Lập trình UDP socket giao tiếp client server

Lập trình UDP socket giao tiếp client server

Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Điện tử viễn thông

-o0o -BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Kỹ thuật mạng nâng cao

Đề tài : Lập trình UDP socket giao tiếp Client Server

Giảng viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện :

Phạm Thu Hường

Nguyễn Ngọc Kiều

Hà Nội, tháng 10 năm 2011

Mục lục

Contents

Contents 2

Yêu cầu đề tài:

Tạo chương trình Client-Server trao đổi thông tin qua UDP socket thực hiện các chức năng sau :

- Client sau khi kết nối sẽ gửi tới server thông tin về địa chỉ Mac của client

- Server sau khi nhận thông tin sẽ kiểm tra thông tin về client đó đã được ghi vào file haychưa, nếu chưa sẽ lưu vào file Sau đó gửi lại client bản tin xác nhận đã nhận, ghi, đã cóthông tin

- Server lưu giữ thông tin các client hiện đang kết nối vào server.Client muốn ngắt kết nốicần gửi bản tin thông báo cho server

- Khi có client khác kết nối vào server, server gửi cho các client khác thông tin về clientmới kết nối vào.Client nhận được bản tin này sẽ hiển thị thông tin mac của client mới kếtnối vào server

I Các kiến thức cơ bản về máy tính

1 Họ giao thức TCP/IP

Hình 1-3: Các tầng của giao thức TCP/IP so với cấc tầng của mô hình OSI

Application: Xác nhận quyền, nén dữ liệu và các dịch vụ cho người dùng

Transport: Xử lý dữ liệu giữa các hệ thống va cung cấp việc truy cập mạng cho các ứng dụng Network: Tìm ñường cho các packet

Link: Mức OS hoặc các thiết bị giao tiếp mạng trên một máy tính

Một số điểm khác nhau của TCP/IP và mô hình OSI

+ Lớp ứng dụng trong TCP/IP xử lý chức năng của lớp 5,6,7 trong mô hình OSI

+ Lớp transport trong TCP/IP cung cấp cớ chế UDP truyền không tin cậy, transport trong OSIluôn ñảm bảo truyền tin cậy

+ TCP/IP là một tập của các protocols (một bộ giao thức) + TCP/IP xây dựng trước OSI

Do bản chất không trạng thái của nó nên nó hữu dụng đối với việc trả lời các truy vấn nhỏ với sốlượng lớn người yêu cầu

Những ứng dụng phổ biến sử dụng UDP như DNS (Domain Name System), ứng dụng streaming media, Voice over IP, Trivial File Transfer Protocol (TFTP), và game trực tuyến

b Cổng

UDP dùng cổng để cho phép các giao tiếp giữa các ứng dụng diễn ra

Cổng dùng 16 bit để đánh địa chỉ, vì vậy số của cổng nằm trong khoản 0 đến 65.535 Cổng 0 được để dành và không nên sử dụng

Cổng từ 1 đến 1023 được gọi là cổng "well-known" và trên các hệ điều hành tựa Unix, việc gắn kết tới một trong những cổng này đòi hỏi quyền root

UDP không đảm bảo cho các tầng phía trên thông điệp đã được gửi đi và người gửi cũng không

có trạng thái thông điệp UDP một khi đã được gửi (Vì lý do này đôi khi UDP còn được gọi là

Unreliable Datagram Protocol).

UDP chỉ thêm các thông tin multiplexing và giao dịch Các loại thông tin tin cậy cho việc truyền

dữ liệu nếu cần phải được xây dựng ở các tầng cao hơn

Phần header của UDP chỉ chứa 4 trường dữ liệu, trong đó có 2 trường là tùy chọn (ô nền đỏ trong bảng)

Trường checksum 16 bit dùng cho việc kiểm tra lỗi của phần header và dữ liệu Phương pháp tính

checksum được định nghĩa trong RFC 768

Do thiếu tính tin cậy, các ứng dụng UDP nói chung phải chấp nhận mất mát, lỗi hoặc trùng dữliệu Một số ứng dụng như TFTP có nhu cầu phải thêm những kỹ thuật làm tin cậy cơ bản vào

tầng ứng dụng Hầu hết các ứng dụng UDP không cần những kỹ thuật làm tin cậy này và đôi khi

nó bị bỏ đi Streaming media, game trực tuyến và voice over IP (VoIP) là những thí dụ cho cácứng dụng thường dùng UDP Nếu một ứng dụng đòi hỏi mức độ cao hơn về tính tin cậy, nhữnggiao thức như TCP hoặc mã erasure có thể dùng thay

