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基于TCP的文件传输实验报告

时间：2011-08-14 21:16:26 下载该word文档

综合课程设计报告

基于TCP协议的文件传输系统

学生姓名：

指导教师：

所在系：

所学专业：

年级：

20１１年６月

摘要………………………………………………………………………………………2

1、实验的相关知识 .......................................................3

1.1、通信的模式..........................................................3

1.1.1、传输的可靠性......................................................3

1．2.1、TCP/IP的网络体系结构..............................................3

1.2.2、TCP/IP网络协议 ...................................................4

1.2．3、TCP——传输控制协议...............................................4

2、winsock控件 .........................................................5

2.1.1、winsock的重要属性、方法和事件.....................................5

2.1.2、winsock控件通信的工作原理.........................................7

3、程序设计与实现.........................................................8

3.1、程序设计.............................................................8

3.1.1、总体设计...........................................................8

3.1.2、模块设计...........................................................9

3.2、程序实现.............................................................10

3.2.1、工作原理...........................................................10

3.2.2、服务器端主程序.....................................................11

3.2.3、客户端主程序.......................................................14

4、实验总结...............................................................17

参考文献...............................................................17.

成绩评定................................................................18

基于ＴＣＰ协议的文件传输系统

摘　　要

随着网络的普及，网络编程显得尤其重要。本实验使用Winsock控件实现两台计算机间的文件传输，描述了Winsock控件的使用方法及有关文件传输的算法。
　随着计算机网络的迅速发展，人们的生活越来越离不开网络，如今网络编程已成为计算机发展的热点，而在众多的网络通信中，又以TCP/IP协议最为流行。本文讨论的Winsock控件，提供了访问TCP/IP网络的捷径，使用它可以不必了解TCP/IP的细节和调用Winsock API，只要设置好相应的属性和触发事件后的处理，就可以实现计算机之间的数据通信，进行文件传输了。同时为了便于传输文件过程中的中断现象，在实验时应该充分考虑断点续传问题，即中断文件传输后已经传输的文件不丢失，等到再传时，能继续接着传送。

关键词：TCP/IP协议，Winsock控件，网络编程，文件传输，断点续传。

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。

1.1.1 传输的可靠性

要想实现文件的可靠性传输，可以使用流式套接字。因为流式套接字提供面向连接的、无差错的、发送顺序一致的、包长度不限和非重复的网络信息的传输，能提供更好的可靠性。而对于数据报套接字提供的是无连接的服务，以独立的数据报进行传输，不保证顺序性、可靠性和无重复性，相比之下用流式套接字能提供更好的的可靠性传输。

1、2、1TCP/IP的网络体系结构

TCP/IP协议采用层次体系结构，如图1所示，从图中可以看出，每一层在逻辑上都与通信端的对应层相连接。图中所示的服务器程序持续监听通信客户端；客户端仅周期性地与服务器相连接以交换数据，其中TCP协议层提供相当于OSI参考模型中传输层的服务，为收、发端应用程序提供通信；IP协议层负责提供统一的数据报；链路层主要功能是收、发IP层的IP数据报；TCP/IP之上是该协议提供的各种服务，而底层网络可以是不同的物理网络，如Ethernet、Token Ring、X.25公共分组交换网等。

图1 TCP/IP协议层模型（LAN）

1、2、2 TCP/IP网络协议

协议是对等的网络实体之间通信的规则，可以简单地理解为网络上各计算机彼此交流的一种“语言”。网络通信协议设计的基本原则是层次化，层和协议的集合被称为网络体系结构。相邻层之间的接口定义了下层向上层提供的基本操作和服务，下层向上层提供的服务分两种形式：面向连接的服务和无连接的服务。

计算机网络中已经形成的网络体系结构主要有两个：OSI参考模型和TCP/IP参考模型。TCP/IP参考模型是因特网（Internet）的基础。和OSI的7层协议相比，TCP/IP协议只有4个层次。通常说的TCP/IP是一组协议的总称，TCP/IP实际上是一个协议族，包括100多个相互关联的协议，其中IP(Internet Protocol, 网际协议)是网络层最主要的协议；TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)和UDP(User Datagram Protocol,用户数据报协议是传输层中最主要的协议)，一般认为IP、TCP、UDP是最根本的三种协议，是其他协议的基础。

1.2.3 TCP——传输控制协议

面向连接的通信可以使用可靠通信，在这时候，第四层协议发送数据接收方的确认，如果未收到数据或者数据被损坏，则请求重新传输。TCP协议就使用这种可靠通信。使用TCP协议的应用层协议包括HTTP、FTP、SMTP和Telnet等。

