基于UDP的文件传输

报告编号：11 综合课程设计报告
基于UDP协议的文件传输系统的设计与实现
学生姓名：
指导教师：
所在系：电子系
所学专业：电子信息工程
年级：08级电子（2）班
2011 年6 月
目录
摘要 (3)
1 实验的相关知识 (4)
1.1通信的模式 (4)
1.2 UDP协议 (4)
1.3 Winsock控件 (4)
1.3.1 Winsock控件重要属性、方法和事件 (5)
1.3.2 Winsock控件通信的工作原理 (7)
2 实验原理 (7)
3 实验步骤 (7)
3.1总体规划 (8)
3.2模块设计 (8)
3.3创建窗体 (8)
3.4程序设计 (10)
3.5系统运行 (11)
4实验结论 (12)
参考文献 (13)
基于UDP的文件传输的系统的设计与实现
摘要
该实验的任务是实现文件的传输，并且是基于UDP协议的。

所有文件在该协议下可以实现发送并正确接收。

此时需要了解的是UDP的数据包一次最多只能发送8K，所以我们想到通过拆包和创建窗体的方法来实现文件的传输。

拆包主要是规定每个数据包的大小，然后计算具体的文件所需要的包数，创建窗体的目的是编写程序来进行分包发送和接收。

通过系统运行窗体我们可以知道UDP不仅可以传送和接收小文件，还可以传输和接收较大的文件。

通过实验可知UDP是不可靠的无连接传输，所以在传输过程中会发生丢包的情况，但大部分情况下传输还是比较好的。

关键词：UDP协议发送文件接收文件拆包 Winsock控件
1 实验的相关知识
1.1通信的模式
由于是实现点对点的文件传输，因此在程序中我们使用的是C/S的模式来实现通信。

对于C/S的模式，即分为客户端和服务端。

服务端用来接收客户端的连接，实现两端之间互相传输文件。

采用C/S的模式可以更好的体现程序的功能设计思想，充分调用在LAN中的server和client两方面的处理能力，极大的减少网络上的信息流通量。

C/S体系结构有可能提供一种开放式的、易伸缩扩展的分布式计算机环境，并保护硬件等投资。

1.2 UDP协议
该实验文件传输是在UDP协议下进行的，UDP提供无连接不可靠的用户数据包传输。

其中每一个数据段只有8Byte相对于TCP传输开销较少，且无须对发送速率进行管理。

UDP发送数据的速率仅仅受限于程序产生数据的速率，信源主机的性能及internet上可以利用的宽带。

并且与TCP不同的是UDP不需要连接，可直接发送，传输数据较快，但同时其稳定性不好，易丢包。

1.3 Winsock控件
Winsock即Windows Sockets规范的简称，是目前最流行的网络通信应用程序接口之一。

所谓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“套接字”向网络发出请求或者应答网络请求。

Socket是网络上运行的两个程序间双向通讯的一端，它既可以接受请求，也可以发送请求，利用它可以较为方便的编写网络上数据的传递。

Winsock控件工作在传输层上，在这一层上，目前主要流行的协议包括TCP和UDP两种：TCP协议适用于那些对于数据的可靠性要求比较高的情况，目前大多数的网络应用层协议都是基于TCP协议的（例如常用的HTTP、FTP、SMTP、POP3等协议）；UDP 协议适用于对数据可靠性要求不高而对速度要求较高的情况，这里主要包括一些需要大流量
的（例如Real公司的RTSP协议，腾讯公司的QQ协议等）。

1.3.1 Winsock控件重要属性、方法和事件
(1) 属性
Protocol：
通过Protocol属性可以设置WinSock控件连接远程计算机使用的协议。

可选的协议是TCP和UDP，对应的VB中常量分别是sckTCPProtocol和sckUDPProtocol，Winsock控件默认协议是UDP。

RemoteHostIP：
返回远程计算机的IP地址。

本实验使用的是UDP协议，那么当DataArrival事件后，发送UDP报文的计算机的IP才赋给了这个属性。

如果是TCP协议，在客户端，当使用了控件的Connect方法后，远程计算机的IP地址就赋给了RemoteHostIP属性，而在服务器端，当ConnectRequest事件后，远程计算机（客户端）的IP地址就赋给了这个属性。

