數(shù)據(jù)通信軟件開發(fā)與基本原理分析論文

　　摘要：：在現(xiàn)有局域網(wǎng)技術(shù)中，以太網(wǎng)是最通用的通信協(xié)議標準。伴隨著以太網(wǎng)技術(shù)和標準的不斷發(fā)展與完善，其可以為用戶提供更多更好的的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。本設(shè)計對以太網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀和光纖通信做了簡要的分析，構(gòu)建了以太網(wǎng)的測試環(huán)境。利用Socket軟件，用光纖收發(fā)器和光纖連接兩臺PC機，進行客戶端和服務(wù)器之間的通信測試，然后基于VC++環(huán)境下利用MFC的CSocket類編程實現(xiàn)客戶端的應(yīng)用程序，并用軟件編程實現(xiàn)的客戶端與服務(wù)器進行了數(shù)據(jù)通信的測試。

　　關(guān)鍵詞：：以太網(wǎng)；光纖；TCPSocket；數(shù)據(jù)通信

　　1緒論

　　1．1以太網(wǎng)簡介

　　10G以太網(wǎng)代表了有線以太網(wǎng)最先進的技術(shù)［1］。10G以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單、具有良好的兼容性且造價比較低。千兆以太網(wǎng)作為一種針對企業(yè)設(shè)備的新型高速標準網(wǎng)絡(luò)接口已經(jīng)得到普遍應(yīng)用。隨著廣泛開展的各類寬帶業(yè)務(wù)，10G以太網(wǎng)技術(shù)在城域網(wǎng)和電信骨干網(wǎng)等得到廣泛應(yīng)用。萬兆以太網(wǎng)在設(shè)計之初就考慮到城域骨干網(wǎng)需求，充分能夠滿足大多數(shù)城市城域網(wǎng)覆蓋［2］。以太網(wǎng)主要應(yīng)用在LAN、CAN、MAN、WAN等技術(shù)領(lǐng)域。

　　1．2光纖通信

　　（1）光纖通信的優(yōu)點相對于電纜通信或微博通信，光纖通信具有許多優(yōu)點：

　�。�1）容許頻帶很寬，傳輸容量很大

　�。�2）損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很小；

　�。�3）重量輕、體積��；

　�。�4）抗電磁干擾性能好；

　�。�5）泄露小，保密性好；

　�。�6）節(jié)約金屬材料，有利于資源合理分配。

　�。�2）光纖通信的應(yīng)用光纖通信可以傳輸模擬信號和數(shù)字信號，因此得到了廣泛的應(yīng)用：

　�。�1）通信網(wǎng)；

　�。�2）計算機局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)；

　�。�3）有線電視網(wǎng)的干線和分配網(wǎng)，工業(yè)電視系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸；

　�。�4）綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)。

　�。�3）光纖通信系統(tǒng)的基本組成基本光纖傳輸系統(tǒng)有3部分組成：光發(fā)射端，光纖線路和光接收端。圖1示出單向傳輸?shù)墓饫w通信系統(tǒng)。在本次的設(shè)計中，用兩個光纖收發(fā)器充當(dāng)兩個光發(fā)射機和光接收機。光纖收發(fā)器作為以太網(wǎng)傳輸媒體轉(zhuǎn)換單元，可以將短距離的雙絞線電信號和長距離的光信號進行互換。

　　2TCP協(xié)議

　　2．1TCP/IP協(xié)議的四個層次

　　TCP/IP通訊協(xié)議具有4層結(jié)構(gòu)，每一層的需求都是通過呼叫它的下一層所提供的網(wǎng)絡(luò)來完成，具體各層相應(yīng)協(xié)議的說明解釋如圖2所示。

　　2．2TCP連接的建立與關(guān)閉

　�。�1）TCP連接的建立TCP連接的建立，應(yīng)用的是“三次握手”法。具體過程如下：第一次握手，客戶端發(fā)送一個SYN段（同步序號），指明其要連接的服務(wù)器端口。第二次握手，服務(wù)器作為應(yīng)答，發(fā)送回包含服務(wù)器的初始序號的SYN報文段。并對確認序號（ACK）設(shè)置為客戶的ISN加1，以確認客戶的SYN報文段。第三次握手，客戶須對確認序號設(shè)置為服務(wù)器的ISN加1，以確認服務(wù)器的SYN報文段。（2）關(guān)閉連接由于TCP關(guān)閉連接時需要向每個傳輸方向發(fā)送一個關(guān)閉連接的報文段，同時還需接受對方的確認報文段，因此關(guān)閉連接應(yīng)用的是“四次握手”法。具體過程如下：第一次握手，客戶端的應(yīng)用進程向其TCP協(xié)議層發(fā)出連接終止命令。第二次握手：服務(wù)器的TCP協(xié)議層收到關(guān)閉連接的報文段后，發(fā)出確認。第三次握手：服務(wù)器告知TCP協(xié)議層關(guān)閉連接。第四次握手：客戶端收到關(guān)閉連接的報文段后，發(fā)出確認，服務(wù)器收到確認，完全關(guān)閉連接。

