TCP/IP协议的编写

 

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基于HHARM9-EDU的TCP/IP(UDP)协议的实现

 

 

摘 要：嵌入式技术的发展日新月异，现如今，嵌入式设备已经广泛应用于各种网络，本文简要地说明一下如何实现PC与HHARM9-EDU之间的TCP/IP(UDP) 通讯。

关键词：嵌入式系统 TCP/IP协议  协议端口  套接字 UDP协议

 

ABSTRACT：The development ofembedded system make good time, now the devices of embedded system have largely applied to many kinds of network. I will briefly account for how to achieve the communication between PC and HHARM9-EDU in this article.

KEYWORDS：embedded system   TCP/IP   protocol port   socket   UDP

 

一、TCP/IP协议的概念：

传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的7层抽象的参考模型,其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。这7层是：物理层、数据链路层、网路层、传输层、话路层、表示层和应用层。

TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署(DARPA)的一项研究计划——实现若干台主机的相互通信。现在TCP/IP已成为Internet上通信的工业标准。

TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。这4层分别为：

应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。

传输层：在此层中，它提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。

网络层：负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机（但不检查是否被正确接收），如网际协议（IP）。

网络接口：对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络（如Ethernet、Serial Line等）来传送数据。

TCP/IP与OSI参考模型的对应关系如下：

 

 

二、网络传输中一个重要概念――端口：

按照OSI七层模型的描述，传输层提供进程（应用程序）通信的能力。为了标识通信实体中进行通信的进程（应用程序），TCP/IP协议提出了协议端口（protocol port，简称端口）的概念。

端口是一种抽象的软件结构（包括一些数据结构和I/O缓冲区）。应用程序通过系统调用与某端口建立连接（binding）后，传输层传给该端口的数据都被相应的进程所接收，相应进程发给传输层的数据都通过该端口输出。

端口用一个整数型标识符来表示，即端口号。端口号跟协议相关，TCP/IP传输层的两个协议TCP和UDP是完全独立的两个软件模块，因此各自的端口号也相互独立。

端口使用一个16位的数字来表示，它的范围是0~65535，1024以下的端口号保留给预定义的服务。例如：http使用80端口。

 

 

三、套接字(socket)的引入：

为了能够方便的开发网络应用软件，由美国伯克利大学在Unix上推出了一种应用程序访问通信协议的操作系统调用socket(套接字)。socket的出现，使程序员可以很方便地访问TCP/IP，从而开发各种网络应用的程序。

随着Unix的应用推广，套接字在编写网络软件中得到了极大的普及。后来，套接字又被引进了Windows等操作系统，成为开发网络应用程序的非常有效快捷的工具。

套接字存在于通信区域中。通信区域也叫地址族，它是一个抽象的概念，主要用于将通过套接字通信的进程的共有特性综合在一起。套接字通常只与同一区域的套接字交换数据（也有可能跨区域通信，但这只在执行了某种转换进程后才能实现）。Windows Sockets只支持一个通信区域：网际域( AF_INET)，这个域被使用网际协议簇通信的进程使用。

 

 

四、UDP协议：

UDP是一个无连接协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。

基于UDP(面向无连接)的socket编程：

⑴服务器端（接收端）程序：

1、创建套接字（socket）。   

2、将套接字绑定到一个本地地址和端口上（bind）。

3、等待接收数据（recvfrom）。

4、关闭套接字。

 

⑵客户端（发送端）程序：

1、创建套接字（socket）。   

2、向服务器发送数据（sendto）。

3、关闭套接字。

 

 

五、编程实现如下：

一共有两个程序：服务器端（接收端）程序和客户器端（发送端）程序

服务器端程序运行在实验箱上，客户端程序运行在PC上，从客户端发送消息，服务端收到消息显示在触摸屏上，并回复一条消息给客户端。

下面分别说明：

⑴服务器端（接收端）程序：

服务器端程序运行在实验箱上。

首先在PC上调试，操作系统是RedHat 9，调试工具为MINIGUI V1.3.3，MINIGUI上调试完成后，交叉编译后在实验箱上成功运行，效果图如下：

附：关键源代码

case MSG_TIMER:

        sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);

        num = recvfrom(sockfd,msg,MAXDATASIZE,0,

            (struct sockaddr *)&client,&sin_size);                                   

 

        if (num < 0){

        perror("recvfrom error/n");

        exit(1);

        }

 

        msg[num] = '/0';

        printf("You got a message (%s) from %s/n",

            msg,inet_ntoa(client.sin_addr) );

