课程设计UDP服务器设计

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1、四四 川川 理理 工工 学学 院院课 程 设 计 书学院 计算机学院 专业 计算机科学与技术 班级 实验二班 题目 UDP 的服务器设计 教师 学生 1目录组员分工情况.2一 课程设计的目的和意义.3目的：设计一个基于 UDP 的服务器.3二、课程设计的内容和要求.3三、课程设计的相关技术.4四、课程设计过程.54.1 设计思路.54.2 服务器的主要工作流程.64.3 主要功能模块.74.4 程序实现部分.164.5 程序运行结果截图 .204.5.1 Dos下的测试运行情况.204.5.2 MFC的界面情况.22五、课程设计小结.23参考书目.242组员分工情况组员分工情况小组成员小组成员

2、负责任务负责任务钟寒梅发送部分代码编写及注释，DOS 下运行的服务器，客户端实现张俊威接收部分代码编写及注释，相关资料整理，MFC 的客户端实现张泽泉数据处理部分代码编写及注释，MFC 的服务器实现， 实验报告的编写3一一 课程设计的目的和意义课程设计的目的和意义目的：设计一个基于 UDP 的服务器意义：UDP 是 TCP/IP 协议族为传输层设计的两个协议之一，它在进程与进程的通信过程中，提供了有限的差错校验功能，是一种无连接的，不可靠的协议。UDP 在一个较低的水平上完成进程之间的通信，在收到分组的时候没有流量控制机制也没有确认机制，适用于可靠性比较高的局域网。由于 UDP 采取了无连接的

3、方式，因此协议简单，在一些特定的应用中协议运行效率高。UDP 适合一些实时的应用，如 IP 电话，视频会议，它们要求源主机以恒定的速率发送数据，并且在网络出现拥塞时，可以丢失一些数据，但是延迟不能太大。基于这些特点，流式多媒体通信、多播等应用在传输层采用的就是UDP 协议。因为 UDP 具有 TCP 所望尘莫及的速度优势。虽然 TCP 协议中植入了各种安全保障功能，但是在实际执行的过程中会占用大量的系统开销，无疑使速度受到严重的影响。反观 UDP 由于排除了信息可靠传递机制，将安全和排序等功能移交给上层应用来完成，极大降低了执行时间，使速度得到了保证。二、课程设计的内容和要求二、课程设计的内容

4、和要求编写程序，设计 UDP 服务器。因为考虑到实时性，所以选择UDP 为主要的网络通信技术。4(1)程序能流畅地完成信息内容的传输和接收。(2)要能对多个客服端进行管理。需要通过 UDP 模拟多个客服端连接验证的情况。(3)操作系统、使用语言和编译环境不限，但在作业中必须注明。三、课程设计的相关技术三、课程设计的相关技术(1)UDP 协议技术UDP 是一个无连接协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端， UDP 传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在接收端， UDP 把每

5、个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。(2)C+编程技术(3)TCP/IP 协议技术在 T C P / I P 协议族中，有两个互不相同的传输协议： T C P（传输控制协议）和 U D P（用户数据报协议） 。T C P 为两台主机提供高可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。由于运输层提供了5高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。而另一方面， U D P 则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报

6、能到达另一端。任何必需的可靠性必须由应用层来提供。(4) TCP/IP 协议与 Winsock 网络编程接口Winsock 规范不是一种网络协议，而是一套开放的、支持多种协议的 Windows 写的网络编程接口。Winsock 可以访问很多种网络协议，可以把它当作一种协议的封装。现在的 Winsock 已经基本上实现了与协议无关，可以使用 Winsock 来调用协议的功能(5) Winsock API 的使用下面给出了使用 Winsock 进行编程时涉及的主要函数：WSAStartup 函数、WSACleanup 函数、socket 函数、closesocket 函数、send 函数、recv

7、 函数、bind 函数、listen 函数、accept 函数、connect 函数 四、课程设计过程四、课程设计过程4.1 设计思路设计思路设计 UDP 服务器的过程如下所示。首先，创建又一个 Socket并监听。然后6启动线程接收数据。用一个链表保存所有连上的客户，并通知连接成功。这样，客户就有机会处理这一事件并作一些动作。最后，当客户断开时，向服务器发送一个事件，服务器就可以做一些收尾工作。其中最关键的部分是收发部分和数据处理部分。4.2 服务器的主要工作流程服务器的主要工作流程如图图1 所示：7Bind()Socket()Readfrom()等待客户请求处理服务请求Sendto()Cl