ByteReceived：
返回当前接收缓冲区中的字节数。

State：
用于返回当前WinSock控件的状态。

如表2-1所示。

表1-1 返回WinSock控件当前的状态
(2) 方法
Bind：
用Bind方法可以把一个端口号固定为本控件使用，使得别的应用程序
能再使用这个端口。

Listen：
只在使用TCP协议时有用。

它将应用程序置于监听检测状态。

Connect：
当本地计算机希望和远程计算机建立连接时，就可以调用Connect方法。

Accept：
当服务器接收到客户端的连接请求后，服务器有权决定是否接受客户端的
请求。

SendData：
当连接建立后，要发送数据就可以调用SendData方法，该方法只有一个参
数，就是要发送的数据。

GetData：
当本地计算机接收到远程计算机的数据时，数据存放在缓冲区中，要从缓
冲区中取出数据，可以使用GetData方法。

PeekData：
和GetData方法类似，但PeekData在取得数据后并不把缓冲区清空。

(3) 事件
ConnectRequest：（TCP）
当本地计算机接收到远程计算机发送的连接请求时，控件的ConnectRequest事件将会被触发。

SendProgress：
当一端的计算机正在向另一端的计算机发送数据时，SendProgress事件将
被触发。

SendProgress事件记录了当前状态下已发送的字节数和剩余字节数。

SendComplete：
当所有数据发送完成时，被触发。

DataArrival：
当建立连接后，接受到了新数据就会触发这个事件。

注意：如果在接受到
新数据前，缓冲区中非空，就不会触发这个事件。

Error：
当在工作中发生任何错误都会触发这个事件。

1.3.2 Winsock控件通信的工作原理
Winsock控件是基于Socket规范创建的，所以其通信的实质是对Socket接口进行数据的读写操作。

如果两个应用程序需要通信，它们可以通过使用Socket类来建立套接字连接，可以将这个过程想象为一次电话呼叫过程：呼叫者通过拨号与被呼叫者连接，当电话接通时，双方都可以自由通话了，只不过这里的呼叫者被称为“客户”，被呼叫者则称为“服务器”，而号码则为“IP地址+端口”，但在建立连接之前，必须由“客户”发出呼叫，且此时的“服务器”正在监听。

注意端口号被规定在0~65535范围内的某一个整数，其中0~1023被预先定义的服务器通信所占用（如telnet占用23，http占用端口80），所以最好使用1024~65535这些端口中的某一个，以免发生端口冲突。

2 实验原理
实验设计过程中主要是通过Winsock控件进行UDP文件传输。

分别在发送端和接收端建立控件Winsock，经过对Winsock控件程序的写入，然后通过端口号和IP地址的绑定来建立联系，而无需像TCP一样建立连接，直接可以传送文件，而且能较准确的发送和接收。

下图是UDP数据报的封装：
3 实验步骤
3.1总体规划
根据该实验的要求在UDP协议下实现文件的传输。

本程序的文件传输系统的实现应包含服务端模块、客户端模块等几个部分，整个程序采用VB完成。

程序使用流式套接字，基于C/S模型。

在设计时设计客户端和服务端两个界面中，服务器用于发送文件，客户端用于接收文件。

服务器和客户机的基本流程如图2所示。

在通信的时候主要可以分为两个部分，一个部分是控制信息的传输部分，而另一个部分就是文件的传输部分。

传送的控制信息可以包含发送文件的请求，文件的名称、大小等，由于这方面的数据量比较小，因此采用了VB所提供的WINSocket类的串行化技术来实现。

对于文件的传输，由于数据量相对来说比较大，所以用两个线程来实现文件的传输，一个线程用于发送，一个线程用于接收。

3.2模块设计
（1）服务端模块
服务端要与客户端进行通信，首先，必须知道客户端的域名或IP地址（RemoteHost 属性），就像要和某人打电话前，必须知道对方的电话号码；其次，还必须和客户端进行端口绑定，也就是端口号要匹配，这样传送的文件才能到达客户端。

