103975806毕业设计(论文)基于UDP协议的远程控制系统的设计与实现.doc
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1、基于UDP协议的远程控制系统的设计与实现摘 要:以往的远程控制软件都采用TCP连接,TCP要始终与服务端保持连接,所以占用资源较大,上线主机太多的话会出现很多问题。UDP则不需要持久保持连接,它是无连接协议,占用资源少,通信速度快。即使上线主机再多,也不会出现卡机掉线的情况。客户端和服务端之间采用UDP协议传送信息。客户端和服务端均有UDP通讯服务端和UDP通讯客户端,且UDP通讯服务端一直处于侦听状态,一旦收到消息立即处理,同时还可以根据需要,利用UDP通讯客户端方发送信息。远程控制软件通常由两部分组成: 一部分是客户端(控制端)程序Clien t, 另一部分是服务器端(受控端)程序Serv
2、er。使用前需要在控制端运行客户端程序, 在受控端运行服务器程序。 然后由控制端向受控端发出信号, 建立一个特殊的远程服务, 再通过这个服务, 使用各种远程控制功能发送远程控制命令, 控制受控端电脑中的各种应用程序运行。关键词:UDP 协议 C/S结构 远程控制Design and Implementation Remote Control System based UDP ProtocolsAbstract:The remote control software, the tcp connections, tcp will always remain connected with the s
3、erver resources, so much larger, the needle thread host too much will a lot of problems. dont need to maintain a lasting udp connections, it is no connection, the land resources and communications speed. even if the needle thread host more, and will not occur for lost. Client and server udp agreemen
4、t between the transmission of information. the client and server are udp service or udp communications client and server udp communications remained listening, once received news immediately, and also based on needs, the use of udp send information. communications client. Remote control software usu
5、ally consists of two parts: the part of the client side application (control) clien t, the other part of the controlled end server () application server. use to control the client program run, the controlled end server running programs. then the controlling end to end a signal controlled, and establ
6、ish a special the remote services, through the service, the use of remote control functions of a remote control command and control of computer controlled end of the application.Keyword:UDP Protocols C/S structure Remote Control目录第一章 引言31.1 本课题的研究背景和意义31.2 国内外研究现状3第二章 UDP协议的基本情况42.1 UDP的定义42.2 UDP协议
7、的概述42.3 UDP的几个特性42.4 UDP的数据报格式52.5 UDP协议的应用5第三章 远程控制技术的概述63.1 远程控制技术的定义63.2 远程控制技术的原理63.3 基于UDP协议的远程控制的机制6第四章 系统设计74.1基本原理74.2客户端检测流程74.3 服务端监控操作844具体实现过程114.4.1 进程检测114.4.2 客户端和服务端的通讯114.4.3创建演示程序12结论16参考文献17第一章 引言1.1 本课题的研究背景和意义随着社会、科技、经济的不断发展,远程控制技术的应用范围也在不断拓展,从最初银行、军事、机要部门等特殊行业领域的应用已经延伸到了今天的电业部门
8、、商业部门、普通工矿企业、道路交通领域、学校教学应用、卫生医疗部门以及宾馆酒店行业等等,其卓越的功能也日益受到各个应用行业的重视和青睐,但是许多远程监控软件都需要配有硬件设备,这不仅使得实际应用的成本升高,而且也使实施应用增加了技术障碍。虽然有诸多问题的存在,但是我们应该认识到远程控制技术的研究,不仅充分利用了现有资源,拓宽了因特网的利用范围,而且也使远程控制能够减少成本扩大远程化距离,实现任意节点的访问机制,并进入一般的应用领域,比如,进入家庭,人们通过因特网控制家用电器,采用因特网作为远程控制平台,是一项很有前途和潜力的技术,另外它可以应用到设备远程诊断、远程监测、遥控等领域。因特网的出现
