《綜合課程設(shè)計(jì)》設(shè)計(jì)報(bào)告基于Socket的即時(shí)通訊系統(tǒng)

1、評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)：課程設(shè)計(jì)成績(jī)考勤成績(jī)實(shí)做成績(jī)報(bào)告成績(jī)總評(píng)成績(jī)指導(dǎo)教師簽名：綜合課程設(shè)計(jì)設(shè) 計(jì) 報(bào) 告論文題目： 基于socket的即時(shí)通訊系統(tǒng) 學(xué)院（系）： 電子信息與自動(dòng)化學(xué)院 班 級(jí)： 721 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師： 時(shí)間： 2011 年 6月 7日 到 2011 年 6 月 17日一、 設(shè)計(jì)目的通過(guò)綜合課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理、信號(hào)與系統(tǒng)、通信原理、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)、通信協(xié)議開(kāi)發(fā)及應(yīng)用等課程的知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)基于socket的即時(shí)通訊系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力以及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。二、 設(shè)計(jì)內(nèi)容一個(gè)基于socket的即時(shí)通訊系統(tǒng)的多人聊天軟件三、 設(shè)計(jì)

2、要求（一）基本要求1 熟練掌握面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法；2 實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，能進(jìn)行文字對(duì)話(huà)傳輸，包括客戶(hù)端與服務(wù)器端；3 能對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行配置。（二）提高要求1、實(shí)現(xiàn)文件、圖片傳輸；2、語(yǔ)音對(duì)話(huà)（兩人及兩人以上）；3、友好的對(duì)話(huà)界面。四、 設(shè)計(jì)原理1 tcp/ip簡(jiǎn)介 tcp/ip的歷史要追溯到70年代中期,當(dāng)時(shí)arpa為了實(shí)現(xiàn)異種網(wǎng)之間的互連(interconnection)與互通(intercommunication),大力資助網(wǎng)間網(wǎng)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā),于1977年到1979年推出目前形式的tcp/ip體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議規(guī)范.到今天,tcp/ip技術(shù)以及internet網(wǎng)間網(wǎng)已經(jīng)為廣大計(jì)算機(jī)工作者

3、,機(jī)算機(jī)廠商和機(jī)算機(jī)用戶(hù)所接受.據(jù)統(tǒng)計(jì),到1990年,internet以包含遍布?xì)W美的五千個(gè)活動(dòng)網(wǎng)絡(luò),超過(guò)三十萬(wàn)臺(tái)機(jī)算機(jī).作為一種事實(shí)上的工標(biāo)準(zhǔn),tcp/ip技術(shù)方興未艾.2 tcp/ip的網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu) 對(duì)tcp/ip協(xié)議來(lái)說(shuō),tcp提供傳輸層服務(wù),ip提供網(wǎng)絡(luò)層服務(wù).tcp/ip協(xié)議組(或internet協(xié)議組)的分層結(jié)構(gòu)及其與osi模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4所示.圖中有關(guān)協(xié)議的名稱(chēng)及其基本含義如下: (1) tcp.  為傳輸控制協(xié)議(transmission control protocol).它是提供給用戶(hù)進(jìn)程的一個(gè)可靠的全雙工字節(jié)流的面向連接的協(xié)議.大多數(shù)internet應(yīng)用程序

4、使用tcp.因?yàn)閠cp使用ip,所以整個(gè)internet協(xié)議組也常稱(chēng)為tcp/ip協(xié)議組. (2) udp. 為用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 (user datagram protocol). (3) icmp. 為網(wǎng)間報(bào)文控制協(xié)議 (internet control message protocol). (4) ip. 網(wǎng)間協(xié)議 (internet protocol). ip協(xié)議是為tcp,udp和icmp提供分組發(fā)送服務(wù)協(xié)議. (5) arp. 地址轉(zhuǎn)換協(xié)議. (6) rarp. 反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議.3 socket編程界面 (1) socket 原理 socket編程界面由4bsd unix首先提出,目

