实验05 TCP Socket.doc

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1、一本实验目的及要求：1 掌握TCP/IP体系结构中端口、套接字、TCP协议概念。理解什么是SAP、端口的范围划分、套接字的组成等概念，掌握TCP传输模式和netstat命令的用途；2 掌握TCP SOCKET的ServerSocket和Socket；学习为TCP服务的 Socket和ServerSocket类的使用，掌握TCP连接的方法，服务器接收客户端连接请求的方法，创建输入/输出流的方法，传输数据的方法，以及关闭流和套接字，注意可能会出现的异常操作；3 理解进程和线程的概念，掌握TCP SOCKET技术中多线程技术，理解JAVA中的动态数组的内容。4 实验报告内容应包括，本实验的第三、四、

2、五部分的答案，以及第六部分的程序后要求。二、基础知识1. TCP协议TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层（Transport layer）通信协议。在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能，UDP是同一层内另一个重要的传输协议。TCP所提供服务的主要特点：面向连接的传输；端到端的通信；高可靠性，确保传输数据的正确性，不出现丢失或乱序；全双工方式传输；采用字节流方式，即以字节为单位传输字节序列；紧急数据传送功能TCP支持的服务：文件传送File Transfer；远程登录Remote login；计算机邮件Mail；网络文件系统(NFS)；远程打印(Remot

3、e printing)；远程执行(Remote execution)；名字服务器(Name servers)；终端服务器(Terminal servers)。 2. 端口TCP/IP协议中提出了端口(port)的概念，用于标识网络主机上通信的软件进程。 端口实际上是一个抽象的软件结构（包括一些数据结构和I/O缓冲区）。应用程序（即进程）通过系统调用与某端口建立关联(binding)后，传输层传给该端口的数据都被相应的应用进程所接收。端口又是在网络体系结构中应用进程访问传输服务的入口点SAP（Service Access Point服务访问点）。在TCP/IP体系中，用于存储端口号长度为16bi

4、t ，取值范围065535，它用于存储本地软件进程，所以仅具有本地意义。通常，端口分为：熟知端口，取值范围01023，为常用应用进程指定的固定值；一般端口，取值范围102449151，供一般程序使用；动态端口：4915265535供某些默认服务使用，如表1所示。表1 常用进程和熟知端口echo7验证2台计算机连接有效性daytime13服务器当前时间文本描述ftp20/2121用于命令,20用户数据telnet23远程登录smtp25邮件发送whois43网络管理的目录服务dns53域名解析tftp69小文件传输finger79主机用户信息http80HTTPpop3110邮局协议nntp11

5、9网络新闻传输协议, 发布Usenet新闻snmp161网络管理协议rip520路由协议 3. 套接字套接字Socket原意是 “插座”，简单的说就是参与通信两方的一种约定，用套接字中的相关函数来完成通信过程。为了区分不同应用程序进程间的网络通信和连接，主要使用3个参数：通信的目的IP地址、使用的传输层协议(TCP或UDP)和使用的端口号，通过将这3个参数结合起来，与一个Socket绑定，应用层就可以和传输层通过套接字接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。通常的表示方式为：SOCKET=（传输协议，IP，Port）。 4 . NetstatNetStat是DO

6、S命令,是一个监控TCP/IP网络的非常有用的工具，它可以显示路由表、实际的网络连接以及每一个网络接口设备的状态信息.Netstat用于显示与IP、TCP、UDP和ICMP协议相关的统计数据，一般用于检验本机各端口的网络连接情况。可以通过执行Netstat /help获得该应用程序选项的相关帮助。在Java语言中，实现TCP 套接字中有两个基础类，分别为：l Socket类: 建立一个客户端标识l ServerSocket类: 建立一个服务器端标识 5. ServerSocket该类实现服务器socket，一个服务器socket等待网络上的连接请求。通常操作都是基于这个请求，并且会返回一个结果

7、给请求连接者，其类描述如图2所示。图2 ServerSocket类描述ServerSocket构造方法有：ServerSocket() 创建一个空的服务端socket；ServerSocket(intport) 在指定端口创建一个服务端socket，；ServerSocket(intport, intbacklog) 在指定端口创建一个服务端socket和日志；ServerSocket(intport, intbacklog, InetAddressbindAddr) 在指定端口和地址上创建一个服务端socket和日志。 6. Socket该类实现一个客户端socket，这个socket表示在

8、通信的两台设备之间的端点，其类描述如图3所示。图3 Socket类描述Socket构造方法有：Socket() 创建一个空的客户端socket；Socket(InetAddressaddress, intport) 创建一个连接指定远程地址和端口的客户端socket；Socket(InetAddressaddress, intport, InetAddresslocalAddr, intlocalPort) 在本地指定地址和端口，创建一个连接指定远程地址和端口的客户端socket；Socket(Stringhost, intport) 创建一个连接指定主机名称和端口的客户端socket；Soc