8、ose()Socket()Bind()Sendto()Readfrom()Close()服务请求服务应答服务器客户机图 1 服务器工作流程 客户机一方的工作流程如下：(1)打开通信信道(申请一个套接字)，并连接到服务器在主机的保留端口，该端口对应服务器的 UDP 进程。(2)向服务器发出请求报文，等待接收应答。8(3)从服务器方收到最终应答结果，或在不再请求时关闭信道并终止客户机进程。服务器一方的工作流程如下：(1)打开通信信道(申请一个套接字)，通知本地主机在某一保留端口接收客户机请求。(2)等待客户机请求到达指定端口。(3)接收到请求，启动一个新进程处理用户请求，同时释放旧进程以响应新的客

9、户请求，一旦服务完成，关闭新进程与客户的通信链路。(4)继续等待客户机请求。(5)如果不想响应客户机请求，关闭服务器进程。4.3 主要功能模块主要功能模块如下：(1)发送BOOL CUdpSock:SendBuffer(char *buff, DWORD dwBufSize,struct sockaddr FAR *lpTo)m_lock.Lock();/锁定WSABUF wsabuf;/建立结构体WSAOVERLAPPED over;/建立结构体DWORD dwrecv;/定义 DWORD dwFlags=0;/定义DWORD dwRet;/定义9BOOL fPending;/定义int n

10、Ret;/定义/建立 WSABUF 和 WSAOVERLAPPED 两个结构体/memset(&over,0,sizeof(WSAOVERLAPPED); /用给定字符填充缓冲区wsabuf.buf = buff; /缓冲区赋值wsabuf.len = dwBufSize; /长度赋值over.hEvent = WSACreateEvent(); /创建事件fPending = FALSE;nRet = WSASendTo(m_Socket,/ 套接字&wsabuf,/ 结构体1,/ 缓冲池参数&dwRecv,/ 接受的字节数dwFlags,/ 标记lpTo,sizeof(sockaddr),

11、&over,/ 结构体NULL);/ 函数完成if (nRet != 0)int erro = WSAGetLastError();if (erro = WSA_IO_PENDING)fPending = TRUE; /检测是否是因为传输未完成而造成的错误elseTRACE1(CUdpSock:SendBuffer erro %dn,erro); /给出出错信息CloseHandle(over.hEvent);return FALSE;10/ 如果是 I/O 未完成/if (fPending)/等待完成请求或结束事件 /dwRet = WaitForSingleObject(over.hEve

12、nt,60000);/判断是否是接收方发出的信号/if (dwRet = WAIT_TIMEOUT)/WAIT_OBJECT_0/WAIT_TIMEOUTCloseHandle(over.hEvent); /关闭一个内核对象TRACE(WAIT_TIMEOUT 发送失败n,NULL); /提示发送失败return FALSE;/返回if (dwRet != WAIT_OBJECT_0)/WAIT_OBJECT_0/WAIT_TIMEOUTCloseHandle(over.hEvent);/关闭一个内核对象TRACE(发送失败n,NULL);/提示发送失败return FALSE;/返回/查看

13、I/O 信息/if (!WSAGetOverlappedResult( m_Socket,/套接字&over,&dwRecv,11FALSE,&dwFlags)CloseHandle(over.hEvent);/关闭一个内核对象TRACE(WSAGetOverlappedResult 发送失败n,NULL);/提示发送失败return FALSE;/返回CloseHandle(over.hEvent);/关闭一个内核对象TRACE(发送成功n,NULL);/提示发送成功m_lock.Unlock();/解除锁定return TRUE;/返回(2)接收BOOL CUdpSock:RecvRequ

14、est(LPBYTE pBuf,DWORD dwBufSize,struct sockaddr FAR *lpFrom) /清空接收缓冲区memset(pBuf,0,dwBufSize); /建立 WSABUF 和 WSAOVERLAPPED 两个结构体 wsabuf.buf=(char *)pBuf; wsabuf.len=dwBufSize;memset(&over,0,sizeof(WSAOVERLAPPED); /用给定的字符串填充缓冲区over.hEvent=m_hEventSock;dwFlags=0;fPending=FALSE;int sizeAddr=sizeof(socka

15、ddr_in); /返回参数所占的字节数12nRet=WSARecvFrom( /接受数据m_Socket,&wsabuf,1,&dwRecv,&dwFlags,lpFrom,&sizeAddr,&over,NULL);if(nRet!=0) /判断传输是否正常完成if (WSAGetLastError() != WSA_IO_PENDING)return FALSE;elsefPending = TRUE;/如果完成if(fPending) /等待结束请求或退出事件hEvents0 = over.hEvent;hEvents1 = m_hEventExit;dwRet = WaitForMu

