网络编程实验指导书

《网络编程》实验指导书梁峰微机综合实验室随着计算机和Internet网络的发展，原先在测量、控制、消费等领域不同设备/仪器之间，大多采用RS232/485或现场总线组建网络等进行数据传输的情况正在改变，特别在要求数据传输速度和可靠性方面的应用产品，转向基于Internet网络的远程传输和应用。

网络编程大多基于TCP/IP协议，实现方法有多种，复杂但编程适应性广的方法是调用底层的Winsock API函数或MFC基本类等；简单方便的方法可以采用如Winsock控件。

在网络编程中最常用的方案便是客户机/服务器模型，客户应用程序向服务器程序请求服务；另外一种模式是点对点通信，通信双方对等，既有客户机功能又有服务器的功能，编程简单，适合传输数据流少的场合，而且采用简单的UDP协议，易于用微控制器等嵌入式系统实现，在测量控制方面有许多应用。

本实验指导书将介绍一些网络编程和Winsock控件知识，用VC++实现网络间的通信。

本实验共有16学时，分为8次实验进行。

实验一网络编程相关知识的介绍及学习一．实验目的：了解TCP/IP体系结构，Winsock编程套接字原理，Windows Sockets 网络程序设计核心原理二．实验任务：学习网络编程的原理，熟悉VC++6.0，MFC类的生成向导等工具的使用三．实验内容1．了解TCP/IP体系结构TCP/IP协议的核心部分是传输层协议(TCP、UDP)，网络层协议(IP)和物理接口层，这三层通常是在操作系统内核中实现。

因此用户一般不涉及。

编程时，编程界面有两种形式：（1）是由内核心直接提供的系统调用；（2）使用以库函数方式提供的各种函数。

前者为核内实现，后者为核外实现。

用户服务要通过核外的应用程序才能实现，所以要使用套接字(socket)来实现。

下图是TCP/IP协议核心与应用程序关系图。

2．套接字Sockets及Winsock编程原理Windows Sockets接口是TCP/IP网络最为通用API（应用程序接口），已成为Windows网络编程的事实上的标准。

它以Unix中流行的Socket接口为范例定义了一套Microsoft Windows下网络编程接口函数库。

它不仅包含了人们所熟悉的Berkeley Socket风格的库函数；也包含了一组针对Windows的扩展库函数，以使程序员能充分地利用Windows消息驱动机制进行编程。

SOCKET实际在计算机中提供了一个通信端口，可以通过这个端口与任何一个具有SOCKET接口的计算机通信。

应用程序在网络上传输，接收的信息都通过这个SOCKET接口来实现。

在应用开发中就像使用文件句柄一样，可以对SOCKET句柄进行读，写操作。

VC++对原来的WindowsSockets库函数进行了一系列封装，继而产生了CAsynSocket、CSocket、CSocketFile等类，它们封装着有关Socket的各种功能。

在VC中进行WINSOCK的API编程开发，需要使用到下面三个文件：WINSOCK.H：这是WINSOCK API的头文件。

WSOCK32.LIB： WINSOCK API连接库文件。

在使用中，一点要把它作为项目的非缺省的连接库包含到项目文件中去。

WINSOCK.DLL：WINSOCK的动态连接库。

总的来说，使用SOCKET接口（面向连接或无连接）进行网络通信时，必须按下面简单的四步进行处理：（1）程序必须建立一个 SOCKET。

（2）程序必须按要求配置此SOCKET。

也就是说，程序要么将此SOCKET连接到远方的主机上，要么给此SOCKET指定一个本地协议端口。

（3）程序必须按要求通过此SOCKET发送和接收数据。

（4）程序必须关闭此SOCKET。

3．WINSOCK API主要函数简介（1）WSAStartup()：连结应用程序与 Windows Sockets DLL 的第一个函数。

说明：此函数是应用程序调用 Windows Sockets DLL函数中的第一个，也唯有此函数呼叫成功後，才可以再调用其他 Windows Sockets DLL 的函数。