9、ket(Stringhost, intport, InetAddresslocalAddr, intlocalPort) 在本地指定地址和端口，创建一个连接指定远程主机名称和端口的客户端socket。基本工作原理，如图4所示。1 启动服务器端ServerSocket，监听指定端口；2 启动客户端Socket，连接服务器端Socket；3 服务器端Accept确认连接，建立通信通道；4 建立输入和输出流，进行通信；5 通信完毕，关闭Socket连接。7. 多线程（Thread）每个正在系统上运行的程序都是一个进程。每个进程包含一到多个线程。进程也可能是整个程序或者是部分程序的动态执行。线程是一组

10、指令的集合，或者是程序的特殊段，它可以在程序里独立执行。也可以把它理解为代码运行的上下文。所以线程基本上是轻量级的进程，它负责在单个程序里执行多任务。Java里面有2个方法实现多线程，不论哪种方法都需要覆盖public void run()方法1 继承 Thread类，比如class MyThread extends Thread public void run() / 这里写上线程的内容 public static void main(String args) / 使用这个方法启动一个线程 new MyThread().start(); 2 实现 Runnable接口class MyThre

11、ad implements Runnable public void run() / 这里写上线程的内容 public static void main(String args) / 使用这个方法启动一个线程 new Thread(new MyThread().start(); 一般鼓励使用第二种方法，因为Java里面只允许单一继承，但允许实现多个接口。第二个方法更加灵活。三类及方法：1. ServerSocket常用方法Socketaccept() 接受客户端的连接请求；voidbind(SocketAddressendpoint) 绑定到指定的地址和端口；voidclose() 关闭该Se

12、rverSocket；InetAddressgetInetAddress() 获得该ServerSocket的本地地址；intgetLocalPort() 获得本地监听端口；intgetReceiveBufferSize() 获得接收缓存尺寸；intgetSoTimeout() 获得数据包超时时间；booleanisClosed()判断ServerSocket是否关闭；voidsetReceiveBufferSize(intsize)设置接收缓存尺寸；voidsetSoTimeout(inttimeout) 以毫秒设置数据包超时时间；StringtoString() 将地址和端口作为字符串返回

13、。2. Socket常用方法voidbind(SocketAddressbindpoint) 绑定socket在本地；voidclose() 关闭该socket；voidconnect(SocketAddressendpoint) 连接该socket到服务器上；voidconnect(SocketAddressendpoint, inttimeout) 连接该socket到服务器并设置超时时间；InetAddressgetInetAddress() 获得该socket连接的地址；InputStreamgetInputStream() 获得该 socket的输入流；InetAddressgetL

14、ocalAddress() 获得该socket的本地地址；intgetLocalPort()获得该socket的本地端口；OutputStreamgetOutputStream()获得该 socket的输出流；intgetPort()获得该 socket的远端端口；intgetReceiveBufferSize() 获得该Socket的接收缓存容量；intgetSendBufferSize()获得该Socket的发送缓存容量；intgetSoTimeout() 获得超时时间；booleanisClosed() 判断该socket是否关闭；booleanisConnected() 判断该sock

15、et是否连接；voidsetKeepAlive(booleanon) 设置该socket的连接状态；voidsetReceiveBufferSize(intsize) 设置接收缓存容量；voidsetSendBufferSize(intsize) 设置发送缓存容量；voidsetSoTimeout(inttimeout) 设置毫秒级的超时时间；StringtoString() 将该socket转换为字符串输出。三、基础概念填空1. TCP是（一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层（Transport layer）通信协议 ）， UDP是（ TCP/IP 参考模型中传输层的无连接协议 ，提供

16、面向事务的、简单的、不可靠数据传送服务 ）。2. 端口是（网络体系结构中应用层与传输层之间的通信协议接口 ），由（ 16 ）bit构成，表示范围（ 065535 ），其代表了（ 存储本地软件）进程，且只具备本地意义。3. 套接字是（参与通信两方的一种约定，用套接字中的相关函数来完成通信过程 ），其三个构成部分是（ 通信的目的IP地址 ）、（ 使用的传输层协议(TCP或UDP) ）和（使用的端口号 ）。4. NetStat是（DOS命令,是一个监控TCP/IP网络的非常有用的工具，它可以显示路由表、实际的网络连接以及每一个网络接口设备的状态信息 ），要查看有效连接信息使用的参数是（ -a ），要