TCP要求在发送数据之前必须打开连接。服务器应用程序必须执行一个称作被动打开（passive open）的操作，以利用一个已知的端口号创建一个链接，这是，服务器并不是对网络进行呼叫，而是侦听并等待引入的请求。客户应用程序必须执行一个主动打开（active open），为此，它向服务器应用程序发送一个同步序列号（SYN）以标识连接。客户应用程序可以将动态端口号作为本地端口使用。服务器必须向客户发送一个确认（ACK）以及服务器的序列号（SYN）。随后，客户回复一个ACK，这样就建立了链接。

现在可以发送和接收消息了。接收消息后，总是返回ACK消息。如果在收到ACK之前发送方已经超时，则消息将被放到重发队列中以再次发送。

由于它的握手机制，所以TCP协议比较复杂并且费时，但此协议在处理数据时对数据包的传送有保障，从而使得在应用程序协议中不需要再包括该功能。

2. 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）。

2.1.1 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TCP。注意：虽然可以在运行时设置协议，但必须在连接未建立或断开连接后。

SocketHandle：

SocketHandle返回当前socket连接的句柄，这是只读属性。

RemoteHostIP：

返回远程计算机的IP地址。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。如果使用的是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。

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：

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。

2.1.2 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。因此，基于TCP/IP协议的通信，需要分别建立客户端应用程序和服务器端应用程序。其大致流程如图1所示：

图1 Winsock工作原理
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。

3程序设计与实现

3.1 程序设计

3.1.1总体设计

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。

否

是

、

图2 服务器和客户机的基本流程

3.1.2模块设计

（1）服务端模块

客户端要能实现的都功能应该有：能查找要传送的文件；能够侦听连接；能够与客户端建立连接；能共发送数据。客户端要与服务器端进行通信，首先，必须知道服务器端的域名或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，还必须和服务器端约定相同的端口（RemotePort属性），用于数据的输入和输出；最后，调用Connect方法与服务器端建立连接。服务器端应设置一个监听端口（LocalPort属性），端口应与客户端的端口相同，同时调用Listen方法时刻监听客户端的连接请求（ConnectionRequest事件）；当接收到客户端的连接请求时，可调用ConnectionRequest事件的Accept方法，这样与客户端的连接就建立了。

（2）客户端模块

客户端能实现的功能有：能够与服务器建立连接，能够接受服务器传来的数据；能够保存所接受的数据等。客户端和服务器端成功建立连接后，任何一方都可以自由的发送数据（SendData方法）和接收数据（GetData方法），这些方法都在DataArrival事件中。

3.2 程序的实现

3.2.1 工作原理

本实验将实现的文件传输只有一个发送方和一个接收方，这是最基本的文件传输方式，运用的原理也比较简单：发送方先获取待传输文件的基本信息，主要是文件名及文件长度（用于创建数据缓冲区）；然后，将其发送给接收方；接着，建立和文件一样大小的数据缓冲区，并将文件读入；最后，将数据缓冲区中的数据发送给接收方。与此同时，当接收方接收到文件名和文件长度之后，就为其创建新的文件和数据缓冲区；然后，接收传输的文件数据，并将其放在数据缓冲区中；最后，依次将数据缓冲区的数据写入新创建的文件中。这样便完成了不同计算机之间的文件传输。

然而，当需要传送的数据比较大时，就不能像以上介绍的那样，直接将整个文件放入数据缓冲区中了，我们的内存是无法忍受用一个几百MB甚至上GB的空间去存储那些临时数据的。这时可以将文件按照一定的大小，分成若干个数据包（远小于内存的容量）。首先，设置数据包的大小（如64K），根据文件的基本信息（主要文件的长度），计算出总共需要的数据包数；然后，依次读取同数据包一样大小的数据到数据缓冲区中；接着，将数据缓冲区中的数据，发送到指定的计算机上；同时在另一端，建立一个数据缓冲区，缓冲区的大小要根据接收到的数据来确定，依次接收客户端传输过来的数据包，并将数据缓冲区的数据写入相应的文件中，这样就很容易实现大文件的传输了。
但还有些时候，当我们在传输文件的过程中，突然被意外中断，导致网络连接中断。这时，我们又不得不再次将文件重新传输一次，显然这浪费了不少的时间，那怎样解决这类问题呢？这就涉及到＂断点续传＂了，即我们可以接着上次未传输完的地方，继续传输文件。
＂断点续传＂的方法有多种，比较常见的一种是通过设置一个临时文件，记录已经传输的文件信息，当传输文件中断时，可以通过临时文件的数据来推算出未传输的数据；然后，在每次进行文件传输前，都先查找文件是否有临时文件，并将此信息传输给服务器端，于是服务器端可据此再接着进行传输剩余的数据，当文件全部传输完毕时，删除临时文件，这样就实现了＂断点续传＂。