（2）WSACleanup()：结束 Windows Sockets DLL 的使用。

说明：当应用程序不再需要使用 Windows Sockets DLL时，须调用此函数来注销使用，以便释放其占用的资源。

（3）socket()：建立Socket。

说明：此函数用来建立一 Socket 描述字，并为此 Socket 建立其所使用的资源。

（4）closesocket()：关闭某一Socket。

说明：此一函数是用来关闭某一 Socket。

（5） bind()：将一本地地址与一个SOCKET描述字连接在一起。

说明：此函数在服务程序上使用，是调用监听函数listen()必须要调用的函数。

（6）listen()：设定 Socket 为监听状态，准备被连接。

说明：此函数在服务程序上使用，来设定 Socket 进入监听状态，并设定最多可有多少个在未真正完成连接前的客户端的连接要求。

(目前最大值限制为 5, 最小值为1)（7）accept()：接受某一Socket的连接要求，以完成面向连接的客户端 Socket 的连接请求。

说明：服务端应用程序调用此函数来接受客户端Socket 连接请求，accept() 函数的返回值为一新的 Socket，新 Socket 就可用来在服务端和客户端之间的信息传递接收，而原来 Socket 仍然可以接收其他客户端的连接要求。

（8）connect()：要求连接某一Socket到指定的网络上服务端。

说明：此函数用在客户端，用来向服务端要求建立连接。

当连接建立完成後，客户端即可利用此 Socket 来与服务端进行信息传递。

（9）recv()：从面向连接的 Socket 接收信息。

说明：此函数用来从面向连接的 Socket 接收信息。

（10）send()：使用面向连接的 Socket 发送信息。

说明：此函数用来从面向连接的 Socket 发送信息。

（11）WSAAsyncSelect()：要求某一 Socket 有事件 (event) 发生时通知使用者。

说明：此函数用来请求Windows Sockets DLL 为窗口句柄发一条消息－无论它何时检测到由lEvent参数指明的网络事件。

要发送的消息由wMsg参数标明.被通知的套接口由s标识。

本函数自动将套接口设置为非阻塞模式。

lEvent参数由下表中列出的值组成。

值意义FD_READ 欲接收读准备好的通知。

FD_WRITE 欲接收写准备好的通知。

FD_OOB 欲接收带边数据到达的通知。

FD_ACCEPT 欲接收将要连接的通知。

FD_CONNECT 欲接收已连接好的通知。

FD_CLOSE 欲接收套接口关闭的通知。

实验二 UDP通信程序的编制一．实验目的：了解UDP协议基础，学习使用WinSock进行无连接的通信的方法二．实验任务：编程实现基于UDP的通信程序三．实验内容1．U DP协议基础UDP协议是英文UserDatagramProtocol的缩写，即用户数据报协议，主要用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。

