[发明专利]基于Windows的TCP/IP协议的网络传输方法

说明书

技术领域

本发明属于软件开发设计领域，具体涉及一种基于Windows的TCP/IP协议的网络传输方法。

背景技术

TCP/IP协议是当前广域网和局域网通用的网络协议，在基于windows操作系统的网络数据传输软件设计和编码过程中，设计者可以采用多种传输方法(如常规的多线程socket阻塞式设计、异步选择I/O复用机制WSAAsynSelect、完成端口网络方法I/O Completion Port等)、使用各种现有的框架(如MFC、.NET FCL等)或者控件，但不论如何选择，传统的阻塞式/异步选择机制是无法与高性能的完成端口机制相比。而且在众多的基于完成端口设计出的网络数据传输方法中，如何高效地解决各种数据处理问题需要进一步完善传输方法。

TCP/IP协议上的传统阻塞式输方法一般采用简单的多线程C/S握手机制，工作过程属于阻塞式传输；阻塞式传输方法，从使用可用的socket开始到最后数据获取完成才会返回，中间的过程完全阻塞。对于一次数据获取过程来说，只能处理一个套接字。图1是该传输方法的原理图。

异步选择I/O复用机制方法采用的是多线程非阻塞注册集合式连接管理方式，属于异步并发消息(事件)式方法，其消息(事件)的触发是有很多条件限制的，而且注册集合中有数量限制，即无法进行大并发数据连接和接收管理。异步select方法，分两个过程，进行两次系统调用，select过程先阻塞，直到有活动的套接字才返回。可以处理多个套接字，但数量有限。图2是该传输方法的原理图。图6-a为该传输方法的数据处理方式示意图。

发明内容

本发明提出了一种基于Windows的TCP/IP协议的网络传输方法，解决了现有网络传输方法中无法高效地解决各种数据处理问题。

本发明的具体技术方案：

一种基于Windows的TCP/IP协议的网络传输方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)应用层调用内核层的操作系统功能；

具体是：应用层调用操作系统的IOCP系统函数与内核层进行交互；

2)应用层和内核层对接：

2.1)应用层向内核层提供功能接口，开辟线程池、缓冲池，并向内核层提出网络传输需求；

2.2)应用层向内核层投递多个AcceptEx异步连接请求；

2.3)应用层向内核层投递多个数据接收请求；

3)内核层检测网络端口的信号；

4)数据传输：

A)若信号为“连接请求”，则内核层从缓冲池中取出一个AcceptEx异步连接进行连接请求处理，并保持此连接；内核层利用上述连接进行数据发送或者接收；若连接中止，则内核层将取出的连接位置返回连接缓冲池中，等待下一个指令；

B)若信号为“发送请求”，则应用层将数据打包后通过步骤2.1提供的接口，传输给内核层，内核层通过硬件端口发送数据；

C)若信号为“接收请求”，则内核层通过步骤2.1提供的接口，传输数据给应用层，应用层进行数据处理；具体步骤如下：

应用层提供的数据接收处理模块在独立的线程中，内核层数据传输到达之后，应用层从线程池中取出一个线程并唤醒此线程，利用此线程进行处理并将数据放入缓冲池中，从而进行下一步的数据处理；在数据缓冲的同时，应用层向内核层投递新的数据接收请求，则内核层立即返回并等待接收另一个数据包。

根据上述方法所述：当进行步骤4的C中出现“数据粘包”时：具体解决步骤如下：

1)应用层根据数据包头中数据包的大小，并利用数据缓冲池中已有的数据块序列号对粘包情况进行判读；

2)应用层从线程池中取出一个线程，在此线程中根据数据包的数据结构对数据块剥离；

3)若零散数据块已经能构成完整数据包，则打包这些数据块形成完整数据包；若数据仍然不完整，则将此数据块放入缓冲池中并编号等待下次数据包。

本发明的优点在于：

1、本发明采用AcceptEx异步连接机制，相比Accept阻塞连接，AcceptEx属于异步连接，而且可以完成：接受连接、返回连接的本地和远程地址、获取第一个数据块三个任务，从而使得连接处理可以使用较少的线程处理大量的客户连接。

2、本发明在处理接收的数据包时，一方面采用增加数据头部便于接收时确认数据包大小，另一方面在接收数据时采用数据缓冲，从而进行多次数据拼接操作，直到完整数据包接收完毕。因此，该方法可解决粘包数据分离并完整接收；解决常见的TCP数据包粘包问题。