而且每个文件都有自己文件的长度和大小等。

且能传送任意磁盘中任意文件夹中的文件。

（2）客户端模块
同样地，客户端也需要有服务端的端口号和IP地址，而且还能把接收到的文件放到自己想要的磁盘中。

3.3创建窗体
发送和接收窗口能要有远程IP端口地址、发送端口号、接收端口号、发送和接收文件所处位置、发送按键、Winsock等，发送端窗体如图（1）和接收端口窗体如图（2）。

图1
图2
3.4程序设计
在窗口建好的情况下相应的编写程序，在程序中关键是发送和接收，而数据传输过程关键方法是拆包，用VB可以写出拆包发送和接收程序段。

1）发送端发送程序段如下：
Private Sub sendfile_Click()
StatusBar1.SimpleText = "向客户端发送数据…" '计算需要传输文件的包数
pack = (filelength - send) \ PACKSIZE
If ((filelength - send) Mod PACKSIZE) <> 0 Then pack = pack + 1
If pack = 0 Then pack = pack + 1 '传输文件
Open filepath For Binary As #1
For i = 1 To pack '如果只有一包
If pack = 1 Then
ReDim data(filelength - send) '读取数据
For j = send + 1 To filelength
Get #1, j, data(j - send)
Next '更新已传输文件的数据
send = filelength '发送文件数据
Winsock1.SendData data '如果是最后一包ElseIf i = pack Then '读取最后一包的数据
ReDim data(filelength - send)
For j = 1 To filelength - send
Get #1, send + j, data(j)
Next '发送文件数据
Winsock1.SendData data '更新已传输文件的数据
send = filelength
Exit For
Else '将文件数据放到数据缓冲区ReDim data(PACKSIZE)
For j = 1 To PACKSIZE
Get #1, send + j, data(j)
Next '发送文件数据
Winsock1.SendData data '更新已传输文件的数据
send = send + PACKSIZE
End If
ProgressBar1.Value = Int((send / filelength) * 100)
Next
ProgressBar1.Value = Int((send / filelength) * 100)
If ProgressBar1.Value >= 100 Then
StatusBar1.Panels(1).Text = "数据传输完毕！"
Close #1
End If
End Sub
2）接收端接收程序如下：
Private Sub Winsock1_DataArrival(ByVal bytesTotal As Long)
StatusBar1.SimpleText = "正在接收服务器的数据..."
If flag = True Then
'分别接收传输文件的文件名、文件长度
Winsock1.GetData FileName, vbString, bytesTotal - 4
Winsock1.GetData filelength, vbLong
'为传输文件设置临时文件
tempfile = FileName + ".td"
'返回已接收的数据
Open Dir1 + FileName For Binary As #1
Open tempfile For Binary As #2
If LOF(2) > 0 Then
Input #2, received
Winsock1.SendData received
End If
Close #2
flag = False
Else
Open tempfile For Output As #2
ReDim data(bytesTotal) '建立数据缓冲区
Winsock1.GetData data, vbArray + vbByte '接收服务器端传输的数据
For j = received + 1 To received + bytesTotal '将接收的数据写入文件
Put #1, j, data(j - received - 1)
Next
received = received + bytesTotal 更新已接收的数据
Write #2, received '更新临时文件
ProgressBar1.Value = Int((received / filelength) * 100) '传输完毕
If ProgressBar1.Value >= 100 Then
StatusBar1.SimpleText = "数据传输完毕！"
3.5系统运行
不断将程序完善直到可以进行运行，系统运行结果如图（3）（4）。