9、及其发展推动了科学技术的各个方面,并使之取得了巨大的进步,利用因特网,可以使远程控制技术得到大范围的应用,从而方便人们的生活。1.2 国内外研究现状目前,基于因特网的远程控制国内外都有不同程度的研究。相对来说,由于西方国家在信息技术和计算机控制技术的发展上的优势,他们在研究远程控制方面相对早些,而且有些公司有相关的初级产品问世。国内由于因特网的飞速发展,近几年也开始积极的研究。国内外在基于因特网的远程机器人控制方面的研究相对其他领域要多一些。例如美国伯克立大学研制的是一个通过因特网远程控制的种植花草工业机器人手臂。拥护通过机器人手臂上的摄像机所传输的图像,对这个花园内进行简单的操作。这些基于U
10、DP协议的远程控制系统普遍采用了客户/服务器网络模型,现场采用摄像机来监视,并通过网络发出指令。当前,由于网络基础设施还不够完善,所以监视图像由于数据量大,其传输时间过长。即使是采用了数据压缩技术,也仍然有很大的数据量需要传输,因而由此产生的远程控制时间延迟也必然很大。此外,这类系统普遍采用瘦客户/肥服务器的网络模型,监控端的控制操作功能过于简单,都只是发一些简单的指令,而不能实现一些复杂的必要的逻辑处理功能。第三,这类系统在处理上由于时间延迟影响现场控制系统不稳定时,仍然采用的执行-等待-执行-等待的单步执行流程,生产设备运行效率相当低下,第四,大量的采用以图像监视为主的方式,虽然可以使得监
11、控人员更能直观的感受到现场情况,便与监控人员的控制;但是我们应该注意到,有些设备的被监控状态是难以用图像方式表示出来的,比如温度、速度、压力这类精确的数值量;此外有些采用图像传输的数据量也可以采用通过数据传输关键数据以在监控端进行实况模拟图,这样就会减少数据量,而使数据传输速度大大提高。第二章 UDP协议的基本情况2.1 UDP的定义UDP 是User Datagram Protocol的简称, 中文名是用户数据包协议,是 OSI 参考模型中一种无连接的传输层协议,提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。它是IETF RFC 768是UDP的正式规范。UDP协议(User Datagram Pr
12、otocol,用户数据报文协议)与TCP协议一样也是OSI传输层上的一个通信协议。不过UDP协议是一个面向无连接的协议(TCP是向面连接的协议)。一个UDP连接的建立,不必象TCP协议那样需要服务器端侦听,也不需要有客户机端请求连接和服务器端建立连接后双方才能通信。2.2 UDP协议的概述UDP协议的全称是用户数据包协议,在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包。在OSI模型中,在第四层传输层,处于IP协议的上一层。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点,也就是说,当报文发送之后,是无法得知其是否安全完整到达的。UDP用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。包括网络
13、视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。UDP协议从问世至今已经被使用了很多年,虽然其最初的光彩已经被一些类似协议所掩盖,但是即使是在今天,UDP仍然不失为一项非常实用和可行的网络传输层协议。 与所熟知的TCP(传输控制协议)协议一样,UDP协议直接位于IP(网际协议)协议的顶层。根据OSI(开放系统互连)参考模型,UDP和TCP都属于传输层协议。 UDP协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据包的形式。一个典型的数据包就是一个二进制数据的传输单位。每一个数据包的前8个字节用来包含报头信息,剩余字节则用来包含具体的传输数据。2.3 UDP的几个特性(1) UDP
14、是一个无连接协议,传输数据之前源端和终端不建立连接,当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据,并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端,UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制;在接收端,UDP把每个消息段放在队列中,应用程序每次从队列中读一个消息段。 (2) 由于传输数据不建立连接,因此也就不需要维护连接状态,包括收发状态等,因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。 (3) UDP信息包的标题很短,只有8个字节,相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。 (4) 吞吐量不受拥挤控制算法的调节,只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端
15、主机性能的限制。 (5)UDP使用尽最大努力交付,即不保证可靠交付,因此主机不需要维持复杂的链接状态表(这里面有许多参数)。 (6)UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文,在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分,也不合并,而是保留这些报文的边界,因此,应用程序需要选择合适的报文大小。 虽然UDP是一个不可靠的协议,但它是分发信息的一个理想协议。例如,在屏幕上报告股票市场、在屏幕上显示航空信息等等。UDP也用在路由信息协议RIP(Routing Information Protocol)中修改路由表。在这些应用场合下,如果有一个消息丢失,在几秒之后另一个新的消息就会替换它。U