        SetWindowText (GetDlgItem (hDlg, IDC_static), msg);

        sprintf(tempBuf,"Welcome %s to my server.",

            inet_ntoa(client.sin_addr));

        sendto(sockfd,tempBuf,strlen(tempBuf)+1,0,

            (struct sockaddr *)&client,sin_size);

        if (!strcmp(msg,"quit")) break;

        break;

 

⑵客户器端（发送端）程序：

客户端程序可以在选择在Linux下运行，或者在Windows下运行，下面分别说明如何具体实现：

 

㈠Linux下：

我的Linux系统版本为RedHat 9，在Linux下的开发程序，由于没有像VC之类的强大开发工具，所以编程比较麻烦，调试起来也不方便，Linux下的程序采用纯C编写，本程序没有编写图形界面，只开发了一个类似Windows控制台的程序，在功能上实现了PC与实验箱之间的通信，效果图如下：

附：关键源代码

while (1) {

    int len;

    recvfrom(fd,buf,MAXDATASIZE,0,(struct sockaddr *)&reply,&len);

    printf("Server Message: %s/n",buf);

    break;

    }

 

㈡Windows下：

我的Windows版本为Windows XP，在Windows下编写程序就方便多了，由于有了VC，一切工作就简单了一下，在这里我写了两个版本的程序：

1、 Windows控制台程序

2、 图形界面程序

下面分别说明：

1、Windows控制台程序

本程序采用VC6编写，Windows下编写网络程序与在Linux下编写不太一样，主要是socket的调用有较大的不同，此外VC6主要采用C++语言，效果图如下：

附：关键源代码

while(1)

    {

        printf("Please input data:/n");

        gets(sendBuf);

        sendto(sockClient,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0,

            (SOCKADDR*)&addrSrv,len);

        recvfrom(sockClient,recvBuf,100,0,(SOCKADDR*)&addrSrv,&len);

        if('q'==recvBuf[0])

        {

            sendto(sockClient,"q",strlen("q")+1,0,

                (SOCKADDR*)&addrSrv,len);

            printf("Chat end!/n");

            break;

        }

        sprintf(tempBuf,"%s say : %s",inet_ntoa(addrSrv.sin_addr),recvBuf);

        printf("%s/n",tempBuf);

}

 

2、图形界面程序

本程序采用VC6编写，VC6提供了强大的图形界面程序编写工具，让我们开发图形界面程序十分方便，效果图如下：

附：关键源代码

while(TRUE)

    {

        retval=recvfrom(sock,recvBuf,200,0,(SOCKADDR*)&addrFrom,&len);

        if(SOCKET_ERROR==retval)

            break;

        sprintf(tempBuf,"%s说: %s",inet_ntoa(addrFrom.sin_addr),recvBuf);

        ::PostMessage(hwnd,WM_RECVDATA,0,(LPARAM)tempBuf);

    }

void CChatDlg::OnRecvData(WPARAM wParam,LPARAM lParam)

{

    str=(char*)lParam;

    GetDlgItemText(IDC_EDIT_RECV,strTemp);

    str+="/r/n";

    str+=strTemp;

    SetDlgItemText(IDC_EDIT_RECV,str);

}

void CChatDlg::OnBtnSend()

{

DWORD dwIP;

    ((CIPAddressCtrl*)GetDlgItem(IDC_IPADDRESS1))->GetAddress(dwIP);

SOCKADDR_IN addrTo;

    addrTo.sin_family=AF_INET;

    addrTo.sin_port=htons(1234);

    addrTo.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(dwIP);

CString strSend;

    GetDlgItemText(IDC_EDIT_SEND,strSend);

    sendto(m_socket,strSend,strSend.GetLength()+1,0,

        (SOCKADDR*)&addrTo,sizeof(SOCKADDR));

    char tempBuf2[300];

    sprintf(tempBuf2,"对%s说: %s",inet_ntoa(addrTo.sin_addr),strSend);

    //GetDlgItemText(IDC_EDIT_RECV,strTemp);

    str+="/r/n";

    str+=tempBuf2;

    SetDlgItemText(IDC_EDIT_RECV,str);

    SetDlgItemText(IDC_EDIT_SEND,"");

}

 

 

六、结论：

这次UPD协议的实现基本完成了PC和实验箱之间通过有线的以太网实现最基本的通讯，最关键的步骤是熟悉socket的编程。

 

 

参考文献：

〔１〕华恒HHARM9-EDU实验指导书（上，中，下）

〔２〕Brian W.Kernighan,Dennis M.Ritchie C程序设计语言（第2版·新版） 机械工业出版社 2004.1

〔３〕喻志虎 UNIX平台下C语言编程   清华大学出版社 2001.10

〔４〕侯捷    深入浅出MFC（第二版） 华中科技大学出版社 2001.1