Thiếu những cơ chế kiểm soát tắc nghẽn và kiểm soát luồng, các kỹ thuật dựa trên mạng là cầnthiết để giảm nguy hiệu ứng cơ tắc nghẽn dây chuyền do không kiểm soát, tỷ lệ tải UDP cao Nóicách khác, vì người gởi gói UDP không thể phát hiện tắc nghẽn, các thành phần dựa trên mạng

như router dùng hàng đợi gói (packet queueing) hoặc kỹ thuật bỏ gói như là những công cụ đểgiảm tải của UDP Giao thức Datagram Congestion Control Protocol (DCCP) được thiết kế nhưmột giải pháp cho vấn đề bằng cách thêm hành vi kiểm soát tắc nghẽn cho thiết bị đầu cuối chocác dòng dữ liệu UDP như streaming media.

Mặc dù tổng lượng lưu thông của UDP trên mạng thường chỉ vài phần trăm, nhưng có nhiều ứngdụng quan trọng dùng UDP, bao gồm DNS, SNMP, DHCP và RIP

II UDP socket

a Socket

Socket là một giao diện lập trình ứng dụng (API) mạng

Thông qua giao diện này chúng ta có thể lập trình ñiều khiển việc truyền thông giữa hai

máy sử dụng các giao thức mức thấp là TCP, UDP…

Socket là sự trừu tượng hoá ở mức cao, có thể tưởng tượng nó như là thiết bị truyền

thông hai chiều gửi - nhận dữ liệu giữa hai máy tính với nhau

 Các loại Socket

 Socket hướng kết nối (TCP Socket)

 Socket không hướng kết nối (UDP Socket)

 Raw Socket

 ðặc điểm của Socket hướng kết nối

 Có 1 đường kết nối ảo giữa 2 tiến trình

 Một trong 2 tiến trình phải ñợi tiến trình kia yêu cầu kết nối

 Có thể sử dụng ñể liên lạc theo mô hình Client/Server

 Trong mô hình Client/Server thì Server lắng nghe và chấp nhận một yêu

cầu kết nối

 Mỗi thông ñiệp gửi ñều có xác nhận trở về

 Các gói tin chuyển đi tuần tự

 đặc điểm của Socket không hướng kết nối

 Hai tiến trình liên lạc với nhau không kết nối trực tiếp

 Thông ñiệp gửi ñi phải kèm theo ñịa chỉ của người

nhận

Thông ñiệp có thể gửi nhiều lần



 Người gửi không chắc chắn thông điệp tới tay người nhận

 Thông ñiệp gửi sau có thể ñến ñích trước thông ñiệp gửi trước ñó

 Số hiệu cổng của Socket

 để có thể thực hiện các cuộc giao tiếp, một trong hai quá trình phải công

bố số hiệu cổng của socket mà mình sử dụng

 Mỗi cổng giao tiếp thể hiện một địa chỉ xác định trong hệ thống Khi quá

trình được gán một số hiệu cổng, nó có thể nhận dữ liệu gởi ñến cổng này từ các quá trình khác

 Quá trình còn lại cũng yêu cầu tạo ra một socket

b Giới thiệu về NameSpace System.Net và System.Net.Sockets

 Cung cấp một giao diện lập trình đơn giản cho rất nhiều các giao thứcmạng

 Parse: Chuyển IP dạng xâu về IP chuẩn

 ToString: Trả ñịa chỉ IP về dạng xâu

 TryParse: Kiểm tra IP ở dạng xâu có hợp lệ

Login, //Dang nhap toi Server

Logout, //Dang xuat khoi Server

ACK, //Thong bao da nhan, ghi, da co thong tin MAC ve Client

NewClient, //Gui cho Client thong bao dia chi MAC Client moi ket noi Null, //No command