5、的是解決網(wǎng)間網(wǎng)進(jìn)程通信問(wèn)題.socket接口為進(jìn)程間通信提供了一種新的手段,它不但能用于同一機(jī)器中的進(jìn)程之間的通信,而且支持網(wǎng)絡(luò)通信功能.socket具有類(lèi)型,反應(yīng)了對(duì)用戶(hù)透明的通信特性. 一個(gè)完整的socket連接用一個(gè)相關(guān)描述:   協(xié)議,本地地址,本地端口,遠(yuǎn)地地址,遠(yuǎn)地端口 socket 是面向客戶(hù)-服務(wù)器模型而設(shè)計(jì)的,針對(duì)客戶(hù)和服務(wù)器程序提供不同的socket系統(tǒng)調(diào)用. (2) socket系統(tǒng)調(diào)用 不管socket內(nèi)部機(jī)制如何,它提供給應(yīng)用程序員的最終界面是一組系統(tǒng)功能調(diào)用.下面,我們一一給出重要的socket系統(tǒng)調(diào)用.   1. 創(chuàng)建 so

6、cket - socket()   調(diào)用格式如下:   sockid = socket (af,type,protocol)  af : 地址族,指本socket所用地址類(lèi)型.  type :  類(lèi)型,指創(chuàng)建socket的應(yīng)用程序所希望的通信服務(wù)器類(lèi)型.  protocol : 協(xié)議,指本socket請(qǐng)求的協(xié)議.   2. 指定本地地址 - bind()調(diào)用   bind()將本地socket地址與所創(chuàng)建的socket聯(lián)系起來(lái),即將本socket地址賦予socket,以指定本

7、地半相關(guān).bind()的作用相當(dāng)于給socket命名,調(diào)用格式為:   bind (sockid,localaddr,addrlen)   sockid : socket號(hào).   localaddr : 本地socket地址.   addrlen : 地址長(zhǎng)度.   3. 建立socket連接 - connect () 與 accept ()調(diào)用   這兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用用于完成整個(gè)相關(guān)的建立.其中connect用于建立連接 .調(diào)用格為:   connect (

8、sockid,destaddr,addrlen) destaddr : 指向?qū)Ψ絪ocket地址(信宿地址)結(jié)構(gòu)的指針. accept : 用于面向連接的服務(wù)器,其調(diào)用格式為:   newsock = accept (sockid,clientaddr,paddrlen) clientaddr : 指向客戶(hù)socket地址指針. paddrlen : 客戶(hù)socket地址長(zhǎng)度. 4. listen() 調(diào)用   此調(diào)用用于面向連接服務(wù)器,表明它愿意接收連接,listen()在accept()之前調(diào)用,格式為: listen (sockid,quelen)

9、  quelen : 請(qǐng)求隊(duì)列長(zhǎng)度. 5. 發(fā)送數(shù)據(jù) - write(),writev(),send()與sendto(),sendmsg()   用于socket數(shù)據(jù)發(fā)送的系統(tǒng)調(diào)用一共有五個(gè),其中三個(gè),write(),writev()和send()用于面向連接傳輸,其余兩個(gè)用于無(wú)連接傳輸.面向連接的調(diào)用可以不指定信宿地址,而無(wú)連接的調(diào)用必須指定.假如無(wú)連接socket的雙方均調(diào)用過(guò)connect(),可以認(rèn)為是建立有連接的socket,也可以面向連接調(diào)用發(fā)送數(shù)據(jù).   三個(gè)面向連接調(diào)用三者的格式大致相同:   write

10、(sockid,buff,bufflen) : 緩沖發(fā)送   writev (sockid,iovector,vectorlen) : 集中發(fā)送   send (sockid,buff,bufflen,flags) : 可控緩沖發(fā)送   其中buff指向發(fā)送緩沖區(qū)的指針,bufflen是發(fā)送緩沖區(qū)大小.   用于無(wú)連接數(shù)據(jù)發(fā)送的調(diào)用有兩個(gè):   sendto (sockid,buff,bufflen,flags,dsadd,addrlen)   sendmsg (sockid

11、,message,flags):可控集中無(wú)連接發(fā)送. 6. 接收數(shù)據(jù) - read(),readv(),recv()與recvfrom(),recvmsg() 接收數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)系統(tǒng)調(diào)用是一一對(duì)應(yīng)的,兩者參數(shù)的最大區(qū)別是,前者buffer是一個(gè)指針,其所指單元初值為欲讀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度,調(diào)用后的值是實(shí)際讀出的值.4 客戶(hù)-服務(wù)器模型的socket實(shí)現(xiàn)框架   1)客戶(hù)-服務(wù)器模型時(shí)序圖   下圖是面向連接客戶(hù)-服務(wù)器模型的典型時(shí)序圖 服務(wù)器   客戶(hù)   socket()  socket() bind() bin