16、ltipleObjects(2, hEvents, FALSE, INFINITE);/判断是否是接收方发出的信号/if (dwRet != 0)return FALSE;if (!WSAGetOverlappedResult(m_Socket,13&over,&dwRecv,FALSE,&dwFlags)return FALSE;/接收结束/m_translate = dwRecv;return TRUE;(3)数据处理部分BOOL CUdpSock:DelWithResData(struct sockaddr FAR *lpFrom)DWORD lenPag = sizeof(PackHe

17、ad);DWORD start = 0;DWORD onePagLeft = 0;SockPags pags;if(m_bFillHead)/判断缓冲区的长度onePagLeft = m_PackHead.len - lenPag;if(m_SimpleIOBuffer.GetBufferLen() onePagLeft)TRACE(There is no enough packege length! 1n);return FALSE;ASSERT(onePagLeft Excute(&pags,lpFrom);m_bFillHead = FALSE;DelWithResData(lpFrom

18、);delete pags.buff;elsewhile(m_SimpleIOBuffer.Read(char*)&m_PackHead,lenPag)if(m_PackHead.ID0 != T & m_PackHead.ID1 != P)m_SimpleIOBuffer.Reset();m_bFillHead = FALSE;TRACE(There is packege2 is erro!n);return FALSE;m_bFillHead = TRUE;onePagLeft = m_PackHead.len - lenPag;if(m_SimpleIOBuffer.GetBufferL

19、en() onePagLeft)TRACE(There is no enough packege length! 2n);return FALSE;15ASSERT(onePagLeft Excute(&pags,lpFrom);m_bFillHead = FALSE;delete pags.buff;return TRUE;void CUdpSock:OnRead() m_translate=0; sockaddr_in addrfro; memset(&addrfro,0,sizeof(sockaddr_in); addrfro.sin._family=AF_INET; /如果没有接收请求

20、就返回到读信息函数 if(!RecvRequest(LPBYTE)m_wsaInBuffer.buf, sizeof(m_byInBuffer),(sockaddr*)&addrfro) TRACE(CClientOverlappedSock:OnReadn); return;/如果 m_translate 不为 0，则向 m_SimpleIOBuffer 缓冲区写信息if(m_translate) m_SimpleIOBuffer.Write(m_wsaInBuffer.buf,m_translate);16 try /处理收到的信息 DelWithResData(sockaddr*)&ad

21、drfro); catch(.) TRACE(Udp DelWithResData erro!n); memset(&m_PackHead,0,sizeof(PackHead); m_bFillHead=FALSE; m_SimpleIOBuffer.Notify();return;一，注意有一个缓冲区 m_SimpleIOBuffer 主要用来保证每次收发的完整性。然后就是 c+异常机制，主要是为了稳定性。二，在 CUdpSock:DelWithResData 的处理部分，有很多保护措施。这很重要。然后从 CUdpSock 派生一个 CSverUdpSock 如下:#include UdpS

22、ock.h#include ClientUdpConnect.h#include afxtempl.hclass CSverUdpSock : public CUdpSock public:virtualvoid Close();int GetClientCount();CClientUdpConnect* GetClient(struct sockaddr FAR *lpFrom);virtual void OnRead();virtual void OnAccept(struct sockaddr FAR *lpFrom);virtual void ShutDown(struct sock

23、addr FAR *lpFrom);virtual void ShutDown(CClientUdpConnect *_pClient);virtual void OnShutDown(struct sockaddr FAR *lpFrom);void CloseAllClients();CSverUdpSock();virtual CSverUdpSock();17CObList m_clients;CObList m_willbedeleteclients;CCriticalSection m_lockFreeClients;private:virtual BOOL Accept(stru

24、ct sockaddr FAR *lpFrom);BOOL IsAlreadyExit(struct sockaddr FAR *lpFrom);CCriticalSection m_lockClients;CEvent m_timer;protected:void AddDeathClient(CClientUdpConnect *_pClient);void FreeClients();4.4 程序实现部分程序实现部分如下：(1)客户端程序如下：#include #include #pragma comment(lib, WS2_32) / 链接到 WS2_32.lib BOOL Init

25、Winsock();/初始化 winsockvoid main()SOCKET socket1; /定义套接字InitWinsock();/初始化 winsockstruct sockaddr_in server; /定义结构体int len =sizeof(server); /定义结构体的长度server.sin_family=AF_INET; /server 的地址族server.sin_port=htons(1000); /server 的监听端口server.sin_addr.s_addr=inet_addr(172.16.93.187); /server 的地址 socket1=so

26、cket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); /给套接字赋值while (1) /使可以循环输入18char buffer1024=0; /定义缓冲区printf(input messagen); / 提示输入scanf(%s,buffer); /输入if (strcmp(buffer,bye)=0) /比较字符串break;if (sendto(socket1,buffer,sizeof buffer,0,(struct sockaddr*)&server,len)!=SOCKET_ERROR) /发送数据if (recvfrom(socket1,buffer,sizeof buf

27、fer,0,(struct sockaddr*)&server,&len)!=SOCKET_ERROR) /接受数据printf(rece from server:%sn,buffer);closesocket(socket1); /关闭套接字BOOL InitWinsock()int Error;WORD VersionRequested;/版本号 WSADATA WsaData;VersionRequested=MAKEWORD(2,2); /版本 2 的套接字Error=WSAStartup(VersionRequested,&WsaData); /启动WinSock2if(Error!

