c++ udp多线程例子_[内附完整源码和文档] 基于udp实现tcp功能进行大文件传输

一.项目要求
Please choose one of following programing languages: C, C++, Java, Python;
本项目采用的是python3.6
LFTP should use a client-server service model;
本项目使用客户端-服务器的模式
LFTP must include a client side program and a server side program; Client side program can not only send a large file to the server but also download a file from the server.
Sending file should use the following format：
LFTP lsend myserver mylargefile
Getting file should use the following format
LFTP lget myserver mylargefile
The parameter myserver can be a url address or an IP address.
本项目，客户端不仅可以向服务器上传大文件，也可以从服务器下载大文件
LFTP should use UDP as the transport layer protocol.
本项目利用UDP来作为传输层协议
LFTP must realize 100% reliability as TCP;
本项目实现类似TCP的100%可靠性，处理了丢包，超时，数据包顺序不一致等问题
LFTP must implement flow control function similar as TCP;
本项目实现了类似TCP的流控制，在接收方维护一个rwnd接收窗口
LFTP must implement congestion control function similar as TCP;
本项目实现了类似TCP的阻塞控制，在发送方维护一个cwnd阻塞窗口
LFTP server side must be able to support multiple clients at the same time;
本项目支持多个用户同时向服务器收发文件，使用了多线程的机制
LFTP should provide meaningful debug information when programs are
executed.
本项目提供了有意义的debug消息来显示发送情况，包括丢包，阻塞等事件的处理
二. 设计思路
基于UDP的传输过程如下图所示：

基于UDP来实现类似TCP的大文件传输，代码构建过程：

利用socket实现简单字符串传送

对于文件进行处理，将1的代码改造成文件的传送

对于文件进行分段，打包发送

发送过程使用多线程

服务器与客户端连接的建立与断开，三方握手，四次挥手

处理命令行输入命令，与服务器进行交互

添加ACK反馈包，建立判断重复ACK机制

丢包事件的判断与处理

接收方的序列号是否正确，要求重发

接收方的流控制，构建接收窗口

发送方的阻塞控制

三. 模块设计
3.1 设置传送数据包的数据结构，以及反馈包的数据结构
这里的数据包与反馈包结构我采用的是struct结构体，其中一个数据包所带有文件数据为1024bytes，而头文件包括序列号，确认号，文件结束标志，为24bytes。

反馈包包括ack确认，rwnd接收窗口的大小。

传送一个包的结构，包含序列号，确认号，文件结束标志，数据包

packet_struct = struct.Struct(‘III1024s’)

接收后返回的信息结构，包括ACK确认，rwnd

feedback_struct = struct.Struct(‘II’)
BUF_SIZE = 1024+24
FILE_SIZE = 1024
3.2 服务器部分：处理客户端传输的命令，并使用多线程来处理
服务器先建立一个主的线程来监听接收客户端到来的命令，将命令接收后传送到server_thread来处理，传递的参数包括客户端的命令参数以及客户端的地址。

···
IP = ‘192.168.88.129’
SERVER_PORT = 7777
···
def main():
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
# 绑定端口:
s.bind((IP, SERVER_PORT))
while True:
data,client_addr = s.recvfrom(BUF_SIZE)
# 多线程处理
my_thread = threading.Thread(target=server_thread,args=(client_addr,data))
my_thread.start()
3.3 服务器部分：多线程处理函数
该函数要为每一个客户端新建一个socket，并将命令解析得到客户端所需要的操作

def server_thread(client_addr,string):
# 处理传输过来的str，得到文件名，命令
order = ‘’
try:
order = string.decode(‘utf-8’).split(’,’)[0]
file_name = string.decode(‘utf-8’).split(’,’)[1]
except Exception as e:
return
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
···
除此以外，还需要像TCP建立连接一样来进行三方握手，确认连接才开始发送。

客户端先申请连接

三方握手

发送请求建立连接

s.sendto(data,server_addr)

接收连接允许

print(data.decode(‘utf-8’))
data,server_addr = s.recvfrom(BUF_SIZE)
print(‘来自服务器’, server_addr, '的数据是: ', data.decode(‘utf-8’))
服务器确认连接

文件存在，返回确认信号

s.sendto(‘连接就绪’.encode(‘utf-8’),client_addr)
data,client_addr = s.recvfrom(BUF_SIZE)
print(‘来自’,client_addr,‘的数据是：’,data.decode(‘utf-8’))
客户端再发送确认包，这时连接就建立完毕

第三次握手，确认后就开始接收

data=‘ACK’.encode(‘utf-8’)
s.sendto(data,server_addr)
下面是四次挥手的过程：

当服务器执行完客户端的命令后，要像tcp一样来执行断开连接操作，断开连接后可以把socket释放掉，即调用close函数。

服务器：

print(’n开始中断连接’)

中断连接，四次挥手

data,server_addr = s.recvfrom(BUF_SIZE)
print(data.decode(‘utf-8’))
data = ‘Server allows disconnection’
s.sendto(data.encode(‘utf-8’),client_addr)
print(data)
data = ‘Server requests disconnection’
s.sendto(data.encode(‘utf-8’),client_addr)
print(data)
data,server_addr = s.recvfrom(BUF_SIZE)
print(data.decode(‘utf-8’))
print(‘The connection between client and server has been interrupted’)
s.close()
客户端：

中断连接，四次挥手

data = ‘Client requests disconnection’
print(data)
s.sendto(data.encode(‘utf-8’),server_addr)
data,client_addr = s.recvfrom(BUF_SIZE)
print(data.decode(‘utf-8’))
data,client_addr = s.recvfrom(BUF_SIZE)
print(data.decode(‘utf-8’))
data = ‘Client allows disconnection’
s.sendto(data.encode(‘utf-8’),server_addr)
print(data)
print(‘The connection between client and server has been interrupted’)
s.close()
说完建立连接与断开连接，回到多线程处理函数，对于lsend,lget函数的判断：当命令是lget时，要判断服务器是否存在该文件，如果不存在则直接返回信息后，关闭socket；若存在该文件直接进入lget函数来进行处理。当命令是lsend时，直接进入lsend函数来进行处理。

if order == ‘lget’:
# 处理文件不存在的情况
if os.path.exists(file_name) is False:
data = ‘FileNotFound’.encode(‘utf-8’)
s.sendto(data, client_addr)
# 关闭socket
s.close()
return
# 文件存在，返回确认信号
s.sendto(‘连接就绪’.encode(‘utf-8’),client_addr)
data,client_addr = s.recvfrom(BUF_SIZE)
print(‘来自’,client_addr,‘的数据是：’,data.decode(‘utf-8’))
lget(s,client_addr,file_name)
elif order == ‘lsend’:
s.sendto(‘是否可以连接’.encode(‘utf-8’),client_addr)
# 等待确认
data,client_addr = s.recvfrom(BUF_SIZE)
print(‘来自’,client_addr,‘的数据是：’,data.decode(‘utf-8’))
lsend(s,client_addr,file_name)