12、d()   listen()   accept() 等待客戶(hù)連接請(qǐng)求 阻塞   < connect()   read() <> write()   2)服務(wù)器socket地址的確定在客戶(hù)-服務(wù)器模型中,所有的作用者都是客戶(hù)首先發(fā)起的(如連接請(qǐng)求,服務(wù)請(qǐng)求等),因此客戶(hù)必須要知道服務(wù)器socket地址,另外,客戶(hù)調(diào)用服務(wù)器之前,可以在命令行中給出服務(wù)器所在主機(jī)的域名,根據(jù)域名可以獲得服務(wù)器主機(jī)的地址,系統(tǒng)調(diào)用為:hp=gethostbyname(host).其中host可以是服務(wù)器主機(jī)域名

13、,返回hp是一個(gè)指向主機(jī)地址結(jié)構(gòu)的指針。五、 軟件設(shè)計(jì)（附程序流程圖、源程序清單）1. 程序流程圖2.源程序清單void cchatroomdlg:dlgallinit()checkradiobutton(idc_radio_client, idc_radio_server, idc_radio_client);setdlgitemtext(idc_ip_addr, _t(""); / 初始化ip地址為本機(jī)地址。setdlgitemtext(idc_connect_port, _t("5566"); / 初始化端口。setdlgitem

14、text(idc_listen_port, _t("5566");enablewindow(idc_stop_client, false);enablewindow(idc_listen_port, false);enablewindow(idc_stop_server, false);enablewindow(idc_start_server, false);enablewindow(idc_static_listen_port, false); / 初始化按鍵啟用or禁用。enablewindow(idc_sendmsg, false);bool cchatroomdl

15、g:enablewindow(uint uid, bool benable)return getdlgitem(uid)->enablewindow(benable);void cchatroomdlg:extenddiaog(bool bshow)static crect m_dlgrectlarge(0, 0, 0, 0);static crect m_dlgrectsmall(0, 0, 0, 0);static crect m_grouprectlarge(0, 0, 0, 0);static crect m_grouprectsmall(0, 0, 0, 0); / 設(shè)置 窗口

16、大小 if ( m_dlgrectlarge.isrectnull() ) getwindowrect(&m_dlgrectlarge);m_dlgrectsmall = m_dlgrectlarge;m_dlgrectsmall.right -= 220;:getwindowrect(getdlgitem(idc_frame)->getsafehwnd(), &m_grouprectlarge);m_grouprectsmall = m_grouprectlarge;m_grouprectsmall.right -= 220; / 設(shè)置 窗口 伸縮大小范圍if ( bs

17、how ) bshowall = true;setwindowpos(null, 0, 0, m_dlgrectlarge.width(), m_dlgrectlarge.height(), swp_nozorder | swp_nomove);:setwindowpos(getdlgitem(idc_frame)->getsafehwnd(), null, 0, 0, m_grouprectlarge.width(), m_grouprectlarge.height(), swp_nozorder | swp_nomove);elsebshowall = false;setwindow

18、pos(null, 0, 0, m_dlgrectsmall.width(), m_dlgrectsmall.height(), swp_nozorder | swp_nomove);:setwindowpos(getdlgitem(idc_frame)->getsafehwnd(), null, 0, 0, m_grouprectsmall.width(), m_grouprectsmall.height(), swp_nozorder | swp_nomove);void cchatroomdlg:onbnclickednetset()if ( bshowall ) extenddi

19、aog(false);elseextenddiaog(true); / 設(shè)置按鍵“網(wǎng)絡(luò)設(shè)置”的作用void cchatroomdlg:onbnclickedstartserver()m_hlistenthread = createthread(null, 0, listenthreadfunc, this, 0, null);void cchatroomdlg:showmsg(cstring strmsg)m_msgedit.setsel(-1, -1);m_msgedit.replacesel(strmsg+_t("rn");void cchatroomdlg:remov