图（3）是数据发送完毕情况图（4）是数据接收完毕情况
图3
图4
4实验结论
刚开始拿到题目时根本无从下手，后来通过老师的讲解，知道我们这个实验可以通过
Winsock控件来实现，大致了解了整个框架。

但我们对控件的运用不是很清楚，于是去图书馆查阅相关资料、上网搜索相关知识，对Winsock控件有了一个基本的了解。

于是慢慢去构思，一步一步去实现基于UDP的文件传输，并基本成功了。

实验中我们了解到UDP传输文件的大小是有界限的，而这一问题可以通过数据拆包的方法来解决。

通过这一实验，我们了解到团队精神的重要性，同时强化了自己的动手能力和编程能力。

对Winsock控件有了更进一步的了解，并基本学会了该控件的运用。

也知道了文件传输的工作原理，同时也了解到数据库和计算机网络结合的重要性，对以后的从事这方面工作有着实际的意义。

最后我们也慢慢体会到解决一个难题是要有足够的耐心和毅力的，同时要具有足够的理论知识和实际操作的能力，慢慢去积累这方面的经验是很有必要的。

参考文献
[1] 崔彦锋，许小荣.VB网络与远程控制编程实例教程[M].北京：北京希望电子出版社，1996.34～65
[2] 卞志强.Visual Basic网络程序设计[M].北京：人民邮电出版社，1993.48～93
[3] 肖斌，董磊.Visual Basic 6 网络编程实例教程[M]北京：北京希望电子出版社, 1998.47～139
[4] Loren Eidahl.Visual Basic控件设计与开发[M].浙江：浙江科学技术出版社，1998.26～89
[5]魏江江.Visual Basic API编程百例通[M］.北京：科学出版社，2001.45～78
[6]高春艳，刘彬彬. Visual Basic空件大全[M].北京：人民邮电出版社，1991.15～31
附录A 发送窗口
Option Base 0
Const PACKSIZE As Long = 8191
Dim filepath As String, filename As String, filelength As Long '存储文件信息
Dim data() As Byte, pack As Long, send As Long '数据缓冲区,文件包数,已传输的数据
Private Sub Command1_Click()
End
End Sub
Private Sub Dir1_Change()
File1.Path = Dir1.Path
Label6.Caption = Dir1.Path
Label5.Caption = File1.List(0)
End Sub
Private Sub Drive1_Change()
Dir1.Path = Drive1.Drive
File1.Path = Dir1.Path
Label6.Caption = File1.List(0)
Label5.Caption = File1.List(0)
End Sub
Private Sub File1_Click()
Dim i As Integer
Dim RemoteIP As String, RemotePort As Long
RemoteIP = Me.Text2.Text
RemotePort = Val(Me.Text3.Text)
Me.Winsock1.RemoteHost = RemoteIP
Me.Winsock1.RemotePort = RemotePort
i = File1.ListIndex
Label5.Caption = File1.List(i)
filename = File1.filename
filepath = File1.Path + "\" + File1.filename
filelength = FileLen(filepath)
Winsock1.SendData filename
Winsock1.SendData filelength
End Sub
Private Sub Form_Load()
Dim LocalPort As Long
LocalPort = Val(Me.Text1.Text)
Me.Winsock1.Protocol = sckUDPProtocol
Me.Winsock1.Bind LocalPort
End Sub
Private Sub sendfile_Click()
StatusBar1.SimpleText = "向客户端发送数据…" '计算需要传输文件的包数
pack = (filelength - send) \ PACKSIZE
If ((filelength - send) Mod PACKSIZE) <> 0 Then pack = pack + 1
If pack = 0 Then pack = pack + 1 '传输文件
Open filepath For Binary As #1
For i = 1 To pack '如果只有一包
If pack = 1 Then
ReDim data(filelength - send) '读取数据
For j = send + 1 To filelength
Get #1, j, data(j - send)
Next '更新已传输文件的数据
send = filelength '发送文件数据
Winsock1.SendData data '如果是最后一包ElseIf i = pack Then '读取最后一包的数据
ReDim data(filelength - send)
For j = 1 To filelength - send
Get #1, send + j, data(j)
Next '发送文件数据
Winsock1.SendData data '更新已传输文件的数据
send = filelength
Exit For
Else '将文件数据放到数据缓冲区ReDim data(PACKSIZE)
For j = 1 To PACKSIZE
