基于TCP的C/S通信程序设计｜网络协议分析实验

一、实验目的

熟悉TCP协议下通信程序的编写、编译和执行过程；掌握基于 Winsock 套接字 API 的 C/S（客户机/服务器）双向通信程序的设计与开发方法。

通过编程实践理解 TCP 三次握手建立连接、可靠数据传输、四次挥手释放连接的基本过程，学会利用错误码定位网络程序故障。

二、实验内容与设计思想

1、实验内容

模拟实现 TCP 协议通信过程，编程实现服务器端与客户端之间的双向数据传递。

客户端向服务器端发送：我是集美大学网络空间安全专业学生
服务器端接收后回应：我也是集美大学网络空间安全专业学生

2、设计思想

服务器端创建监听套接字，绑定本地IP与端口，进入监听状态等待客户端连接，调用accept()接收客户端连接请求。
客户端创建套接字，调用connect()主动向服务器发起连接。
accept()与connect()返回代表TCP连接建立完成；服务器socket得到的是监听套接字，accept返回新套接字用于实际收发数据。

服务器调用顺序：socket → bind → listen → accept，必须先运行服务器，再启动客户端。

三、实验使用环境

操作系统：Windows 10
编程环境：Visual C++ 6.0，Winsock2 API，链接ws2_32.lib库
通信参数：本机回环地址 127.0.0.1，端口 8888

四、实验步骤和调试过程

1、实验步骤

服务器端流程

WSAStartup()初始化Winsock库
socket()创建TCP监听套接字
bind()绑定本机地址与8888端口
listen()开启监听
accept()阻塞等待客户端连接（三次握手完成）
recv()接收客户端消息
send()回复应答消息
closesocket()关闭套接字
WSACleanup()释放Winsock库资源

客户端流程

WSAStartup()初始化Winsock库
socket()创建客户端套接字
设置服务器地址127.0.0.1:8888
connect()主动连接服务器
send()发送消息
recv()接收服务器回复
closesocket()释放套接字
WSACleanup()释放库资源

编译注意：定义宏_WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS消除API废弃警告，链接ws2_32.lib库；运行顺序：先启动服务器，后运行客户端。

2、服务器端代码 server.c

#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#include <string.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")

#define PORT 8888
#define BUF_SIZE 1024

int main()
{
    // 修复控制台中文乱码
    SetConsoleOutputCP(936);

    WSADATA wsaData;
    SOCKET sockServer, sockConn;
    struct sockaddr_in serAddr, cliAddr;
    int addrLen = sizeof(struct sockaddr_in);
    char recvBuf[BUF_SIZE];
    char sendBuf[] = "我也是集美大学网络空间安全专业学生";

    // 1. 初始化Winsock库
    if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) {
        printf("WSA初始化失败！错误码：%d\n", WSAGetLastError());
        system("pause");
        return -1;
    }

    // 2. 创建TCP监听套接字
    sockServer = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockServer == INVALID_SOCKET) {
        printf("创建监听套接字失败！错误码：%d\n", WSAGetLastError());
        WSACleanup();
        system("pause");
        return -1;
    }

    // 3. 配置服务器地址：监听本机所有网卡，端口8888
    serAddr.sin_family = AF_INET;
    serAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serAddr.sin_port = htons(PORT);

    // 4. 绑定地址与端口
    if (bind(sockServer, (struct sockaddr*)&serAddr, sizeof(serAddr)) == SOCKET_ERROR) {
        printf("bind绑定失败！错误码：%d\n", WSAGetLastError());
        closesocket(sockServer);
        WSACleanup();
        system("pause");
        return -1;
    }

    // 5. 开启监听
    if (listen(sockServer, 5) == SOCKET_ERROR) {
        printf("listen监听失败！错误码：%d\n", WSAGetLastError());
        closesocket(sockServer);
        WSACleanup();
        system("pause");
        return -1;
    }
    printf("服务器启动成功，正在监听端口 %d...\n等待客户端连接...\n", PORT);

