ReceiveFileManager类,如下图所示:
图六ReceiveFileManager类
可靠传输的具体做法是:
1、在ReceiveFileManager类中加入一个记录文件分块接收状态的列表Dictionary<
int,bool>
,int表示文件分块的序号,bool表示是否已经接收,初始化为全部没有接受(false)。
2、在ReceiveFileManager类中加入一个Timer,用来检测收到一个包后等待的时间是否超过了设置的值,超过就给发送方发送数据包,请求继续发送文件,需要发送的文件块序号为从Dictionary<
中查询出来的没有接收的文件块序号。
3、如果Dictionary<
中的所有文件块已经收到(全部为true),文件就接收完成了。
3.3.2客户端
在UDP客户端设计过程中,部分步骤和实现代码与TCP相似,在此不再赘述。
3、设置对方的IP地址和端口等属性;
4、发送数据,用函数sendto();
5、关闭网络连接;
为了保证UDP的可靠传输,客户端也需要对服务器端某个端口的发送来的信息进行监控,一旦服务器请求,则进行重传。
IPEndPointremoteIP=newIPEndPoint(IPAddress.Any,0);
byte[]buffer=null;
buffer=UdpClient.EndReceive(result,refremoteIP);
catch(SocketExceptionex)
throwex;
finally
ReceiveInternal();
OnReceiveData(newReceiveDataEventArgs(buffer,remoteIP));
3.4线程池
通过System.Threading名称空间的ThreadPool类来使用线程池,它所有的成员都是静态的,而且没有公开的构造函数。
这个限制的目的是为了把所有的异步编程技术都集中到同一个池中。
假如构造了含有两个线程的线程池,当三个请求到达时,它们立刻安排到队列等待被处理,因为两个线程都是空闲的,所以头两个请求开始执行。
当其中任何一个请求处理结束后,空闲的线程就会去提取第三个请求并处理之。
在这种场景中,系统不需要为每个请求创建和销毁线程。
线程之间能互相利用。
而且如果线程池的执行高效的话,它能增加或删除线程以获得最优的性能。
例如当线程池在执行两个请求时,而CPU的利用率才达到50%,这表明执行请求正等待某个事件或者正在做某种I/O操作。
线程池可以发现这种情况,并增加线程的数量以使系统能在同一时间处理更多的请求。
相反的,如果CPU利用率达到100%,线程池可以减少线程的数量以获得更多的CPU时间,而不要浪费在上下文切换上面。
3.5其它
在UDP传输设计中,为了使其界面与TCP传输相区别,调用了网上的通用组件TraFransfersFileControl。
使其更美观。
另外还调用了MD5动态库进行加解密。
4.试验结果
由于实验环境有限,服务器端和客户端均在本机上运行。
传输速度为5M/s。
其界面如下所示:
图七客户端主界面和分界面
图八服务器端界面
图九运行界面
5.思考
1、进行UDP可靠传输,除了上文用到的从接收方检测的方法,也可以从发送方来处理这个问题,就是发送方发送一个包后,如果等待了一定时间没有接收到接受方的回复,就重发这个包。
2、使用了MD5类,传输小文件时没有影响,但是大文件时则问题比较明显,速度比较缓慢。
6.结论和收获
在此之前没有接触过socket,原来在单位解决关于异构系统下通讯的问题时,均采用dropbox(投递箱)机制,或者通过Weblogic。
有时为了解决一个简单的通讯,需要额外的编程量和中间件,所以通过这门课,我感觉有了比较大的收获。
报告评语
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成绩
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- 基于 socket 文件传输 软件 设计 实现
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