Linux環(huán)境下局域網通信系統(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，這種網絡通信方式存在一定的缺點，主要在于：

　　(1)如果網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通信系統(tǒng)，使局域網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。網絡通信中任務繁雜，因此將網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，獲得局域網內使用該系統(tǒng)的計算機信息。將局域網內使用該系統(tǒng)的計算機信息添加進本地鏈表;將局域網內退出該系統(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)主機在局域網中廣播本機“上線”消息;

　　(2)主機等待接收局域網中的廣播消息;

　　(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。