16、DP广泛用在多媒体应用中,例如,Progressive Networks公司开发的RealAudio软件,它是在因特网上把预先录制的或者现场音乐实时传送给客户机的一种软件,该软件使用的RealAudio audio-on-demand protocol协议就是运行在UDP之上的协议,大多数因特网电话软件产品也都运行在UDP之上。2.4 UDP的数据报格式在这个数据报格式中,源端口是可选域,当其有意义时,指的是发送应用程序的UDP端口。如果不使用它,则在此域中填0。目的端口在有特定的目的网络地址时有意义,指目标应用程序的UDP端口。长度指的是此用户数据报长度的八进制表示(这表明最小的数据报长度是
17、8)。校验和同样是一种简单的数学运算,用于检查UDP消息中的位级错误。是对IP头、UDP头和数据中信息包头的数位取反之和,再取反得到的。UDP协议包不具备TCP协议包复杂的可靠性与控制机制,没有“序列”和“确认”两个字段。2.5 UDP协议的应用既然UDP是一种不可靠的网络协议,那么还有什么使用价值或必要呢?其实不然,在有些情况下UDP协议可能会变得非常有用。因为UDP具有TCP所望尘莫及的速度优势。虽然TCP协议中植入了各种安全保障功能,但是在实际执行的过程中会占用大量的系统开销,无疑使速度受到严重的影响。反观UDP由于排除了信息可靠传递机制,将安全和排序等功能移交给上层应用来完成,极大降低
18、了执行时间,使速度得到了保证。 关于UDP协议的最早规范是RFC768,1980年发布。尽管时间已经很长,但是UDP协议仍然继续在主流应用中发挥着作用。包括视频电话会议系统在内的许多应用都证明了UDP协议的存在价值。因为相对于可靠性来说,这些应用更加注重实际性能,所以为了获得更好的使用效果(例如,更高的画面帧刷新速率)往往可以牺牲一定的可靠性(例如,会面质量)。这就是UDP和TCP两种协议的权衡之处。根据不同的环境和特点,两种传输协议都将在今后的网络世界中发挥更加重要的作用。第三章 远程控制技术的概述3.1 远程控制技术的定义计算机远程控制技术是在网络上由一台计算机远距离去控制另一台或多台计算
19、机的技术。目前远程控制方式有几种:远程登录方式、Client/Server方式、web方式。其中Client/Server方式用的最为广泛。 3.2 远程控制技术的原理远程控制软件通常由两部分组成: 一部分是客户端(控制端)程序Clien t, 另一部分是服务器端(受控端)程序Server。使用前需要在控制端运行客户端程序, 在受控端运行服务器程序。 然后由控制端向受控端发出信号, 建立一个特殊的远程服务, 再通过这个服务, 使用各种远程控制功能发送远程控制命令, 控制受控端电脑中的各种应用程序运行, 这种远程控制方式称为基于远程服务的远程控制。远程控制软件实际上是一种客户机/服务器程序,服务
20、器程序安装在被控制的计算机端,客户端安装在控制端,客户端发送命令,服务器端接受命令并执行相应的操作因此解决网络客户端与服务器端的通信就成了远 程控 制实现的基础。Winsock、通信是网络通信过程中应用广泛、使用灵活的一种方式,本文使用Winsock控件实现远程计算 机的连 接 ,并通过 TCP 或者UDP协议进行数据交换。这两种协议之间的重要区别在于它们的连接状态不同: TCP协议是基于连接的协议,提供可靠的流服务;而UDP协议是一种无连接协议,提供数据报文服务 ,使用UDP协议系统资源开销小,传输速度快 ,但可靠性不如TCP协议。3.3 基于UDP协议的远程控制的机制UDP(User Da
21、tagram Protocol,意为用户报文协议)是Internet上广泛采用的通信协议之一。与TCP协议不同,它是一种非连接的传输协议,没有确认机制,可靠性不如TCP,但它的效率却比TCP高,用于远程屏幕监视还是比较适合的。同时,UDP控件不区分服务器端和客户端,只区分发送端和接收端,编程上较为简单,故选用UDP协议,使用C+ Builder 6.0提供的TNMUDP控件。 远程控制中对被控端实现的关机、重启、注销、计算机IP地址获取、计算机键盘锁定以及自动 截屏等 功能需 要被控 端及时反应 ,且发送这些命令的消息占用的字节较少,在传输距离不算太长,信号衰减较弱的情况下,基于大量的被控端本
22、文考虑使用UDP协议来进行控制端与被 控端之间的通,尤其可以利用Winsock在UDP协议下的广播功能来实现对全体被控端的远程关机、重启等操作。抓屏后形成的图像文件数据所占 的字节数是远远大于那些控制消息的,因此需要将图像数据分块进行多次传输为了能在控制端看到完整的所截图像,必须采用TCP协议,因为 UDP协议是一种无连接协议,不能保证数据的可靠传输。图1描述了主控端与被控端之间的控制和通信机制。图1客户端控制多台服务器第四章 系统设计4.1基本原理完整的业务系统通常包括很多基于局域网的软件模块,而且功能差异较大的模块常常分散在不同的计算机上,如果分别在运行软件模块的计算上对进程进行监控,不仅
23、浪费计算机资源,而且工作点分散,工作效率不高。基于C/S结构设计监控系统,将有利于系统的集约化管理。客户端定时采集进程状态,并把状态信息发送到服务端,服务端就可以集中处理远程被监控的程序运行状态信息,并对收到的消息进行响应。客户端和服务端之间采用UDP协议传送信息。客户端和服务端均有UDP通讯服务端和UDP通讯客户端,且UDP通讯服务端一直处于侦听状态,一旦收到消息立即处理,同时还可以根据需要,利用UDP通讯客户端方发送信息。4.2客户端检测流程客户端发送到服务端的信息称为“消息”。服务端对客户端所发出的信息称为“指令”。客户端驻留程序有两个模块:一是定时对特定的软件进程进行模块检测,此模块定
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