28、=0) return FALSE; /加载套接字库 失败则返回elseif(LOBYTE(WsaData.wVersion)!=2|HIBYTE(WsaData.wHighVersion)!=2) /判断版本WSACleanup(); /解除绑定并释放空间return FALSE;19return TRUE;/如果不是版本 2 则退出(2)服务器端程序如下#include #include #pragma comment(lib, WS2_32) / 链接到 WS2_32.lib BOOL InitWinsock();void main()SOCKET socket1;/定义套接字InitWi

29、nsock();struct sockaddr_in local;struct sockaddr_in from;int fromlen =sizeof(from);local.sin_family=AF_INET;local.sin_port=htons(1000); /监听端口local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; /本机socket1=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);bind(socket1,(struct sockaddr*)&local,sizeof local);while (1)char buffer1024=0;printf

30、(waiting for message from others-n);if (recvfrom(socket1,buffer,sizeof buffer,0,(struct sockaddr*)&from,&fromlen)!=SOCKET_ERROR)printf(Received datagram from %s-%sn,inet_ntoa(from.sin_addr),buffer);/给 cilent 发信息sendto(socket1,buffer,sizeof buffer,0,(struct 20sockaddr*)&from,fromlen);Sleep(500);close

31、socket(socket1);BOOL InitWinsock()int Error;WORD VersionRequested;WSADATA WsaData;VersionRequested=MAKEWORD(2,2);Error=WSAStartup(VersionRequested,&WsaData); /启动WinSock2if(Error!=0)return FALSE;elseif(LOBYTE(WsaData.wVersion)!=2|HIBYTE(WsaData.wHighVersion)!=2)WSACleanup();return FALSE;return TRUE;2

32、14.5 程序运行结果截图程序运行结果截图4.5.1 Dos 下的测试运行情况下的测试运行情况：（1） 查询 IP 地址：得到 IP 地址为 172.16.93.187 图 1 查询 IP 地址（2） 将 IP 地址为 172.16.93.187 的计算机作为客户端的结果如图 222图 2：客户端发送信息（3） 服务器接受信息的情况 图 3：服务器接受信息的状况234.5.2 MFC 的界面情况的界面情况：24五、课程设计小结五、课程设计小结 我们这组的课题是 UDP 服务器设计，其主要研究内容在于实现文件的传输及接收。我们首先是了解 UDP 的定义，即确定 UDP 究竟是个什么协议，它有些什

33、么性质和特征，它应用于那些方面。经过了解知道了 UDP 是 TCP/IP 协议族为传输层设计的两个协议之一，它在进程与进程的通信过程中，提供了有限的差错校验功能，是一种无连接的、不可靠的协议。分析后知道了 UDP 其实就是用来实现网络中文件的传输和接收的协议。知道它的实质后，接下来我们就开始思考具体的 UDP 实现的程序，该程序分为客户端和服务器端两部分，客户端主要是执行文件或消息的发送，服务器端则主要是接收这些内容。整个程序最重要也是最有难度的部分就是如何把发送和接收两部分联系在一起，经过查阅了一些25资料，我们终于攻克了这个难题，这样我们就把程序的功能充分的实现出来了。同时在编写 MFC

34、下的服务器和客户端时，要注意安全处理种种联接请求和断开请求。 而且这次的课程设计过程中，我们接触到了全新的编程方法-Winsock，使我们学到了新知识。具体的，通过这次的课程设计，我们掌握了如下的一些新知识：（1）Winsock 库的加载和卸载等。（2）UDP 套接字的创建、绑定和关闭。（3）各张套接字选项的设定，如广播类型、重用类型、数据报的 TTL 值等。（4）UDP 数据报的发送和接收方法。（5）Winsock 中加入组播组的方法。参考书目参考书目1吴功宜胡晓英张仁何云王宁.计算机网络课程设计.机械工业出版社，2007 年 12 月2张尧学郭国强王晓春赵艳标.计算机网络与 Internet 教材（第二版）.清华大学出版社，2006 年 11 月3UDP 服务器设计过程总结 中科设计园文章