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數據通信軟件開(kāi)發(fā)與基本原理分析論文
摘要：：在現有局域網(wǎng)技術(shù)中，以太網(wǎng)是最通用的通信協(xié)議標準。伴隨著(zhù)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(hù)提供更多更好的的數據通信業(yè)務(wù)。本設計對以太網(wǎng)的發(fā)展現狀和光纖通信做了簡(jiǎn)要的分析，構建了以太網(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(jìn)行客戶(hù)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(lèi)編程實(shí)現客戶(hù)端的應用程序，并用軟件編程實(shí)現的客戶(hù)端與服務(wù)器進(jìn)行了數據通信的測試。
關(guān)鍵詞：：以太網(wǎng)；光纖；TCPSocket；數據通信
1緒論
1．1以太網(wǎng)簡(jiǎn)介
10G以太網(wǎng)代表了有線(xiàn)以太網(wǎng)最先進(jìn)的技術(shù)［1］。10G以太網(wǎng)結構簡(jiǎn)單、具有良好的兼容性且造價(jià)比較低。千兆以太網(wǎng)作為一種針對企業(yè)設備的新型高速標準網(wǎng)絡(luò )接口已經(jīng)得到普遍應用。隨著(zhù)廣泛開(kāi)展的各類(lèi)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)等得到廣泛應用。萬(wàn)兆以太網(wǎng)在設計之初就考慮到城域骨干網(wǎng)需求，充分能夠滿(mǎn)足大多數城市城域網(wǎng)覆蓋［2］。以太網(wǎng)主要應用在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(diǎn)相對于電纜通信或微博通信，光纖通信具有許多優(yōu)點(diǎn)：
�。�1）容許頻帶很寬，傳輸容量很大
�。�2）損耗很小，中繼距離很長(cháng)且誤碼率很��；
�。�3）重量輕、體積��；
�。�4）抗電磁干擾性能好；
�。�5）泄露小，保密性好；
�。�6）節約金屬材料，有利于資源合理分配。
�。�2）光纖通信的應用光纖通信可以傳輸模擬信號和數字信號，因此得到了廣泛的應用：
�。�1）通信網(wǎng)；
�。�2）計算機局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)；
�。�3）有線(xiàn)電視網(wǎng)的干線(xiàn)和分配網(wǎng)，工業(yè)電視系統，自動(dòng)控制系統的數據傳輸；
�。�4）綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)。
�。�3）光纖通信系統的基本組成基本光纖傳輸系統有3部分組成：光發(fā)射端，光纖線(xiàn)路和光接收端。圖1示出單向傳輸的光纖通信系統。在本次的設計中，用兩個(gè)光纖收發(fā)器充當兩個(gè)光發(fā)射機和光接收機。光纖收發(fā)器作為以太網(wǎng)傳輸媒體轉換單元，可以將短距離的雙絞線(xiàn)電信號和長(cháng)距離的光信號進(jìn)行互換。
2TCP協(xié)議
2．1TCP/IP協(xié)議的四個(gè)層次
TCP/IP通訊協(xié)議具有4層結構，每一層的需求都是通過(guò)呼叫它的下一層所提供的網(wǎng)絡(luò )來(lái)完成，具體各層相應協(xié)議的說(shuō)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，應用的是“三次握手”法。具體過(guò)程如下：第一次握手，客戶(hù)端發(fā)送一個(gè)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）設置為客戶(hù)的ISN加1，以確認客戶(hù)的SYN報文段。第三次握手，客戶(hù)須對確認序號設置為服務(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(shí)需要向每個(gè)傳輸方向發(fā)送一個(gè)關(guān)閉連接的報文段，同時(shí)還需接受對方的確認報文段，因此關(guān)閉連接應用的是“四次握手”法。具體過(guò)程如下：第一次握手，客戶(hù)端的應用進(jìn)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(hù)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(jìn)行控制是利用滑動(dòng)窗口機制實(shí)現的，接收方在返回的ACK中會(huì )包含自己的接收窗口的大小，以控制發(fā)送方的數據發(fā)送。在傳輸數據的實(shí)際網(wǎng)絡(luò )中，由于網(wǎng)絡(luò )中的鏈路容量、交換結點(diǎn)中的緩存、處理機等都有著(zhù)工作的極限，當網(wǎng)絡(luò )的需求超過(guò)它們的工作極限時(shí)，就出現了擁塞，這時(shí)可引入一個(gè)擁塞窗口。TCP連接建立時(shí)，發(fā)送方發(fā)送一個(gè)長(cháng)度為MSS的報文段，如果網(wǎng)絡(luò )沒(méi)有出現擁塞，擁塞窗口會(huì )增大到2MSS，以便把更多的數據發(fā)送出去。如果都收到確認，那么擁塞窗口就按照指數規律一直增大窗口。但如果出現網(wǎng)絡(luò )擁塞，擁塞窗口就開(kāi)始減小。