    // 6. 阻塞等待客户端连接（三次握手在此完成）
    sockConn = accept(sockServer, (struct sockaddr*)&cliAddr, &addrLen);
    if (sockConn == INVALID_SOCKET) {
        printf("接收连接失败！错误码：%d\n", WSAGetLastError());
        closesocket(sockServer);
        WSACleanup();
        system("pause");
        return -1;
    }
    printf("客户端连接成功！\n");

    // 7. 接收客户端发来的消息
    memset(recvBuf, 0, BUF_SIZE);
    int recvLen = recv(sockConn, recvBuf, BUF_SIZE - 1, 0);
    if (recvLen > 0) {
        printf("收到客户端消息：%s\n", recvBuf);
    }

    // 8. 向客户端回复指定消息
    send(sockConn, sendBuf, strlen(sendBuf), 0);
    printf("已向客户端回复消息\n");

    // 9. 释放套接字与库资源
    closesocket(sockConn);
    closesocket(sockServer);
    WSACleanup();

    printf("\n通信结束，按任意键退出...\n");
    system("pause");
    return 0;
}

3、客户端代码 client.c

#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#include <string.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")

#define PORT 8888
#define BUF_SIZE 1024

int main()
{
    // 修复控制台中文乱码
    SetConsoleOutputCP(936);

    WSADATA wsaData;
    SOCKET sockClient;
    struct sockaddr_in serAddr;
    char recvBuf[BUF_SIZE];
    char sendBuf[] = "我是集美大学网络空间安全专业学生";

    // 1. 初始化Winsock库
    if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) {
        printf("WSA初始化失败！错误码：%d\n", WSAGetLastError());
        system("pause");
        return -1;
    }

    // 2. 创建客户端TCP套接字
    sockClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockClient == INVALID_SOCKET) {
        printf("创建客户端套接字失败！错误码：%d\n", WSAGetLastError());
        WSACleanup();
        system("pause");
        return -1;
    }

    // 3. 配置服务器地址（本机回环测试用127.0.0.1）
    serAddr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serAddr.sin_addr);
    serAddr.sin_port = htons(PORT);

    // 4. 主动连接服务器
    if (connect(sockClient, (struct sockaddr*)&serAddr, sizeof(serAddr)) == SOCKET_ERROR) {
        printf("连接服务器失败！错误码：%d\n请先启动服务器程序\n", WSAGetLastError());
        closesocket(sockClient);
        WSACleanup();
        system("pause");
        return -1;
    }
    printf("成功连接到服务器！\n");

    // 5. 向服务器发送指定消息
    send(sockClient, sendBuf, strlen(sendBuf), 0);
    printf("已发送消息：%s\n", sendBuf);

    // 6. 接收服务器的回复
    memset(recvBuf, 0, BUF_SIZE);
    int recvLen = recv(sockClient, recvBuf, BUF_SIZE - 1, 0);
    if (recvLen > 0) {
        printf("收到服务器回复：%s\n", recvBuf);
    }

    // 7. 释放资源
    closesocket(sockClient);
    WSACleanup();

    printf("\n通信结束，按任意键退出...\n");
    system("pause");
    return 0;
}

4、运行结果

图1 服务器端与客户端运行结果截图

5、调试遇到的问题与解决

混淆监听套接字与通信套接字：直接拿监听套接字收发数据，收不到消息。
解决：socket()得到监听套接字，只负责接收连接；accept()返回新套接字用于收发业务数据。
编译报Winsock API废弃警告：缺少宏定义。
解决：代码开头定义 #define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS。
控制台中文乱码。
解决：SetConsoleOutputCP(936); 设置GBK输出编码。
先运行客户端，服务器未启动，connect连接失败。
解决：严格顺序，先运行服务器程序，再运行客户端。
未解析外部符号报错：没有链接套接字库。
解决：添加 #pragma comment(lib, "ws2_32.lib")。
接收缓冲区出现垃圾乱码字符：缓冲区没有清零。
解决：使用memset()将接收缓冲区预先置0。
故障排查技巧：每个套接字函数调用后判断返回值，使用WSAGetLastError()打印错误码快速定位端口占用、连接拒绝等问题。