Stop //Server will stop after 5s

}

public partial class Form1 : Form

{

//

// Cau truc ClientInfo giu thong tin va moi Client ket noi vao server struct ClientInfo

{

public EndPoint endpoint; //Socket cua Client

public string strMac; //Dia chi Mac ma Client gui toi ket noi public string strIP; //dia chi IP client

// dinh nghia mot byteData

byte[] byteData = new byte[1024];

// flag quiting dung cho viec Stop server

// khoi tao mang clientlist

clientList = new ArrayList();

// lay dia chi card mang dang su dung

//UdpClient u = new UdpClient("8.8.8.8", 1);

//localAddr = ((IPEndPoint)u.Client.LocalEndPoint).Address; //txtIPserver.Text = localAddr.ToString();

// Get host name

String strHostName = Dns.GetHostName();

// Find host by name

IPHostEntry iphostentry = Dns.GetHostByName(strHostName); // Dns.GetHostByName(strHostName);

// Enumerate IP addresses

foreach (IPAddress ipaddress in iphostentry.AddressList)

{

comboBox1.Items.Add(ipaddress.ToString());

toolTip1.SetToolTip(comboBox1, "IP address Server");

toolTip1.SetToolTip(txtPort, "Port number in which Server is listening"); //

// Su dung UDP Socket

serverSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork,

SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);

// gan dia chi IP cua may va lang nghe Port xac dinh boi txtPort

_Port = Convert.ToInt32(txtPort.Text);

IPEndPoint ipEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, _Port);

// Bind this address to Server

serverSocket.Bind(ipEndPoint);

IPEndPoint ipeSender = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);// chap nhan moi dia chi Client

// xac dinh dia chi Client

EndPoint epSender = (EndPoint)ipeSender;

// Start receiving data

serverSocket.BeginReceiveFrom(byteData, 0, byteData.Length, SocketFlags.None, ref epSender, new AsyncCallback(OnReceive), epSender);

// Doi text Button1 thanh Stop Server

button1.Text = "Stop Server";

toolTip1.SetToolTip(this.button1, "Click to Stop Server ");

// tra gia tri flag StartSer ve True

// Doi text Button1 thanh Start Server

button1.Text = "Start Server";

toolTip1.SetToolTip(this.button1, "Click to Start Server ");

// Set flag StartSer ve false

// Doi text Button1 thanh Stop Server

button1.Text = "Stop Server";

toolTip1.SetToolTip(this.button1, "Click to Stop Server "); proBar1.Style = ProgressBarStyle.Marquee;

// tra gia tri flag StartSer ve True

// bat loi Stop server o day => tham khao tren mang

IPEndPoint ipeSender = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0); EndPoint epSender = (EndPoint)ipeSender;

//convert byteData to msgReceived

Data msgReceived = new Data(byteData);

//We will send this object in response the users request

Data msgToSend = new Data();

byte[] message;

//If the message is to login, logout, or simple text message

//then when send to others the type of the message remains the same msgToSend.cmdCommand = msgReceived.cmdCommand;

msgToSend.strMac = msgReceived.strMac;

msgToSend.strIP = msgReceived.strIP;

int nIndex = 0;

switch (msgReceived.cmdCommand)

SocketFlags.None, ref epSender,

new AsyncCallback(OnReceive), epSender);

if (MessageBox.Show("Port number incorrect !", "ServerUDP",

MessageBoxButtons.RetryCancel, MessageBoxIcon.Error) == DialogResult.Retry) {

//Regex rex = new Regex(@"^[a-zA-Z]\w{1,39}$");

// kiem tra dau vao

//if (!(rex.Match(server)).Success)

//cau lenh tren nghia la khong nam trong tap 0-9

}

public static DialogResult InputBox(string title, string promptText, ref int value) {

Form form = new Form();

Label label = new Label();

TextBox textBox = new TextBox();

Button buttonOk = new Button();

Button buttonCancel = new Button();

textBox.Anchor = textBox.Anchor | AnchorStyles.Right;

//buttonOk.Anchor = AnchorStyles.Bottom | AnchorStyles.Right;