3Socket軟件數據通信測試
3．1流式套接口
利用socket的數據流進(jìn)行通信。套接口的工作過(guò)程如下：（1）用socket（）函數在服務(wù)器端建立一個(gè)通信的端點(diǎn)；（2）用bind（）函數綁定這個(gè)端點(diǎn)的地址；（3）在服務(wù)器端使用listen（）函數偵聽(tīng)連接請求，當遠程的客戶(hù)機使用connect（）函數連接listen（）函數正在監聽(tīng)的端口時(shí)，使用accept（）函數進(jìn)行處理。當accept（）函數處理了連接請求后，將會(huì )生成一個(gè)新的描述這個(gè)連接端口的套接字，利用這個(gè)套接字就可以發(fā)送和接收數據了。若listen（）始終未偵聽(tīng)到連接請求，則服務(wù)器會(huì )在accept（）處阻塞，直至有連接請求到來(lái)。
3．2Socket軟件數據通信測試
TCP/UDPSocket調試工具提供了TCPClient、TCPServer、UDPClient、UDPServer、UDPGroup共5種Socket調試方案。下面是TCPClient方案的調試。在調試過(guò)程中，兩臺PC機用兩個(gè)光纖收發(fā)器和一根光纖連接進(jìn)行數據的通信。（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(hù)端的數據收發(fā)情況，服務(wù)進(jìn)程要先于客戶(hù)請求啟動(dòng)，即只有服務(wù)器處在監聽(tīng)狀態(tài)時(shí)，客戶(hù)端的連接請求才有可能被服務(wù)器接收到。
4VC++實(shí)現Socket通信編程
4．1CSocket類(lèi)編程基本原理
�。�1）連接建立階段：首先服務(wù)器中的監聽(tīng)套按字調用listen（）對端口進(jìn)行監聽(tīng)，客戶(hù)端的套接字調用connect（）向服務(wù)器端的特定端口發(fā)出鏈接請求，客戶(hù)機端會(huì )調用套接字的OnConnect（）告知連接的結果，可以判斷是否鏈接成功并查詢(xún)失敗的原因。如果成功連接，表示客戶(hù)機和和服務(wù)器之問(wèn)建立起了一個(gè)通信的通道，為通信做好準備。（2）通信階段：這是整個(gè)過(guò)程的核心部分，相對簡(jiǎn)單，就是數據的發(fā)送，調用send（），receive（）函數。（3）拆除連接階段：在傳完數據之后，調用Close（）關(guān)閉套接字，釋放所分配的資源。當對方的套接字被關(guān)閉后，框架會(huì )調用OnConnecl（）函數通知。
4．2編程實(shí)現
Socket數據通信在VisualC++6．0中用程序做一個(gè)TCPSocket軟件的客戶(hù)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(kāi)VisualC++6．0界面，單擊“文件/新建”如圖6；（2）創(chuàng )建應用程序選擇基本對話(huà)框；（3）完成客戶(hù)端會(huì )話(huà)框；（4）添加一個(gè)新類(lèi)；（5）添加成員變量；（6）添加成員函數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(hù)端的通信如圖7所示。從圖7可以看出，編程實(shí)現的客戶(hù)端可以用來(lái)數據通信。
5總結
本設計在TCPSocket的基礎上，完成了數據通信軟件的開(kāi)發(fā)。首先，在兩臺PC機上，用光纖收發(fā)器進(jìn)行數據通信的測試，熟悉了數據通信的基本流程。然后，在VC++開(kāi)發(fā)環(huán)境下，熟悉開(kāi)發(fā)環(huán)境，創(chuàng )建了一個(gè)名“為S ocket_002”的MFCAppWiz—ard［EXE］工程。在這個(gè)工程下，建立客戶(hù)端和服務(wù)器端的對話(huà)框，生成一個(gè)源程序。在該程序中生成變量，添加控件程序，進(jìn)行編譯和運行，生成一個(gè)．EXE文件。一個(gè)TCPSocket的通信軟件的開(kāi)發(fā)就完成了。用開(kāi)發(fā)出的軟件，進(jìn)行了客戶(hù)端和服務(wù)器端的通信［3，4］。本設計表明基于VC++開(kāi)發(fā)環(huán)境可以方便地開(kāi)發(fā)以太網(wǎng)的數據通信的應用，建立數據通信的測試和應用系統，完成數據通信的任務(wù)。在此基礎上還可以在其他的操作系統上完成軟件的數據通信開(kāi)發(fā)，例如Lnix，Unix，WindowsCE操作系統，拓展更寬廣的應用領(lǐng)域。
參考文獻
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