Get #1, send + j, data(j)
Next '发送文件数据
Winsock1.SendData data '更新已传输文件的数据
send = send + PACKSIZE
End If
ProgressBar1.Value = Int((send / filelength) * 100)
Next
ProgressBar1.Value = Int((send / filelength) * 100)
If ProgressBar1.Value >= 100 Then
StatusBar1.Panels(1).Text = "数据传输完毕！"
Close #1
End If
End Sub
Private Sub Winsock1_DataArrival(ByVal bytesTotal As Long)
Winsock1.GetData send, vbLong '返回客户端已接收文件的数据End Sub
附录A 接收窗口代码
Option Base 0
Dim flag As Boolean
Dim FileName As String, filepath As String, filelength As Long
Dim data() As Byte, received As Long
Dim tempfile As String
Private Sub Command1_Click()
Dim RemoteIP As String, RemotePort As Long
RemoteIP = Me.Text1.Text
RemotePort = Val(Me.Text3.Text)
Me.Winsock1.RemoteHost = RemoteIP
End
End Sub
Private Sub Dir1_Change()
File1.Path = Dir1.Path
Label7.Caption = Dir1.Path
Label9.Caption = File1.List(0)
End Sub
Private Sub Drive1_Change()
Dir1.Path = Drive1.Drive
File1.Path = Dir1.Path
Label7.Caption = File1.List(0)
Label9.Caption = File1.List(0)
End Sub
Private Sub File1_Click()
Dim i As Integer
Dim RemoteIP As String, RemotePort As Long
RemoteIP = Me.Text1.Text
RemotePort = Val(Me.Text3.Text)
Me.Winsock1.RemoteHost = RemoteIP
Me.Winsock1.RemotePort = RemotePort
i = File1.ListIndex
Label9.Caption = File1.List(i)
FileName = File1.FileName
filepath = File1.Path + "\" + File1.FileName
filelength = FileLen(filepath)
Winsock1.SendData FileName
Winsock1.SendData filelength
End Sub
Private Sub Form_Load()
flag = True
Dim LocalPort As Long
LocalPort = Val(Me.Text2.Text)
Me.Winsock1.Protocol = sckUDPProtocol
Me.Winsock1.Bind LocalPort
End Sub
Private Sub Winsock1_DataArrival(ByVal bytesTotal As Long)
StatusBar1.SimpleText = "正在接收服务器的数据..."
If flag = True Then
'分别接收传输文件的文件名、文件长度
Winsock1.GetData FileName, vbString, bytesTotal - 4 Winsock1.GetData filelength, vbLong
'为传输文件设置临时文件
tempfile = FileName + ".td"
'返回已接收的数据
Open Dir1 + FileName For Binary As #1
Open tempfile For Binary As #2
If LOF(2) > 0 Then
Input #2, received
Winsock1.SendData received
End If
Close #2
flag = False
Else
Open tempfile For Output As #2
'建立数据缓冲区
ReDim data(bytesTotal)
'接收服务器端传输的数据
Winsock1.GetData data, vbArray + vbByte
'将接收的数据写入文件
For j = received + 1 To received + bytesTotal
Put #1, j, data(j - received - 1)
Next
'更新已接收的数据
received = received + bytesTotal
'更新临时文件
Write #2, received
ProgressBar1.Value = Int((received / filelength) * 100) '传输完毕
If ProgressBar1.Value >= 100 Then
StatusBar1.SimpleText = "数据传输完毕！"
Close #2
'删除临时文件
Kill (tempfile)
Close #1
End If
Close #2
End If
End Sub
（附录2：成评定单绩记载页格式，本括号内信息不打印）
安徽师范大学皖江学院
课程设计成绩评定单。