包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。

与我们所熟知的TCP（传输控制协议）协议一样，UDP协议直接位于IP（网际协议）协议的顶层。

根据OSI（开放系统互连）参考模型，UDP和TCP都属于传输层协议。

UDP协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据报的形式。

一个典型的数据报就是一个二进制数据的传输单位。

每一个数据报的前8个字节用来包含报头信息，剩余字节则用来包含具体的传输数据。

UDP协议使用端口号为不同的应用保留其各自的数据传输通道。

UDP和TCP 协议正是采用这一机制实现对同一时刻内多项应用同时发送和接收数据的支持。

数据发送一方（可以是客户端或服务器端）将UDP数据报通过源端口发送出去，而数据接收一方则通过目标端口接收数据。

有的网络应用只能使用预先为其预留或注册的静态端口；而另外一些网络应用则可以使用未被注册的动态端口。

因为UDP报头使用两个字节存放端口号，所以端口号的有效范围是从0到65535。

一般来说，大于49151的端口号都代表动态端口。

数据报的长度是指包括报头和数据部分在内的总的字节数。

因为报头的长度是固定的，所以该域主要被用来计算可变长度的数据部分（又称为数据负载）。

数据报的最大长度根据操作环境的不同而各异。

从理论上说，包含报头在内的数据报的最大长度为65535字节。

不过，一些实际应用往往会限制数据报的大小，有时会降低到8192字节。

UDP协议使用报头中的校验值来保证数据的安全。

校验值首先在数据发送方通过特殊的算法计算得出，在传递到接收方之后，还需要再重新计算。

如果某个数据报在传输过程中被第三方篡改或者由于线路噪音等原因受到损坏，发送和接收方的校验计算值将不会相符，由此UDP协议可以检测是否出错。

这与TCP协议是不同的，后者要求必须具有校验值。

2．U DP编程基础由于UDP协议并不需要建立一个明确的连接，因此建立UDP应用要比建立TCP 应用简单得多。

WinSock提供了对UDP（用户数据报协议）的支持，通过UDP协议可以向指定IP地址的主机发送数据，同时也可以从指定IP地址的主机接收数据，发送和接收方处于相同的地位没有主次之分。

利用CSocket操纵无连接的数据发送，首先生成一个本地套接口（需要指明SOCK_DGRAM标记），然后利用int CAsyncSocket::SendTo( const void* lpBuf, int nBufLen, UINT nHostPort, LPCTSTR lpszHostAddress = NULL, int nFlags = 0 )发送数据，int CAsyncSocket::ReceiveFrom( void* lpBuf, int nBufLen, CString& rSocketAddress, UINT& rSocketPort, int nFlags = 0 )接收数据。

函数调用顺序如图。

利用UDP协议发送和接收都可以是双向的，就是说任何一个主机都可以发送和接收数据。

但是UDP协议是无连接的，所以发送的数据不一定能被接收，此外接收的顺序也有可能与发送顺序不一致。

下面是相关代码：/*发送方在端口6800上向接收方端口6801发送数据*///发送方代码：BOOL CMy62_s1_clientDlg::OnInitDialog(){CDialog::OnInitDialog();m_sockSend.Create(6800,SOCK_DGRAM,NULL); //创建本地套接口m_sockSend.Bind(6800,"127.0.0.1"); //绑定本地套接口SetTimer(1,3000,NULL); //创建一个定时器定时发送...}void CMy62_s1_clientDlg::OnTimer(UINT nIDEvent){static iIndex=0;char szSend[20];sprintf(szSend,"%010d",iIndex++);int iSend= m_sockSend.SendTo(szSend,10,6801,"127.0.0.1",0); //发送UDP数据TRACE("sent %d byte\n",iSend);...}//接收方代码BOOL CMy62_s1_serverDlg::OnInitDialog(){CDialog::OnInitDialog();m_sockRecv.Create(6801,SOCK_DGRAM,"127.0.0.1");//创建本地套接口m_sockRecv.Bind(6801,"127.0.0.1"); //绑定本地套接口SetTimer(1,3000,NULL); //创建一个定时器定时读取...}void CMy62_s1_serverDlg::OnTimer(UINT nIDEvent){char szRecv[20];CString szIP("127.0.0.1");UINT uPort=6800;int iRecv =m_sockRecv.ReceiveFrom(szRecv,10,szIP,uPort,0); //接收UDP数据TRACE("received %d byte\n",iRecv);...}/*接收方采用同步读取数据的方式，所以没有读到数据函数调用将不会返回*/3.使用UDP协议实现发送、接收数据的程序（1）建立UDP客户端程序，由小到大显示数字，如下图所示（2）建立UDP服务器端程序，如下图所示（3）客户端程序通过UDP协议向服务器程序发送数据，服务器程序接收数据并显示，如图所示：实验三 TCP通信程序的编制一．实验目的：了解TCP协议基础，学习使用WinSock进行有连接的通信的方法二．实验任务：编程实现基于TCP的通信程序三．实验内容1．T CP协议基础TCP（Transfer Control Protocol）是传输控制协议的简称，是基于连接的协议，在数据传输之前必须先建立连接，通信双方是基于客户/服务器模型，必须分别建立客户应用程序和服务器应用程序。