17、查看所有的连接信息使用的参数是（ -n ）。当发现连接的状态是Listening表示（ 某端口 是个开放的TCP端口，正处于监听状态，等待远程用户的连接 ），Established表示（表示已建立通信连接，两台机器正在交换数据 ）。5. 在JAVA中TCP的套接字类是( Socket )和（ServerSocket ）。ServerSocket类的accept的作用是( 实现与客户端的连接，完成TCP连接的三次握手 )，Socket类获得输入流的方法是（InputStream getInputStream() ），获得输出流的方法是(OutputStream getOutputStream()

18、 ).四、 程序填空1. 客户端连接服务器端import java.io.* /引用输入与输出类库import .* /引用网络类库public class exp_5_1 public static void main(String args) String hostName = ; int port = 80; Socket cs = null; try cs = new Socket (hostName, port); System.out.println(连接+hostName+的端口+port+成功); System.out.println(对方主机 + cs.getInetAddr

19、ess() + ：对方端口 + cs.getPort(); System.out.println(本地主机 + cs.getLocalAddress() + ：本地端口 + cs.getLocalPort(); Cs. close (); catch(Exception e) System.err.println(无法连接指定服务); 2. 客户端连接服务器端，并获得输入与输出流import java.io.*;import .*;public class exp_5_3 public static void main(String args) throws IOException Socke

20、t cs = null; DataOutputStream os = null; DataInputStream is = null; try/建立socket连接 cs = new Socket (localhost, 8000);/发出连接请求 is = new DataInputStream(cs. getInputstream (); os = new DataOutputStream(cs. getOutputstream (); catch(UnknownHostException e) System.err.println(不可识别的主机); System.exit(0); ca

21、tch(IOException e) System.err.println(无法链接到服务器的8000端口); System.exit(0); DataInputStream stdIn = new DataInputStream(System.in); System.out.print(请输入你的用户名：); String username = stdIn.readLine(); String fromServer, fromUser; while(fromServer = is.readUTF() != null) System.out.println(Server: + fromServ

22、er); if(fromServer.equals(bye) break; System.out.print(Client:); fromUser = stdIn.readLine(); os.writeUTF(username + # +fromUser); Os. flush (); os.close(); is.close(); stdIn.close(); cs.close(); 3. 服务器端程序import java.io.*;import .*;public class exp_5_4/TCP通信，作为服务器 public static void main(String args

23、) throws IOException ServerSocket ss = null; try ss = new ServerSocket (8000); System.out.println(服务器开始监听8000端口的连接请求); catch(IOException e) System.err.println(8000端口不能使用); System.exit(1); Socket cs= null; try cs = ss. accept (); catch(IOException e) System.err.println(接受客户机端连接失败); System.exit(1); Da

24、taOutputStream os = new DataOutputStream(cs.getOutputStream(); DataInputStream is = new DataInputStream(cs. getInputStream() ); String inputStr, outputStr; /输出操作 os.writeUTF(Welcome to My Chat Server); os.flush();/立即将数据从输出缓存提交给网络发送 DataInputStream stdIn = new DataInputStream( System.in ); /获得键盘输入流 /

25、输入操作 while(inputStr= is. readUTF() != null) /接受网络数据 System.out.println(Customer: + inputStr); System.out.print(Server:); outputStr = stdIn.readLine(); /接受键盘输入 Os. writeUTF (outputStr); /向网络发送数据 os.flush(); if(outputStr.equals(bye) break; os.close();/流关闭 is.close(); cs.close();/套接字关闭 ss.close(); 五、实验

26、内容1在Windows下使用netstat命令，查看本地计算机开放端口。获得/help，分别测试-s -e r -a n及其组合。2. 对指定IP范围内主机上指定PORT范围进行连接测试。 import .*; (2分)import java.io.*;class myJavapublic static void main(String args)String host = 222.24.16.; (2分) String host_ip = null;Socket cs = null;for(int i=1; i17; i+) (2分)host_ip = host + i;for(int j=

27、0; j65536; j+) trycs = new Socket(host_ip, j); (2分)System.out.println(host_ip + : + j);catch(Exception e) (2分)System.err.println();报告内容：运行结果，获得探测范围中对主机开放端口数进行统计，并得到所消耗的总时间。利用RandomAccessFile将探测结果保存在文件中（IP地址和开放的端口号）2简单的单线程，一问一答式通信的TCP Server和TCP Client，注意在编译源代码时有个提示“某API已经过时”，找到该API类或者方法。在运行程序时，注意通信双

28、方是否随时输入，如果不能，考虑可能是什么原因造成的。/服务器端import java.io.*;import .*;public class SimpleServer/位置一public static void main(String args)/TCP通信，作为服务器ServerSocket serverSocket = null; /位置二/首先建立服务器try/端口号唯一标是本进程 /位置三serverSocket = new ServerSocket(10); /修改10为本地TCP已被占用的端口，或超过065535的端口，观察结果System.out.println(Server i