//buttonCancel.Anchor = AnchorStyles.Bottom | AnchorStyles.Right;

form.ClientSize = new Size(150, 107);

form.Controls.AddRange(new Control[] { label, textBox, buttonOk, buttonCancel});

form.ClientSize = new Size(Math.Max(150, label.Right + 40),

DialogResult dialogResult = form.ShowDialog();

//Regex rex = new Regex(@"^[0-9]\w{3,4}$");

//Thoát khỏi form thì hiện chuỗi xác nhận với biểu tượng cảnh báo

if (MessageBox.Show("Bạn có chắc chắn thoát khỏi chương trình ?", "Thông Báo",

// Create an instance of StreamReader to read from a file.

// The using statement also closes the StreamReader

using (StreamReader sr = new StreamReader("server.txt"))

{

String line = "";

StreamReader reader = new StreamReader("server.txt");

// Read and display lines from the file until the end of

// the file is reached

String line = ""; string sIP, sMac;

StreamReader reader = new StreamReader("server.txt");

// Read and display lines from the file until the end of

// the file is reached

sIP = line.Substring(0, line.IndexOf("#"));

sMac = line.Substring(line.IndexOf("#") + 1, line.Length - line.IndexOf("#")

MessageBox.Show("Version 1.0\nNguyễn Thế Hưng\nPhạm Thu

Hường\nNguyễn Ngọc Kiều","Kỹ thuật mạng nâng cao", MessageBoxButtons.OK); }

private void settingToolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e)

{

MessageBox.Show("Nothing", "SERVER_UDP", MessageBoxButtons.OK); }

private void load_old()

{

clientOld = new ArrayList();

String line = ""; string sIP, sMac;

if (File.Exists("server.txt"))

{

StreamReader reader = new StreamReader("server.txt");

// Read and display lines from the file until the end of

// the file is reached

do

{

line = reader.ReadLine();

//if (line[0] == 35)// dau thang

sIP = line.Substring(0, line.IndexOf("#"));

sMac = line.Substring(line.IndexOf("#") + 1, line.Length - line.IndexOf("#")

[System.Runtime.InteropServices.DllImport("iphlpapi.dll", ExactSpelling = true)]

static extern int SendARP(int DestIP, int SrcIP, byte[] pMacAddr, ref int PhyAddrLen);

public Socket clientSocket;

public EndPoint epServer;

public string strMac, strIP;

private byte[] byteData;

private int count;

// su dung UDP socket

clientSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork,

SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);

//IP address cua Server

IPAddress IPserver = IPAddress.Parse(txtIPserver.Text);

// lay port server lang nghe

IPEndPoint ipEndPoint = new IPEndPoint(IPserver,

// lay dia chi card mang va MAC

UdpClient u = new UdpClient(txtIPserver.Text, 1);

IPAddress localAddr = ((IPEndPoint)u.Client.LocalEndPoint).Address; msgToSend.strIP = localAddr.ToString();

byteData = new byte[1024];

//Start listening to the data asynchronously

//Convert the bytes received into an object of type Data

Data msgReceived = new Data(byteData);

//Accordingly process the message received

}

}

public static PhysicalAddress GetMacAddress(IPAddress ipAddress)

{

const int MacAddressLength = 6;

int length = MacAddressLength;

var macBytes = new byte[MacAddressLength];

SendARP(BitConverter.ToInt32(ipAddress.GetAddressBytes(), 0), 0, macBytes, ref length);

return new PhysicalAddress(macBytes);

public Command cmdCommand; //Command type (login, logout, send message, etcetera)

public string strIP; //IP address

//Converts the bytes into an object of type Data

public Data(byte[] data)

{

//The first four bytes are for the Command

this.cmdCommand = (Command)BitConverter.ToInt32(data, 0);

//The next four store the length of the IPadd

int msgLen = BitConverter.ToInt32(data, 4);

//The twelve bytes store MAC address

this.strMac = Encoding.UTF8.GetString(data, 8, 12);

//the nine bytes store IP address in which Server send to Old Client

this.strIP = Encoding.UTF8.GetString(data, 20, msgLen);

}

//Converts the Data structure into an array of bytes

public byte[] ToByte()

{

List<byte> result = new List<byte>();

//First four are for the Command