基于C++实现（控制台）Socket 接口实现自定义协议通信【100010754】

# 基于 Socket 接口实现自定义协议通信 # 一、实验目的 学习如何设计网络应用协议 掌握 Socket 编程接口编写基本的网络应用软件 # 二、 实验内容 根据自定义的协议规范，使用 Socket 编程接口编写基本的网络应用软件。 - 掌握 C 语言形式的 Socket 编程接口用法，能够正确发送和接收网络数据包。 - 开发一个客户端，实现人机交互界面和与服务器的通信。 - 开发一个服务端，实现并发处理多个客户端的请求。 - 程序界面不做要求，使用命令行或最简单的窗体即可。 - 功能要求如下： 1. 运输层协议采用 TCP 2. 客户端采用交互菜单形式，用户可以选择以下功能： a) 连接：请求连接到指定地址和端口的服务端。 b) 断开连接：断开与服务端的连接。 c)获取时间: 请求服务端给出当前时间。 d)获取名字：请求服务端给出其机器的名称。 e)活动连接列表：请求服务端给出当前连接的所有客户端信息（编号、IP 地址、端口等） f)发消息：请求服务端把消息转发给对应编号的客户端，该客户端收到后显示在屏幕上 g) 退出：断开连接并退出客户端程序 3.服务端接收到客户端请求后，根据客户端传过来的指令完成特定任务： a)向客户端传送服务端所在机器的当前时间。 b)向客户端传送服务端所在机器的名称。 c)向客户端传送当前连接的所有客户端信息。 d)将某客户端发送过来的内容转发给指定编号的其他客户端。 e)采用异步多线程编程模式，正确处理多个客户端同时连接，同时发送消息的情况。 - 根据上述功能要求，设计一个客户端和服务端之间的应用通信协议。 - 本实验涉及到网络数据包发送部分不能使用任何的 Socket 封装类，只能使用最底层的 C 语言形式的 Socket API。 - 本实验可组成小组，服务端和客户端可由不同人来完成。 ### 主要仪器设备 - 联网的 PC 机、Wireshark 软件 - Visual C++、gcc 等 C++ 集成开发环境。 # 三、操作方法与实验步骤 - 设计请求、指示（服务器主动发给客户端的）、响应数据包的格式，至少要考虑如下问题： 1. 定义两个数据包的边界如何识别。 2. 定义数据包的请求、指示、响应类型字段。 3. 定义数据包的长度字段或者结尾标记。 4. 定义数据包内数据字段的格式（特别是考虑客户端列表数据如何表达）。 - 小组分工：1 人负责编写服务端，1 人负责编写客户端。 - 客户端编写步骤（需要采用多线程模式） 1. 运行初始化，调用 socket()，向操作系统申请 socket 句柄。 2. 编写一个菜单功能，列出 7 个选项 3. 等待用户选择。 4. 根据用户选择，做出相应的动作（未连接时，只能选连接功能和退出功能） 1. 选择连接功能：请用户输入服务器 IP 和端口，然后调用 connect()，等待返回结果并打印。连接成功后设置连接状态为已连接。然后创建一个接收数据的子线程，循环调用 receive()，如果收到了一个完整的响应数据包，就通过线程间通信（如消息队列）发送给主线程，然后继续调用 receive()，直至收到主线程通知退出。 2. 选择断开功能：调用 close()，并设置连接状态为未连接。通知并等待子线程关闭。 3. 选择获取时间功能：组装请求数据包，类型设置为时间请求，然后调用 send()将数据发送给服务器，接着等待接收数据的子线程返回结果，并根据响应数据包的内容，打印时间信息。 4. 选择获取名字功能：组装请求数据包，类型设置为名字请求，然后调用 send()将数据发送给服务器，接着等待接收数据的子线程返回结果，并根据响应数据包的内容，打印名字信息。 5. 选择获取客户端列表功能：组装请求数据包，类型设置为列表请求，然后调用 send() 将数据发送给服务器，接着等待接收数据的子线程返回结果，并根据响应数据包的内容，打印客户端列表信息（编号、IP 地址、端口等）。 6. 选择发送消息功能（选择前需要先获得客户端列表）：请用户输入客户端的列表编号和要发送的内容，然后组装请求数据包，类型设置为消息请求，然后调用 send()将数据发送给服务器，接着等待接收数据的子线程返回结果，并根据响应数据包的内容，打印消息发送结果（是否成功送达另一个客户端）。 7. 选择退出功能：判断连接状态是否为已连接，是则先调用断开功能，然后再退出程序。否则，直接退出程序。 8. 主线程除了在等待用户的输入外，还在处理子线程的消息队列，如果有消息到达，则进行处理，如果是响应消息，则打印响应消息的数据内容（比如时间、名字、客户端列表等）；如果是指示消息，则打印指示消息的内容（比如服务器转发的别的客户端的消息内容、发送者编号、IP 地址、端口等）。 - 服务端编写步骤（需要采用多线程模式） 1. 运行初始化，调用 socket()，向操作系统申请 socket 句柄 2. 调用 bind()，绑定监听端口（请使用学号的后 4 位作为服务器的监听端口），接着调用 listen()，设置连接等待队列长度 3. 主线程循环调用 accept()，直到返回一个有效的 socket 句柄，在客户端列表中增加一个新客户端的项目，并记录下该客户端句柄和连接状态、端口。然后创建一个子线程后继续调用 accept()。该子线程的主要步骤是（刚获得的句柄要传递给子线程，子线程内部要使用该句柄发送和接收数据）： - 调用 send()，发送一个 hello 消息给客户端（可选） - 循环调用 receive()，如果收到了一个完整的请求数据包，根据请求类型做相应的动作： 1. 请求类型为获取时间：调用 time()获取本地时间，然后将时间数据组装进响应数据包，调用 send()发给客户端 2. 请求类型为获取名字：将服务器的名字组装进响应数据包，调用 send()发给客户端 3. 请求类型为获取客户端列表：读取客户端列表数据，将编号、IP 地址、端口等数据组装进响应数据包，调用 send()发给客户端 4. 请求类型为发送消息：根据编号读取客户端列表数据，如果编号不存在，将错误代码和出错描述信息组装进响应数据包，调用 send()发回源客户端；如果编号存在并且状态是已连接，则将要转发的消息组装进指示数据包。调用 send()发给接收客户端（使用接收客户端的 socket 句柄），发送成功后组装转发成功的响应数据包，调用 send()发回源客户端。 主线程还负责检测退出指令（如用户按退出键或者收到退出信号），检测到后即通知并等待各子线程退出。最后关闭 Socket，主程序退出。 - 编程结束后，双方程序运行，检查是否实现功能要求，如果有问题，查找原因，并修改，直至满足功能要求 - 使用多个客户端同时连接服务端，检查并发性 - 使用 Wireshark 抓取每个功能的交互数据包 # 四、实验数据记录和处理 请将以下内容和本实验报告一起打包成一个压缩文件上传： - 源代码：客户端和服务端的代码分别在一个目录 - 可执行文件：可运行的.exe 文件或 Linux 可执行文件，客户端和服务端各一个 以下实验记录均需结合屏幕截图（截取源代码或运行结果），进行文字