29、s Listening on Port 10 Now);catch(IOException e)System.err.println(Cant listen on port 10);System.exit(1);/接受客户端连接Socket clientSocket = null;tryclientSocket = serverSocket.accept(); /connectcatch(IOException e)System.err.println(Accept failed);System.exit(1);tryPrintStream out = new PrintStream(new

30、BufferedOutputStream(clientSocket.getOutputStream(), 1024) ,false);DataInputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(clientSocket.getInputStream();String inputLine, outputLine;/输出操作out.println(Welcome to My Chat Server);out.flush();/立即将数据从输出缓存提交给网络发送 /接收键盘输入 DataInputStream stdIn = ne

31、w DataInputStream(System.in);/输入操作while(inputLine = in.readLine() != null) /接受网络数据System.out.println(Customer: + inputLine);System.out.print(Server:);outputLine = stdIn.readLine(); /接受键盘输入/System.out.println(Server: + outputLine);out.println(outputLine); /向网络发送数据out.flush();if(outputLine.equals(bye)

32、 break;out.close();/流关闭in.close();clientSocket.close();/套接字关闭serverSocket.close();catch(IOException e)System.err.println(Protocol Stream Error); /客户端import java.io.*;import .*;public class MyClientpublic static void main(String args) throws IOExceptionSocket comSocket = null;PrintStream out = null;D

33、ataInputStream in = null;try/建立socket连接comSocket = new Socket(localhost, 1080);/相指定服务器的端口发出连接请求，注意服务器开放的TCP端口号 /分别对应服务器端的O/I流in = new DataInputStream(comSocket.getInputStream();out = new PrintStream(comSocket.getOutputStream();catch(UnknownHostException e)System.err.println(Cant find the Server host

34、);System.exit(0);catch(IOException e)System.err.println(Cant get I/O for the Connection);System.exit(0);DataInputStream stdIn = new DataInputStream(System.in);String fromServer, fromUser;while(fromServer = in.readLine() != null)System.out.println(Server: + fromServer);if(fromServer.equals(bye) break

35、;fromUser = stdIn.readLine();if(fromUser != null)System.out.println(Client: + fromUser);out.println(fromUser);out.close();in.close();stdIn.close();comSocket.close();注意：将位置二的语句分别放置到位置一和位置三，编译看会出现什么问题，为什么会出现问题，该如何解决。答：不能。只能每次等对方输入完才行，可能是因程序运行时占用同一通道，只能等对方不占用通道时才能执行。将位置二的语句放到位置一时，位置三会报错，因为此时serverSocke

36、t的作用范围不在位置三内，应将serverSocket用static修饰；将位置二的语句放到位置三时，调用accept（）方法的serverSocket会报错，因为此时serverSocket的作用范围被缩小在第一个try catch块中，应该在第一个try catch块的外面进行serverSocket的初始化。4以下代码是个非常经典的用户自定义一问一答协议，在这里只需要修改服务器端程序即可，添加了GreetingProtocol.java（自定义协议），调试并修改协议使程序可以正常运行。/服务器端import java.io.*;import .*;public class MyServe

37、rpublic static void main(String args)/TCP通信，作为服务器ServerSocket serverSocket = null; /首先建立服务器tryserverSocket = new ServerSocket(1080);System.out.println(Server is Listening Now);catch(IOException e)System.err.println(Cant listen on port);System.exit(1);/接受客户端连接Socket clientSocket = null;tryclientSocke

38、t = serverSocket.accept(); /connectcatch(IOException e)System.err.println(Accept failed);System.exit(1);tryPrintStream out = new PrintStream(new BufferedOutputStream(clientSocket.getOutputStream(), 1024) ,false);DataInputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(clientSocket.getInputSt

39、ream();String inputLine, outputLine; /自定义协议GreetingProtocol greeting = new GreetingProtocol();outputLine = greeting.processInput(null);/输出操作out.println(Welcome to My Chat Server);out.flush();/立即将数据从输出缓存提交给网络发送/输入操作while(inputLine = in.readLine() != null)System.out.println(outputLine); /协议处理信息 output

40、Line = greeting.processInput(inputLine); out.println(outputLine);out.flush();if(outputLine.equals(bye) break;out.close();/流关闭in.close();clientSocket.close();/套接字关闭serverSocket.close();catch(IOException e)System.err.println(Protocol Stream Error); /自定义协议public class GreetingProtocolprivate static final int WAITING = 0;private static final int SENDKNOCK = 1;private static final int SENDCLUE = 2;private static final int ANOTHER = 3;private static final int NUMJOKES = 5;