基于TCP协议的局域网通信程序的设计

肇宇飞（长安大学,西安　710021）

基于TCP协议的局域网通信程序的设计

肇宇飞
（长安大学,西安710021）

摘要：本文设计并实现了基于TCP协议的局域网简单即时通信系统，设计主要应用C/S模式，运用SOCKET套接字接口实现底层通信，并发送和接受TCP数据包、模拟Ethernet帧的发送过程。本通信系统实现了基本通信功能，包括客户端登陆验证、向好友发送文字信息和图片信息以及好友信息的保存。好友间实现文件传输和消息传递是运用P2P方式。本文先从系统设计的背景意义及需求分析入手，主要介绍了发送和接受TCP数据包设计思想和模拟Ethernet帧的发送过程设计思想并阐述了套接字和多线程执行任务等。

关键词：套接字;模拟Ethernet帧发送过程;C/S模式;TCP协议;文件传输

1　绪论

1.1开发背景及意义

进入21世纪，随着IT技术的飞速发展，网络时代随之到来，它将人们生活中原本互不联系的各个模块编织到一起，给人们的生产生活带来了极大的方便。例如，现如今的微信、腾讯QQ、MSN等基于网络的即时聊天软件已经逐步取代了人们传统的通信方式，对比传统媒介，此类聊天软件具有操作简单、经济实用、实时性强、能存储大量数据等优点。除此之外，即时聊天软件还具有其他传统通信方式不具备的特殊功能，它们除文字外还能传送图片、影像、文件和声音，而且还具有许多人性化的设计，例如个人空间和显示好友状态等。

1.2需求分析

当今社会正处于信息技术飞速发展的时代，在此时代背景下，通信网络和计算机是信息交互的基础设施。在网络十分普及的今天，通过网络交友、通信是大多数人的首选。局域网通信系统是现今网上最简单的点对多点通信系统。一个简单的聊天软件，对于程序员来说就是在许多端点间实现点对多点的通信。基于TCΡ协议的局域网通信是一个方便实现的、灵活的、低投入的方法。它可以在多种基于TCΡ协议的通信网络上运行。

2　基于TCP协议的局域网通信程序设计概述

2.1发送和接受TCP数据包

TCΡ是一种可靠的、面向连接的传输层协议。TCΡ协议在网络层IΡ协议的基础上工作。本课程设计的目的是设计一个发送和接收TCΡ数据包的程序，其功能是填充一个TCΡ数据包，发送给目的主机，并在目的主机接收此TCΡ数据包，将数据字段显示显示在标准输出上。编写MFC应用图像界面程序，实现消息的发送与接收要求：

1）建立聊天服务器，并通过设置IΡ及端口号连接服务器；

2）TCΡ头部参数自行设定；

3）在客户端输入消息并发送；

4）实现TCΡ文件的发送与接收。

2.2模拟Ethernet帧的发送过程

现今，Ethernet是人们普遍使用的局域网。通过了解模拟Ethernet帧的发送过程可以更加深刻理解局域网的知识。设计本通信系统就是模拟Ethernet帧的发送过程，更加深入地了解掌握Ethernet帧的数据发送流程。

模拟Ethernet帧的数据发送流程的标准：

1）模拟Ethernet上的两台主机，分别用线程a和线程b来表示；2）模拟总线用bus双字类型变量；

3）两个子线程向总线发送自己的数据。数据用此线程号模拟，发送数据用线程号和Bus的“或”操作进行模拟；

4）所有主机需要向总线上发送25组有效的数据，假如任意一次数据未发送成功，那么终止该线程。

3　设计思想

3.1发送和接受TCP数据包设计思想

本程序设计的目标是接受发送TCΡ数据包，并能够运用原始套接字来完成此项任务。本程序设计主要由发送TCΡ数据包和模拟Ethernet帧的发送两个模块构成。

3.2模拟Ethernet帧的发送过程设计思想

3.2.1Ethernet帧的发送流程

1）侦听载波过程：thernet中每个结点发送数据是利用总线作为传输介质，总线是所有结点共享的公共传输介质。因此每个结点在发送一个帧前，需要判断总线是否为空。由于Ethernet的数据是使用曼彻斯特编码方式，可以利用判断总线电平是否跳变的方式判断总线是否为空。若总线为空，则可启动发送，否则继续侦听。

2）检测冲突过程：在数据传输过程中，极有可能产生阻塞（阻塞是指总线上同时出现多个数据传输，它们叠加后的信号波形与所有发送结点输出的信号波形有所出入。原因是可能会有多个主机同时在侦听总线，当它们判断总线为空时，它们会向总线传输数据）。所以在发送数据过程中，应该进行阻塞检测，如果发生阻塞应当立即停止数据传输。

3）随机延迟重发：在检测到阻塞、停止传输后，结点进行随机延迟后重发。若重发后还没成功，则显示传输失败，取消该帧的传输。随机延迟的计算方法一般采用截止二进制指数年后退算法。该算法可表示为：τ=2的n次方乘以x乘以c。其中τ为结点重新发送需要的后退延迟时间，c为冲突窗口值（冲突窗口为总线最大长度和电磁波在介质中的传播速度比值的2倍），x为随机数，n的取值n=min(n,25)，k是该帧被成功传输的次数。

3.2.2帧接收流程大致可以分以下三个步骤

1）检验是否发生阻塞，如果发生阻塞，则舍弃此帧；如果没有发生阻塞，则下一步；

2）检验该帧的目的地址判断能否接收该帧，如果可以接收，则进行下一步；

3）进行CRC校验和检验LLC数据长度；如果全部正确，则接收该帧，否则舍弃。

4　结语

本程序设计基本达到了高速度、人性化、稳定性、模块化、安全性等设计要求。程序设计重点设计实现了系统应用的模块。从实验的结果来看，本通信系统拥有较好的、较人性话的聊天窗口和稳定流畅的网络通信。通过本次基于TCΡ协议的简单局域网通信系统设计，我进一步深刻地了解了局域网通信、C/S模式以及套接字接口实现的相关知识，熟悉掌握了TCP数据包的发送和接受以及模拟Ethernet帧的发送，深刻理解了其中原理。我相信，局域网通信系统在教育、商业等领域会发挥越来越重要的作用。

参考文献：

[1]李为民.高校实验室管理系统的设计与开发[J].福建电脑,2009(12).

[2]黄吉亚,谢树云,赵莉.浅谈实验室管理系统的设计与开发[J].科技传播,2010(15).

[3]尹光,梁伟洋.一种基于网络的实验室管理系统[J].电子工程师,2000(06).

作者简介：肇宇飞(1994-)，男，辽宁铁岭人，本科，研究方向：计算机技术。