　　2．3TCP的流量控制和擁塞控制

　　TCP的流量進行控制是利用滑動窗口機制實現(xiàn)的，接收方在返回的ACK中會包含自己的接收窗口的大小，以控制發(fā)送方的數(shù)據(jù)發(fā)送。在傳輸數(shù)據(jù)的實際網(wǎng)絡(luò)中，由于網(wǎng)絡(luò)中的鏈路容量、交換結(jié)點中的緩存、處理機等都有著工作的極限，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的需求超過它們的工作極限時，就出現(xiàn)了擁塞，這時可引入一個擁塞窗口。TCP連接建立時，發(fā)送方發(fā)送一個長度為MSS的報文段，如果網(wǎng)絡(luò)沒有出現(xiàn)擁塞，擁塞窗口會增大到2MSS，以便把更多的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。如果都收到確認，那么擁塞窗口就按照指數(shù)規(guī)律一直增大窗口。但如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞，擁塞窗口就開始減小。

　　3Socket軟件數(shù)據(jù)通信測試

　　3．1流式套接口

　　利用socket的數(shù)據(jù)流進行通信。套接口的工作過程如下：（1）用socket（）函數(shù)在服務(wù)器端建立一個通信的端點；（2）用bind（）函數(shù)綁定這個端點的地址；（3）在服務(wù)器端使用listen（）函數(shù)偵聽連接請求，當(dāng)遠程的客戶機使用connect（）函數(shù)連接listen（）函數(shù)正在監(jiān)聽的端口時，使用accept（）函數(shù)進行處理。當(dāng)accept（）函數(shù)處理了連接請求后，將會生成一個新的描述這個連接端口的套接字，利用這個套接字就可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)了。若listen（）始終未偵聽到連接請求，則服務(wù)器會在accept（）處阻塞，直至有連接請求到來。

　　3．2Socket軟件數(shù)據(jù)通信測試

　　TCP/UDPSocket調(diào)試工具提供了TCPClient、TCPServer、UDPClient、UDPServer、UDPGroup共5種Socket調(diào)試方案。下面是TCPClient方案的調(diào)試。在調(diào)試過程中，兩臺PC機用兩個光纖收發(fā)器和一根光纖連接進行數(shù)據(jù)的通信。（1）創(chuàng)建TCPClient；（2）向服務(wù)器綁定的端口號連接；（3）雙方通信，如圖3和圖4所示。圖3和圖4只是客戶端的數(shù)據(jù)收發(fā)情況，服務(wù)進程要先于客戶請求啟動，即只有服務(wù)器處在監(jiān)聽狀態(tài)時，客戶端的連接請求才有可能被服務(wù)器接收到。

　　4VC++實現(xiàn)Socket通信編程

　　4．1CSocket類編程基本原理

　�。�1）連接建立階段：首先服務(wù)器中的監(jiān)聽套按字調(diào)用listen（）對端口進行監(jiān)聽，客戶端的套接字調(diào)用connect（）向服務(wù)器端的特定端口發(fā)出鏈接請求，客戶機端會調(diào)用套接字的OnConnect（）告知連接的結(jié)果，可以判斷是否鏈接成功并查詢失敗的原因。如果成功連接，表示客戶機和和服務(wù)器之問建立起了一個通信的通道，為通信做好準備。（2）通信階段：這是整個過程的核心部分，相對簡單，就是數(shù)據(jù)的發(fā)送，調(diào)用send（），receive（）函數(shù)。（3）拆除連接階段：在傳完數(shù)據(jù)之后，調(diào)用Close（）關(guān)閉套接字，釋放所分配的資源。當(dāng)對方的套接字被關(guān)閉后，框架會調(diào)用OnConnecl（）函數(shù)通知。

　　4．2編程實現(xiàn)

　　Socket數(shù)據(jù)通信在VisualC++6．0中用程序做一個TCPSocket軟件的客戶端，并能夠通信，操作步驟如下：圖6建立MFCAppWizard［EXE］工程（1）創(chuàng)建MFCAppWizard［EXE］工程；打開VisualC++6．0界面，單擊“文件/新建”如圖6；（2）創(chuàng)建應(yīng)用程序選擇基本對話框；（3）完成客戶端會話框；（4）添加一個新類；（5）添加成員變量；（6）添加成員函數(shù)OnConnect（）；（7）添加控件程序；（8）在CSocket_002Dlg：：OnInitDialog（）中添加代碼。服務(wù)端和客戶端的通信如圖7所示。從圖7可以看出，編程實現(xiàn)的客戶端可以用來數(shù)據(jù)通信。

　　5總結(jié)

　　本設(shè)計在TCPSocket的基礎(chǔ)上，完成了數(shù)據(jù)通信軟件的開發(fā)。首先，在兩臺PC機上，用光纖收發(fā)器進行數(shù)據(jù)通信的測試，熟悉了數(shù)據(jù)通信的基本流程。然后，在VC++開發(fā)環(huán)境下，熟悉開發(fā)環(huán)境，創(chuàng)建了一個名“為S ocket_002”的MFCAppWiz—ard［EXE］工程。在這個工程下，建立客戶端和服務(wù)器端的對話框，生成一個源程序。在該程序中生成變量，添加控件程序，進行編譯和運行，生成一個．EXE文件。一個TCPSocket的通信軟件的開發(fā)就完成了。用開發(fā)出的軟件，進行了客戶端和服務(wù)器端的通信［3，4］。本設(shè)計表明基于VC++開發(fā)環(huán)境可以方便地開發(fā)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用，建立數(shù)據(jù)通信的測試和應(yīng)用系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)通信的任務(wù)。在此基礎(chǔ)上還可以在其他的操作系統(tǒng)上完成軟件的數(shù)據(jù)通信開發(fā)，例如Lnix，Unix，WindowsCE操作系統(tǒng)，拓展更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　參考文獻

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