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计算机网络原理 实验2《Windows Socket编程》_计算机网络实验二 socket通信编程与传输协议分析

作者：Cpp五条 | 2024-03-01 07:45:53

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计算机网络实验二 socket通信编程与传输协议分析
实验2《Windows Socket编程》
一、实验目的

通过实验，使学生熟悉并掌握计算机Windows 编程的基本知识，进一步加深学生对课堂所学基本内容的理解，掌握基本的Windows编程技巧，通过实验使得学生能够进行一些简单的网络程序设计。

二、实验内容
  1. 了解基本的Socket知识
  2. 基于java完成Socket编程，设计并实现一个简单的聊天系统，包括客户端及服务器端。
    2.1 完成服务端使用telnet与服务器通信
    2.2 完成客户端与服务端通信
    2.3 完成基于多线程的实现服务端可以与多个客户端通信
  3. 可选，重构现有代码完成带界面的软件。实现各客户端之间聊天，以及多人聊天室。
三、实验方法

实验方法为利用Intellij IDEA开发工具，JAVA编程语言实现，参考过往实验资料与网络资料之后自己实现完成。

四、实验步骤

  1. 开启本机的telnet服务，在终端输入telnet可进行连接，输入？可查看帮助信息。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

  2. 打开Intellij IDEA开发工具进行项目程序编写；
    2.1 实现了一个简单的服务端: start函数负责建立服务端，等待连接，stop函数负责关闭连接以及相关的io流。Serversocket对象创建以后accept函数等待客户端连接。若没有客户端连接上，则会一直轮询，直到有客户端连接上，继续执行下面逻辑。当建立连接以后，双方建立通信管道，io流读取与写入数据。完成socket通信。

    //sampleServer.java
    import java.io.BufferedReader;
    import java.io.InputStreamReader;
    import java.io.PrintWriter;
    import java.net.ServerSocket;
    import java.net.Socket;

    public class sampleServer {
    private ServerSocket serverSocket;
    private Socket clientSocket;
    private PrintWriter out;
    private BufferedReader in;

    //建立服务端，等待连接
public void start(int port) throws Exception{
    serverSocket = new ServerSocket(port);
    clientSocket = serverSocket.accept();
    out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true);
    in = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
    String inputLine;
    while ((inputLine = in.readLine()) != null){
        if(".".equals(inputLine)){
            out.println("good bye");
            stop();
            break;
        }else{
            out.println("server got msg: "+inputLine);
        }
    }
}

//关闭连接以及相关的io流
public void stop() throws Exception{
    in.close();
    out.close();
    clientSocket.close();
    serverSocket.close();
}

public static void main(String[] args){
    try {
        sampleServer server = new sampleServer();
        server.start(23);
    }catch (Exception ex){
        ex.printStackTrace();
    }
}

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    }

此时，可以使用telnet连接，输入信息，即可发送给服务端。服务端接收到处理后返回。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2.2 完成客户端与服务端通信
在完成了可以使用telnet连接，并与之通信的服务器以后，我们编写自己的客户端代码与服务器进行通信。代码很简单。
StartConnection函数指定ip与端口，若与服务器成功建立连接，则获取建立的通道的io流，out与in输入输出流，来实现后续与服务端的消息接收与发送。
sendMessage函数基于io流发送消息。
StopConnection关闭与服务端的连接。
主函数获得用户在命令行的输入，发送给服务端。

//sampleClient.java
import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class sampleClient {
    private Socket clientSocket;
    private PrintWriter out;
    private BufferedReader in;

    //指定ip和端口
    public void startConnection(String ip, int port)throws Exception{
        clientSocket = new Socket(ip, port);
        out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(),true);
        in = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
    }

    //基于IO流发消息
    public String sendMessage(String msg)throws Exception{
        out.println(msg);
        String resp = in.readLine();
        return resp;
    }

    //关闭与服务端的连接
    public void stopConnection(){
        try {
            in.close();
            out.close();
            clientSocket.close();
        }catch (Exception ex){
            ex.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args){
        try{
            //bulid the connection
            sampleClient client = new sampleClient();
            client.startConnection("127.0.0.1",23);
            //recevice the input string from termnal and send it to server
            Scanner sc = new Scanner((System.in));
            while (true){
                String response = client.sendMessage(sc.nextLine());
                System.out.println(response);
                if(response.equals("good bye")){
                    client.stopConnection();
                    break;
                }
            }
        }catch (Exception ex){
            ex.printStackTrace();
        }
    }
}

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2.3 完成基于多线程的实现服务端可以与多个客户端通信
完成以上实验，即可使用socket实现客户端与服务端之间的交互，进行简单的消息发送与接收。接下来我们可以实现多线程技术。
将上面服务器代码的获取io流，收发消息代码移植到clientHandler类中，该类继承自thread类。
修改start函数，依然是在本地的一个端口进行监听，但是我们这里使用一个循环来将每一个连接上来的client交给clientHandler来进行处理，这样主进程就不会阻塞，可以继续接收新客户端的连接，从而实现一个服务端连接多个客户端并与之通信的功能。
同时需要注意，我们使用一个clientList来维护所有的客户端。代码如下所示：

//clientList.java
import java.util.ArrayList;

public class clientList {
    public static ArrayList clientList;

    static {
        clientList = new ArrayList<multiServer.clientHandler>();
    }
}


//multiServer.java
import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class multiServer {
    private ServerSocket serverSocket;

    public void start(int port)throws Exception{
        serverSocket = new ServerSocket(port);
        while (true){
            clientHandler client = new clientHandler(serverSocket.accept());
            clientList.clientList.add(client);
            client.start();
        }
    }

    public void stop() throws Exception{
        serverSocket.close();
    }

    public static class clientHandler extends Thread{
        private Socket clientSocket;
        private PrintWriter out;
        private BufferedReader in;

        public clientHandler(Socket socket){
            this.clientSocket = socket;
        }

        public void run(){
            try{
                out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(),true);
                in = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
                String inputLine;
                while ((inputLine = in.readLine()) != null){
                    if(".".equals(inputLine)){
                        out.println("good bye");
                        break;
                    }
                    out.println("msg from client" + clientList.clientList.indexOf(this) + "--msg:" + inputLine);
                }
                in.close();
                out.close();
                clientSocket.close();
            }catch (Exception ex){
                ex.printStackTrace();
            }
        }
    }
}


//main.java
public class main {
    public static void main(String[] args){
        try{
            new multiServer().start(23);
        }catch (Exception ex){
            ex.printStackTrace();
        }
    }
}

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五、实验结果

实验运行步骤及结果如下所示：

  1. 在Intellij IDEA中运行main函数；
  2. 运行命令行，输入telnet，连接telnet服务，再输入o，输入连接主机 localhost；
    在这里插入图片描述
  3. 接下来便可以运行第一个客户端，客户端即可输入信息，服务端可以反馈；
    在这里插入图片描述
  4. 重复第二步第三步即可开启多个客户端；
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
六、实验小结

本次实验是要是了解socket编程知识，客户端与服务端的交互，多阅读相关资料熟悉实验中需使用的方法就会轻松很多。

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