3.2.2服务器端主程序：

“通用”中声明如下：
Option Base 1
Const PACKSIZE As Long = 65536 '每包大小为64K
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
“发送文件”按钮事件代码：
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 + 1 = 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)
Close #1
End Sub
'返回客户端已接收文件的数据
Private Sub Winsock1_DataArrival(ByVal bytesTotal As Long)
Winsock1.GetData send, vbLong
End Sub

"开启"按钮事件的代码：
Private Sub start_Click()
Winsock1.Protocol = sckTCPProtocol '以TCP方式进行通信
'设置服务器通信程序的端口号，这里笔者使用的端口是8080
Winsock1.LocalPort = Val(portText.Text)
Winsock1.Listen '等待客户端连接请求
'状态栏显示提示文字
StatusBar1.SimpleText = "服务器已工作，准备接受请求…"
End Sub
"客户端请求连接"事件代码：
Private Sub Winsock1_ConnectionRequest(ByVal requestID As Long)
'如果当前连接是打开的，则关闭
If Winsock1.State <> 0 Then
Winsock1.Close
End If
Winsock1.Accept requestID '接受客户请求
StatusBar1.SimpleText = "有客户请求，建立连接。"
End Sub
Private Sub Dir1_Change()

File1.Pattern = ("*.*")

File1.Path = Dir1.Path

End Sub

Private Sub Drive1_Change()

Dir1.Path = Drive1.Drive

End Sub

Private Sub file1_Click()

Label2.Caption = "你选择的是: " & Dir1.List(-1) & "\" & File1.filename

filepath = File1.filename

filelength = FileLen(Dir1.List(-1) & "\" & File1.filename)

End Sub
运行效果如图3所示：

图3 服务器端断点续传的运行效果

3.2.3客户端主程序

Option Base 1
Dim flag As Boolean '设置开关
Dim filename As String, filelength As Long '存储文件信息
Dim data() As Byte, received As Long '声明数据缓冲区和已接收的数据
'初始化开关
Private Sub Form_Load()
flag = True
End Sub
"连接"按钮事件的代码：
Private Sub connect_Click()
Winsock1.Protocol = sckTCPProtocol '以TCP方式进行通信
'设置远程服务器IP地址，为方便调试笔者使用的是自身的IP地址
Winsock1.RemoteHost = hostText.Text
'设置远程服务器通信程序端口号，与服务器端相同
Winsock1.RemotePort = Val(portText.Text)
Winsock1.connect '与服务器端建立连接
End Sub
"数据到达"事件的代码：
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 “d:\”+ 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, vb + 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
运行效果如图4所示：

图4 客户端断点续传的效果

4、总结

整个设计到目前为止已基本完成，从选择这个设计课题开始，对winsock控件一无所知到现在能够独立完成本次设计，从中获益非浅。在设计中碰到了很多所未预料的棘手的难题，通过图书馆查阅资料，上网搜索相关知识以及通过VBQQ群里的朋友的帮助，逐个逐个的解决难题。同时，对自己程序设计的思维和问题解决能力也是一个很大的提高。

本课题设计了基于VB的网络数据传输的C/S模型以及控制端和受控端模型。其中Winsock控件、文件夹的传输、添加客户端，是设计的重点和难点。每个模块都通过了多次的实验和测试。

本文通过在VB中使用Winsock控件，实现网络之间的文件传输，更进一步理解了其工作原理。此外，还研究在网络传输文件中要注意的问题，并对怎样处理传输文件比较大时的情况进行了详细的分析，并通过实际的方法实现了文件的“断点续传”，可以满足实际中的要求，其设计的思想也具有普遍的通用性。

通过此次的毕业设计,从另一个角度加深了自己的编程和软件开发的能力。首先，对设计的需求和功能设计要有全局的了解和掌握。在初次拿到这个课题时对winsock控件作了一番了解，简单实现了字符的通信；在此基础上设计本课题需要实现的功能模块。在实际编程过程中，对于客户端的断开再连接实现操作一直是个难题，同时深层次的文件夹传输也困扰了许久。。

在本次设计中所遇到的一些难点，都是由自己寻求各种途径和方案最终将其解决，在编程和设计思路上有了新的提升。