20、eclientfromarray(cclientitem in_item)for( int idx = 0; idx <m_clientarray.getcount(); idx+ ) cclientitem titem = m_clientarray.getat(idx);if ( titem.m_socket = in_item.m_socket &&titem.hthread = in_item.hthread &&titem.m_strip = in_item.m_strip ) m_clientarray.removeat(idx); void

21、cchatroomdlg:onbnclickedsendmsg()cstring strmsg;getdlgitemtext(idc_input_msg, strmsg);if ( m_bisserver = true ) strmsg = _t("張智超的服務(wù)器：>") + strmsg;showmsg(strmsg);sendclientsmsg(strmsg);else if (m_bisserver = false) cstring strtmp = _t("張智超的客戶(hù)端：>") + strmsg;showmsg(strtmp);i

22、nt isend = send(m_connectsock, (char *)strmsg.getbuffer(), strmsg.getlength()*sizeof(tchar), 0);strmsg.releasebuffer();elseafxmessagebox(_t("請(qǐng)您先進(jìn)入聊天室！");setdlgitemtext(idc_input_msg, _t(""); / socket 基本應(yīng)用void cchatroomdlg:onbnclickedstartclient()m_hconnectthred = createthread(nul

23、l, 0, connectthreadfunc, this, 0, null);void cchatroomdlg:sendclientsmsg(cstring strmsg, cclientitem *pnotsend)tchar szbufmax_buf_size = 0;_tcscpy_s(szbuf, max_buf_size, strmsg);for( int_ptr idx = 0; idx < m_clientarray.getcount(); idx+ ) if ( !pnotsend | pnotsend->m_socket != m_clientarray.ge

24、tat(idx).m_socket | pnotsend->hthread != m_clientarray.getat(idx).hthread |pnotsend->m_strip != m_clientarray.getat(idx).m_strip) send(m_clientarray.getat(idx).m_socket, (char *)szbuf, _tcslen(szbuf)*sizeof(tchar), 0);void cchatroomdlg:onenchangeinputmsg()cstring strmsg;getdlgitemtext(idc_inpu

25、t_msg, strmsg);if ( strmsg.isempty() ) enablewindow(idc_sendmsg, false);elseenablewindow(idc_sendmsg);void cchatroomdlg:stopclient()bshutdown = true;dword dwret = waitforsingleobject(m_hconnectthred, 1000);if ( dwret != wait_object_0 ) terminatethread(m_hconnectthred, -1);closesocket(m_connectsock);

26、m_hconnectthred = null;m_connectsock = invalid_socket;m_bisserver = -1;bshutdown = false;void cchatroomdlg:stopserver()uint ncount = m_clientarray.getcount();handle *m_phandles = new handlencount+1;m_phandles0 = m_hlistenthread;for( int idx = 0; idx < ncount; idx+ ) m_phandlesidx+1 = m_clientarra

27、y.getat(idx).hthread;bshutdown = true;dword dwret = waitformultipleobjects(ncount+1, m_phandles, true, 1000);if ( dwret != wait_object_0 ) for( int_ptr i = 0; i < m_clientarray.getcount(); i+ ) terminatethread(m_clientarray.getat(i).hthread, -1);closesocket(m_clientarray.getat(i).m_socket);termin

28、atethread(m_hlistenthread, -1);closesocket(m_listensock);delete m_phandles;m_hlistenthread = null;m_listensock = invalid_socket;m_bisserver = -1;bshutdown = false;void cchatroomdlg:onbnclickedstopclient()stopclient();showmsg(_t("停止客戶(hù)端成功！");enablewindow(idc_start_client);enablewindow(idc_st

29、op_client, false);void cchatroomdlg:onbnclickedstopserver()stopserver();showmsg(_t("停止服務(wù)器成功！");enablewindow(idc_start_server);enablewindow(idc_stop_server, false);void cchatroomdlg:onbnclickedradioclient()int iret = -1;if ( m_bisserver = true ) int iret = messagebox(_t("您是聊天室的服務(wù)器端，如果您

30、退出，所有的客戶(hù)端都將掉線(xiàn)！rn您確定退出嗎？"), _t("提示"), mb_okcancel | mb_iconwarning);if ( iret = idok ) stopserver();elsecheckradiobutton(idc_radio_client, idc_radio_server, idc_radio_server);if ( iret = idok | m_bisserver = -1 ) enablewindow(idc_ip_addr);enablewindow(idc_connect_port);enablewindow(idc

