基于TCP協議的局域網通信程序的設計

肇宇飛（長安大學,西安　710021）

基于TCP協議的局域網通信程序的設計

肇宇飛
（長安大學,西安710021）

摘要：本文設計并實現了基于TCP協議的局域網簡單即時通信系統，設計主要應用C/S模式，運用SOCKET套接字接口實現底層通信，并發送和接受TCP數據包、模擬Ethernet幀的發送過程。本通信系統實現了基本通信功能，包括客戶端登陸驗證、向好友發送文字信息和圖片信息以及好友信息的保存。好友間實現文件傳輸和消息傳遞是運用P2P方式。本文先從系統設計的背景意義及需求分析入手，主要介紹了發送和接受TCP數據包設計思想和模擬Ethernet幀的發送過程設計思想并闡述了套接字和多線程執行任務等。

關鍵詞：套接字;模擬Ethernet幀發送過程;C/S模式;TCP協議;文件傳輸

1　緒論

1.1開發背景及意義

進入21世紀，隨著IT技術的飛速發展，網絡時代隨之到來，它將人們生活中原本互不聯系的各個模塊編織到一起，給人們的生產生活帶來了極大的方便。例如，現如今的微信、騰訊QQ、MSN等基于網絡的即時聊天軟件已經逐步取代了人們傳統的通信方式，對比傳統媒介，此類聊天軟件具有操作簡單、經濟實用、實時性強、能存儲大量數據等優點。除此之外，即時聊天軟件還具有其他傳統通信方式不具備的特殊功能，它們除文字外還能傳送圖片、影像、文件和聲音，而且還具有許多人性化的設計，例如個人空間和顯示好友狀態等。

1.2需求分析

當今社會正處于信息技術飛速發展的時代，在此時代背景下，通信網絡和計算機是信息交互的基礎設施。在網絡十分普及的今天，通過網絡交友、通信是大多數人的首選。局域網通信系統是現今網上最簡單的點對多點通信系統。一個簡單的聊天軟件，對于程序員來說就是在許多端點間實現點對多點的通信。基于TCΡ協議的局域網通信是一個方便實現的、靈活的、低投入的方法。它可以在多種基于TCΡ協議的通信網絡上運行。

2　基于TCP協議的局域網通信程序設計概述

2.1發送和接受TCP數據包

TCΡ是一種可靠的、面向連接的傳輸層協議。TCΡ協議在網絡層IΡ協議的基礎上工作。本課程設計的目的是設計一個發送和接收TCΡ數據包的程序，其功能是填充一個TCΡ數據包，發送給目的主機，并在目的主機接收此TCΡ數據包，將數據字段顯示顯示在標準輸出上。編寫MFC應用圖像界面程序，實現消息的發送與接收要求：

1）建立聊天服務器，并通過設置IΡ及端口號連接服務器；

2）TCΡ頭部參數自行設定；

3）在客戶端輸入消息并發送；

4）實現TCΡ文件的發送與接收。

2.2模擬Ethernet幀的發送過程

現今，Ethernet是人們普遍使用的局域網。通過了解模擬Ethernet幀的發送過程可以更加深刻理解局域網的知識。設計本通信系統就是模擬Ethernet幀的發送過程，更加深入地了解掌握Ethernet幀的數據發送流程。

模擬Ethernet幀的數據發送流程的標準：

1）模擬Ethernet上的兩臺主機，分別用線程a和線程b來表示；2）模擬總線用bus雙字類型變量；

3）兩個子線程向總線發送自己的數據。數據用此線程號模擬，發送數據用線程號和Bus的“或”操作進行模擬；

4）所有主機需要向總線上發送25組有效的數據，假如任意一次數據未發送成功，那么終止該線程。

3　設計思想

3.1發送和接受TCP數據包設計思想

本程序設計的目標是接受發送TCΡ數據包，并能夠運用原始套接字來完成此項任務。本程序設計主要由發送TCΡ數據包和模擬Ethernet幀的發送兩個模塊構成。

3.2模擬Ethernet幀的發送過程設計思想

3.2.1Ethernet幀的發送流程

1）偵聽載波過程：thernet中每個結點發送數據是利用總線作為傳輸介質，總線是所有結點共享的公共傳輸介質。因此每個結點在發送一個幀前，需要判斷總線是否為空。由于Ethernet的數據是使用曼徹斯特編碼方式，可以利用判斷總線電平是否跳變的方式判斷總線是否為空。若總線為空，則可啟動發送，否則繼續偵聽。

2）檢測沖突過程：在數據傳輸過程中，極有可能產生阻塞（阻塞是指總線上同時出現多個數據傳輸，它們疊加后的信號波形與所有發送結點輸出的信號波形有所出入。原因是可能會有多個主機同時在偵聽總線，當它們判斷總線為空時，它們會向總線傳輸數據）。所以在發送數據過程中，應該進行阻塞檢測，如果發生阻塞應當立即停止數據傳輸。

3）隨機延遲重發：在檢測到阻塞、停止傳輸后，結點進行隨機延遲后重發。若重發后還沒成功，則顯示傳輸失敗，取消該幀的傳輸。隨機延遲的計算方法一般采用截止二進制指數年后退算法。該算法可表示為：τ=2的n次方乘以x乘以c。其中τ為結點重新發送需要的后退延遲時間，c為沖突窗口值（沖突窗口為總線最大長度和電磁波在介質中的傳播速度比值的2倍），x為隨機數，n的取值n=min(n,25)，k是該幀被成功傳輸的次數。

3.2.2幀接收流程大致可以分以下三個步驟

1）檢驗是否發生阻塞，如果發生阻塞，則舍棄此幀；如果沒有發生阻塞，則下一步；

2）檢驗該幀的目的地址判斷能否接收該幀，如果可以接收，則進行下一步；

3）進行CRC校驗和檢驗LLC數據長度；如果全部正確，則接收該幀，否則舍棄。

4　結語

本程序設計基本達到了高速度、人性化、穩定性、模塊化、安全性等設計要求。程序設計重點設計實現了系統應用的模塊。從實驗的結果來看，本通信系統擁有較好的、較人性話的聊天窗口和穩定流暢的網絡通信。通過本次基于TCΡ協議的簡單局域網通信系統設計，我進一步深刻地了解了局域網通信、C/S模式以及套接字接口實現的相關知識，熟悉掌握了TCP數據包的發送和接受以及模擬Ethernet幀的發送，深刻理解了其中原理。我相信，局域網通信系統在教育、商業等領域會發揮越來越重要的作用。

參考文獻：

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[3]尹光,梁偉洋.一種基于網絡的實驗室管理系統[J].電子工程師,2000(06).

作者簡介：肇宇飛(1994-)，男，遼寧鐵嶺人，本科，研究方向：計算機技術。