Linux環(huán)境下局域網(wǎng)通信系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

1 引 言

客戶機/服務器模型中,發(fā)起連接的計算機被稱為客戶機,接收并建立連接的計算機被稱為服務器。根據(jù)此模型,計算機網(wǎng)絡通信也多采用架設服務器并通過服務器轉發(fā)的方式進行客戶機之間的數(shù)據(jù)通信,然而,這種網(wǎng)絡通信方式存在一定的缺點,主要在于:

(1)如果網(wǎng)絡中各主機間需要通信,就必須先要架設服務器,使用非常不方便。

(2)各個網(wǎng)絡主機之間的通信數(shù)據(jù)必須先由源客戶機發(fā)給服務器,再通過服務器轉發(fā)至目的客戶機,因此數(shù)據(jù)并沒有在客戶機之間直接傳遞,通信效率較低。

本文就是針對以上問題,以客戶機/服務器模型為基礎,設計出一種不需要服務器支持的局域網(wǎng)通信系統(tǒng),使局域網(wǎng)內不同計算機問的通信不再需要通過服務器中轉,實現(xiàn)了不同計算機問的數(shù)據(jù)的直接傳輸。

2 系統(tǒng)框架設計

ISO的OSI七層模型中,傳輸層有TCP和UDP兩種協(xié)議,對應于這兩種協(xié)議有流式套接字和數(shù)據(jù)報套接字。該系統(tǒng)使用了UDP廣播消息和建立TCP連接進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健?/p>

多線程的并行處理可以提高程序的吞吐量,多任務的相互獨立性也使程序在運行時間效率方面得到提高。網(wǎng)絡通信中任務繁雜,因此將網(wǎng)絡通信機制與多線程并行處理機制結合是一種有效的解決方案。該系統(tǒng)的通信任務主要通過3個線程并行完成,分別為:

(1)負責收發(fā)廣播的線程:該線程通過收發(fā)廣播消息的形式,獲得局域網(wǎng)內使用該系統(tǒng)的計算機信息。將局域網(wǎng)內使用該系統(tǒng)的計算機信息添加進本地鏈表;將局域網(wǎng)內退出該系統(tǒng)的計算機信息從本地鏈表中刪除。本地鏈表維護了局域網(wǎng)內所有使用該系統(tǒng)的計算機的信息,為系統(tǒng)其他功能的實現(xiàn)提供數(shù)據(jù)。

(2)負責監(jiān)聽端口建立連接的線程:該線程的功能類似于客戶機/服務器模型中的服務器端,對局域網(wǎng)中的連接請求進行監(jiān)聽,對于新的連接請求建立新的Socket用于連接,并且對于不同的連接請求創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)接收線程,用于處理連接后的消息傳遞以及文件傳輸?shù)裙δ堋?/p>

(3)負責處理外部終端控制命令的線程:該線程用于該系統(tǒng)與用戶的交互,處理外部終端的控制命令,并對于不同的命令實現(xiàn)相應的功能。

系統(tǒng)結構如圖1所示。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)具體流程

3.1 發(fā)送和接收廣播的線程設計流程

廣播消息線程使用UDP套接口,他與TCP套接口的主要區(qū)別在于通信雙方不需要事先建立連接即可收發(fā)數(shù)據(jù)。該線程工作流程如下:

(1)主機在局域網(wǎng)中廣播本機“上線”消息;

(2)主機等待接收局域網(wǎng)中的廣播消息;

(3)如果主機收到其他計算機“上線”廣播消息,則將發(fā)送該廣播消息的計算機信息添加進本地鏈表,并且回復“確認”廣播消息;如果主機收到“確認”廣播消息,則對發(fā)送該廣播消息的計算機信息進行判斷,如果鏈表中沒有記錄,則添加進本地鏈表;如果主機收到“離線”廣播消息,則將發(fā)送該消息的計算機在本地鏈表中的信息刪除。

3.2 監(jiān)聽端口建立連接的線程設計流程

該線程監(jiān)聽TCP套接口,對于不同的連接請求創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)接收線程并發(fā)處理。工作流程如下:

(1)創(chuàng)建本地Socket,并監(jiān)聽局域網(wǎng)中的連接請求;

(2)如果有連接請求進人,接收連接請求,并創(chuàng)建新的Socket和數(shù)據(jù)接收線程用于該連接的數(shù)據(jù)通信功能的實現(xiàn)。

因為該系統(tǒng)提供文件傳輸功能,所以在數(shù)據(jù)接收線程接收到數(shù)據(jù)包后,需要判斷該數(shù)據(jù)包中的信息是否為文件傳輸開始標志。如果是文件傳輸開始標志,表明信息發(fā)送方將傳輸文件,則主機進入文件接收工作程序;如果不是文件傳輸開始標志,則主機在終端上顯示接收到的消息。

3.3 命令處理線程的主要控制命令及其設計流程

(1)局域網(wǎng)在線計算機查詢命令:順序讀取主機鏈表中所維護的所有的節(jié)點信息,終端顯示局域網(wǎng)中所有在線計算機情況,包括其主機名、IP地址等;

(2)主機離線命令:廣播“離線”消息,斷開Socket連接,結束進程。

(3)發(fā)起連接命令:通過查詢系統(tǒng)維護的計算機信息鏈表,獲得想要與之建立連接的計算機的信息,發(fā)起連接,若連接成功,創(chuàng)建數(shù)據(jù)發(fā)送線程用于處理連接后的命令操作以及數(shù)據(jù)通信,并且阻塞命令處理線程,直到數(shù)據(jù)發(fā)送線程結束返回。

數(shù)據(jù)發(fā)送線程對終端輸入進行讀取和判斷,如果是文件傳輸命令,則進入文件發(fā)送工作程序;否則,直接發(fā)送消息。

該系統(tǒng)的文件發(fā)送與接收流程如圖2所示。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)主要代碼

5 結 語

本文基于網(wǎng)絡Socket通信原理與多線程技術,給出了在Linux環(huán)境下不需要服務器支持的網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的設計與算法實現(xiàn),此實現(xiàn)方法使局域網(wǎng)的計算機間通信效率得到了提高并且該系統(tǒng)使用非常方便,適用于局域網(wǎng)計算機間的即時數(shù)據(jù)通信。如何在此系統(tǒng)框架的基礎上添加更多的數(shù)據(jù)通信功能以及如何加快文件傳輸速度將是進一步的研究工作。

來源:電子產(chǎn)品世界


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