五、TCP工作过程分析

TCP 是面向连接、可靠的传输层协议，整个通信过程分为三个阶段：三次握手建立连接、数据传输、四次挥手释放连接。本实验基于 Windows Winsock 套接字 API 实现 C/S 双向通信，代码中的函数调用与 TCP 协议过程一一对应。

1、三次握手（建立连接）

客户端调用connect()，发出SYN报文请求建立连接；
服务器完成socket-bind-listen，accept()阻塞等待，收到SYN回复SYN+ACK；
客户端收到SYN+ACK回复ACK报文；
连接进入ESTABLISHED就绪状态，握手完成，可以传输业务数据。

注意：服务器两种套接字区分：

监听套接字（socket创建）：只负责接收连接请求，不收发业务数据；

通信套接字（accept返回）：专门和客户端进行send/recv数据交互。

2、数据传输阶段

连接就绪后，客户端send()发送字符串；服务器recv()接收，再send()回复应答消息；客户端recv()拿到服务器回复。
TCP依靠序号、确认应答、重传机制保证数据有序、不丢失。程序通过WSAGetLastError()获取错误码，便于网络故障定位。

3、四次挥手（释放连接）

调用closesocket()关闭套接字触发四次挥手：

一方发送FIN报文，表示不再发送数据；
对方回复ACK确认FIN；
对方数据发送完毕，发送自己的FIN报文；
收到FIN的一方回复ACK，双向连接彻底释放。
最后调用WSACleanup()释放Winsock库资源。

4、TCP通信工作流程示意图

六、实验小结

组员分工小结

黄一华（服务器端代码编写调试）
主要完成server.c编写调试。一开始混淆监听套接字与通信套接字导致无法接收消息。学会使用WSAGetLastError()错误码排查bind、accept失败；牢记服务器函数调用顺序socket‑bind‑listen‑accept，服务器必须优先启动；网络编程要做好资源释放，closesocket、WSACleanup()防止资源泄漏。把课本TCP三次握手理论落地到代码，加深套接字编程理解。
吴雨桦（客户端代码、运行测试）
负责client.c编写与程序测试。踩坑包括缺少宏定义编译警告、中文乱码、启动顺序错误连接失败。理解connect()对应三次握手客户端发起连接；明白回环地址127.0.0.1、端口的作用；遇到报错不再盲目修改代码，依靠错误码分析定位问题。
胡磊（原理分析、流程图、报告整理）
梳理TCP通信原理，将系统调用和三次握手、四次挥手做对应；绘制TCP流程示意图。理解TCP面向连接与UDP无连接的本质差异；认识到网络学习不能只背理论，编码实践才能真正理解协议运行。负责汇总截图、改写内容降低查重。
宫静茹（整体测试、错误复盘、拓展学习）
整体联调，复现各类错误场景。发现缺少库链接、缓冲区不清零、异常退出未释放资源等问题；意识到网络程序健壮性的重要性，每个套接字调用都要做返回值判断，打印错误信息。小组分模块开发再联调效率更高；后续希望学习多线程服务器，实现同时服务多个客户端。

整体心得

本次TCP的C/S套接字实验，把课堂的三次握手、四次挥手理论和Winsock系统调用对应起来：connect()触发客户端握手，accept()完成服务器握手，closesocket()触发四次挥手。
小组分工协作，分模块开发再联合调试；遇到故障依靠返回值、错误码定位问题，而不是盲目修改代码；深刻体会网络编程中资源释放、异常判断的重要性。计算机网络不能只停留在理论记忆，动手编码才可以真正理解协议运行。后续希望拓展多线程服务器，实现同时处理多个客户端连接。

posted @ 2026-10-16 00:45 吴雨桦阅读(5) 评论(0) 收藏举报

刷新页面返回顶部