计算机网络实验——基于TCP协议的socket编程

亦凉 2022-05-22 05:05 191阅读 0赞

一、**实验目的**

1. 实现一个能够在局域网中进行点对点聊天的实用程序。

2. 熟悉c++、Java等高级编程语言网络编程的基本操作。

3. 基本了解对话框应用程序的编写过程。

4. 实现TCP套接字编程。

二、**实验内容**

（一）**实验思路**

1、学习理解TCP协议。

2、实现TCP客户端之间多线程通信以及聊天页面的UI实现。

（二）**实验步骤**

1、**理解TCP协议。**

TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能，用户数据报协议（UDP）是同一层内另一个重要的传输协议。在因特网协议族（Internet protocol suite）中，TCP层是位于IP层之上，应用层之下的中间层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接，但是IP层不提供这样的流机制，而是提供不可靠的包交换。

TCP使用三次握手协议建立连接。当主动方发出SYN连接请求后，等待对方回答SYN+ACK,并最终对对方的 SYN 执行 ACK 确认。这种建立连接的方法可以防止产生错误的连接，TCP使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。

TCP三次握手的过程如下：

a. 客户端发送SYN（SEQ=x）报文给服务器端，进入SYN\_SEND状态。

b. 服务器端收到SYN报文，回应一个SYN （SEQ=y）ACK(ACK=x+1）报文，进入SYN\_RECV状态。

c. 客户端收到服务器端的SYN报文，回应一个ACK(ACK=y+1）报文，进入Established状态。

三次握手完成，TCP客户端和服务器端成功地建立连接，可以开始传输数据了。

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1、**实现TCP客户端之间多线程通信以及聊天页面的UI实现。**

（1）**服务器**

服务器先创建一个套接字，然后将该套接字和特定端口绑定，然后服务器开始在此套接字上监听，直到收到一个客户端的连接请求，然后服务器与客户端建立连接，连接成功后和该客户端进行通信（相互接收和发送数据），最后，服务器和客户端断开连接，继续在端口上监听。

因为多人聊天中服务器要同时与多个客户机建立连接并通信，需要多线程实现，服务器每建立一个连接就会开辟一个新的线程为该客户机服务，服务器继续监听。结合多人聊天的场景，这里的服务器实际上起到消息中转的作用，将客户端发给它的消息转发给与之相连的所有客户端，以间接实现客户端之间的通信。

【关键代码】：

l 创建一个集合，存放客户端的对象。

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l 使用ServerSocket创建TCP套接字，ServerSocket带有输入输出缓冲区，不需要创建数据报去接收数据，而是直接从ServerSocket的缓冲区中读取。然后绑定特定端口，开启监听。

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l 等待客户端连接，一旦有客户端连接服务器就存放到集合中。服务器持续监听服务器端口，一旦有数据发送过来，那么就将数据封装成socket对象，如果没有数据发送过来，那么这时处于线程阻塞状态，不会向下继续执行。

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l 获得客户端的IP地址，new一个thread，传入socket和IP两个参数，并调用start方法启动线程。

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l **子线程实现**

1、**这里的socket和IP就是之前传进来的那两个参数。**

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2、**通知用户上线消息。**

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3、**读取Socket读取流中的数据**

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4、**将读取到的流中的数据发送给每一个和服务器建立起TCP连接的客户端。**

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5、**主函数：****创建一个服务器对象，调用了其构造方法。**

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（1）**客户端**

客户端创建一个套接字，里面包含了服务器的地址和端口号，TCP客户端的端口号由系统自动分配，不需要指明。和服务器建立连接，如果连接成功则socket创建成功。然后客户端开启接受数据线程。通信结束后主动断开连接，释放资源。

**【关键代码】**

l 写了一个函数用来连接服务器。其中要创建套接字，然后和服务器建立连接。

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l **客户端接受消息的子线程实现：recvMsg类**

（SetMenu是UI的实现部分，放到后面再提。）线程传入的参数是socket。MessageArea是用来显示消息的区域。

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**重写run方法：**

定义一个socket读取流，读取服务器返回的消息，然后将消息添加到显示区域。

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l **主函数**

主函数中首先和服务器建立连接，然后设计GUI界面，最后开启接收数据的线程。

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l **GUI实现：setMenu类**

1、创建一个类用来实现UI。SetMenu类中先创建一些静态的UI组件方便别的类调用，然后将socket作为参数传入构造函数，再实现菜单的创建和一些相关事件的监听。

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2、　相关事件监听操作：

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3、面板的生成与组件的设置：

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4、发送消息功能的实现：

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发送完输入文本框中的内容以后，要将输入框清空。在发送消息的同时也要把消息在服务器显示（这里在控制台打印输出）。

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一、**实验结果**

l **首先运行服务器程序，服务器开启监听：**

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l **然后运行多个客户端，每一个客户端都会显示连接是否成功。**

l **多人聊天界面：**

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**四、实验总结**

这次基于TCP协议的socket编程实验。最初我实现了客户端和服务器之间基于TCP协议的通信，然后在这个基础上加入了多线程部分以实现多人聊天，并且最终实现了聊天的界面。

上一次基于UDP协议的socket编程实验和这一次有很多相同的地方，也感受到了UDP与TCP协议之间的区别。递进的实验环节让我理解了TCP协议下通信的实现，另外对于多线程有了进一步理解。

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继续加油哦ヾ(◍°∇°◍)ﾉﾞ

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