【计算机网络】实验2：网络基础编程实验
【计算机网络】实验2：网络基础编程实验
一、实验目的
通过本实验，学习采用Socket（套接字）设计简单的网络数据收发程序，理解应用数据包是如何通过传输层进行传送的。
二、实验内容
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采用TCP进行数据发送的简单程序
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采用UDP进行数据发送的简单程序
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多线程\线程池对比
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写一个简单的chat程序，并能互传文件，编程语言不限。
三、实验步骤
1. 代码设计流程图
1）采用TCP进行数据发送的简单程序
面向连接TCP连接的套接字工作过程是：服务器首先启动，创建套接字后等待客户的连接；客户启动以后，创建套接字，然后和服务器建立连接；连接建立后，客户机和服务器可以通过建立的套接字连接进行信息通信。
2）采用UDP进行数据发送的简单程序
无连接UDP的套接字工作过程是：服务器首先启动，创建套接字后等待客户发来信息；客户启动以后，创建套接字，然后给服务器发送消息，客户机和服务器就可以进行信息通信了。
2. 代码解析
1）TCP & UDP的区别与联系
TCP服务是进程间可靠传输的一种方式，主要特点是：面向连接、以字节流的方式传输、点对点、全双工的方式进行。示意图如下所示：
UDP服务提供的是在服务器和客户端之间的不可靠传输，主要特点是：无连接、以数据报的方式传输。所以在实际编程实现当中，使用不同的传输协议TCP和UDP，所调用函数也不同。在TCP中：
2）代码所调用的函数
3）文件互传需要注意的问题
Q1：文件大小不确定，有可能比缓冲区大很多，调用一次write()/send() 函数不能完成文件内容的发送。接收数据时也会遇到同样的情况。
A1：要解决这个问题，可以使用 while 循环。对于 Server 端的代码，当读取到文件末尾，fread() 会返回 0，结束循环。
对于 Client 端代码，有一个关键的问题，就是文件传输完毕后让 recv() 返回 0，结束 while 循环。（注：读取完缓冲区中的数据 recv() 并不会返回 0，而是被阻塞，直到缓冲区中再次有数据。）
Q2：Client 端应该如何判断文件接收完毕？
A2：最简单的结束 while 循环的方法是文件接收完毕后让 recv() 函数返回 0，那么，如何让 recv() 返回 0 呢？recv(）返回 0 的唯一时机就是收到FIN包时。FIN 包表示数据传输完毕，计算机收到 FIN 包后就知道对方不会再向自己传输数据，当调用 read()/recv() 函数时，如果缓冲区中没有数据，就会返回 0，表示读到了”socket文件的末尾“。这里我采用调用 shutdown() 的方式发送FIN包：server 端直接调用 close()/closesocket() 会使输出缓冲区中的数据失效，文件内容很有可能没有传输完毕连接就断开了，而调用 shutdown() 会等待输出缓冲区中的数据传输完毕。
四、实验结果与分析
1. 采用TCP进行数据发送的简单程序
首先运行server程序，出现”Waiting…”表示server已经成功进入监听状态，等待client的连接请求：
再运行client程序，server程序的运行窗口立刻出现成功建立连接的提示以及对应的client地址，还有client发送的报文，然后server又循环进入了监听状态，等待client下一个连接请求：
对应的client也会收到来自server的报文：
2. 采用UDP进行数据发送的简单程序
首先运行server程序，只出现了空白的运行窗口：
这是因为UDP是无连接的，这也是与TCP最大的不同点，所以在client给server发送报文之前，server不知道谁要发送报文、发送报文的内容是什么。自然不会在运行窗口显示。
再运行client程序，server程序的运行窗口立刻出现收到来自所在地址的client发送的报文，处理完成之后，server又进入了最初的空白阶段，直到还会有下一个client给他发送报文：
对应的client也会收到来自server的报文：
3. 多线程\线程池对比
1）多线程
首先运行server程序，出现为该server分配的端口号，以及出现”Waiting…”表示server已经成功进入监听状态，等待client的连接请求：
再运行client程序，client的运行窗口立刻出现连接成功，并提示用户输入信息：
同时server运行窗口发生变化，显示了与其连接的client端口号：
在client窗口输入要传送的报文（回车结束）：
server运行窗口就会立刻响应有来自端口号196的client发来的消息，同时提示server构造响应报文：
在server运行窗口构造完响应报文（回车结束）：
client运行窗口就会立刻响应有来自server发来的消息，同时提示client构造响应报文，又回到上述步骤开始往复进行：
这就实现了多线程的聊天程序，服务器可以并发地处理来自同一用户的多个请求（或者是来自不同用户的多个请求，操作类似，故不在本实验报告中展示截图步骤）。
2）线程池
在进行服务器/客户端通信之前，会出现在当前设置线程池大小（即：server在同一时间内处理client请求的线程数量）时、当前设置任务完成时间内，执行用户任务的个数。比如下图所示是线程池大小为1、完成时间为4s时仅能执行完1个任务：
下图所示是线程池大小为5、完成时间为4s时就能执行完全部3个任务：
这就是线程池和多线程最大的不同。线程池虽然也是单个线程处理客户的请求，但并不是每接受一个新的客户请求就新建一个线程，而是在双方开始通信之前先调用一个线程池函数（如上所示）确定了固定数量的线程，才开始惯例的通信交互。
运行server程序，出现为该server分配的端口号，以及出现”Waiting…”表示server已经成功进入监听状态，等待client的连接请求：
再运行client程序，client的运行窗口立刻出现连接成功，并提示用户输入信息：
同时server运行窗口发生变化，显示了与其连接的client端口号：
在client窗口输入要传送的报文（回车结束）：
server运行窗口就会立刻响应有来自端口号196的client发来的消息，同时提示server构造响应报文：
在server运行窗口构造完响应报文（回车结束）：
client运行窗口就会立刻响应有来自server发来的消息，同时提示client构造响应报文，又回到上述步骤开始往复进行：
4. 互传文件的聊天程序
首先把server程序和client程序分别放在两个不同路径下的文件夹内，server程序所在 的文件夹内还有一个待传送的文件：
client程序所在的文件夹内则没有这个文件：
运行server程序，出现提示表明server已经成功进入监听状态，等待client的连接请求：
再运行client程序，client的运行窗口立刻提示用户输入想要的文件名：
在client的运行窗口输入要传输的文件名（本例中为test.cpp），回车键结束后提示已传输成功：
server运行窗口就会立刻显示该文件已传输成功，并跳转循环回第一个步骤等待处理客户的下一个请求：
于是在client程序所在的文件夹内就能看到test.cpp文件了：
五、实验心得
通过本次实验“网络基础编程”，我掌握了Wireshark的使用方法，能熟练运用Wireshark捕获报文并对捕获到的数据分组进行分析，对照课本知识分析HTTP 协议的报文格式，并了解了HTTP 协议的工作过程。整个实验难度系数不算高，但我还是遇到了一些困难。比如一开始捕获报文时，由于对Wireshark操作不熟练，没有对所有捕获的报文进行条件筛选，这时很难查看HTTP协议的报文以及分析HTTP的报文格式。通过独立完成本次实验，我学会了将课本上的知识学以致用，掌握了许多新知识。