31、_static_server_ip);enablewindow(idc_static_server_port);enablewindow(idc_start_client);enablewindow(idc_stop_client, false);enablewindow(idc_listen_port, false);enablewindow(idc_stop_server, false);enablewindow(idc_start_server, false);enablewindow(idc_static_listen_port, false);void cchatroomdlg:on

32、bnclickedradioserver()int iret = -1;if ( m_bisserver = false ) int iret = messagebox(_t("您正在聊天室中，確定退出嗎？"), _t("提示"), mb_okcancel | mb_iconwarning);if ( iret = idok ) stopclient();elsecheckradiobutton(idc_radio_client, idc_radio_server, idc_radio_client);if ( iret = idok | m_bisse

33、rver = -1) enablewindow(idc_listen_port);enablewindow(idc_stop_server, false);enablewindow(idc_start_server);enablewindow(idc_static_listen_port);enablewindow(idc_ip_addr, false);enablewindow(idc_connect_port, false);enablewindow(idc_static_server_ip, false);enablewindow(idc_static_server_port, fals

34、e);enablewindow(idc_start_client, false);enablewindow(idc_stop_client, false);void cchatroomdlg:onbnclickedcancel()if ( m_bisserver = true ) stopserver();else if ( m_bisserver = false ) stopclient();oncancel();void cchatroomdlg:onbnclickedother()cpoint pt;crect mrect;cmenu mmenu, *pmenu = null;getdl

35、gitem(idc_other)->getwindowrect(&mrect);pt = mrect.bottomright();pt.y = mrect.top+10;mmenu.loadmenu(idr_menu1);pmenu = mmenu.getsubmenu(0);pmenu->trackpopupmenu(tpm_leftalign | tpm_rightbutton, pt.x, pt.y, this);bool cchatroomdlg:traymyicon(bool badd)bool bret = false;notifyicondata tnd;tn

36、d.cbsize = sizeof(notifyicondata);tnd.hwnd = getsafehwnd();tnd.uid = idr_mainframe;if ( badd = true ) tnd.uflags = nif_message | nif_icon | nif_tip;tnd.ucallbackmessage = wm_trayicon_msg;tnd.hicon = loadicon(afxgetinstancehandle(), makeintresource(idr_mainframe);_tcscpy_s(tnd.sztip, sizeof(tnd.sztip

37、), _t("聊天室v1.0");showwindow(sw_minimize);showwindow(sw_hide);bret = shell_notifyicon(nim_add, &tnd);elseshowwindow(sw_showna);setforegroundwindow();bret = shell_notifyicon(nim_delete, &tnd);return bret;void cchatroomdlg:onmenutrayinco()traymyicon();lresult cchatroomdlg:ontraycallba

38、ckmsg(wparam wparam, lparam lparam)switch(lparam)case wm_rbuttonup:cmenu mmenu, *pmenu = null;cpoint pt;mmenu.loadmenu(idr_menu2);pmenu = mmenu.getsubmenu(0);getcursorpos(&pt);setforegroundwindow();pmenu->trackpopupmenu(tpm_leftalign | tpm_rightbutton, pt.x, pt.y, this);break;case wm_lbuttond

39、blclk:showwindow(sw_restore);setforegroundwindow();traymyicon(false);break; 3. 附錄：課程設(shè)計(jì)中要用到的winsock函數(shù)wsastartup初始化socket庫(kù)wsacleanup結(jié)束socket庫(kù)的使用socket為所要進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)通信建立標(biāo)識(shí)符connect連接到遠(yuǎn)程主機(jī)closesocket結(jié)束通信，關(guān)閉標(biāo)識(shí)符bind將ip地址、tcp端口號(hào)與套接字標(biāo)識(shí)符綁定listen將接受套接字置于被動(dòng)模式，將服務(wù)器置于偵聽(tīng)狀態(tài)，并指定允許的連接數(shù)accept接受下一個(gè)呼入的連接recv接收傳入的tcp數(shù)據(jù)recvfrom

40、接收傳入的udp數(shù)據(jù)select在指定的套接字集準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)前一直等待send發(fā)送tcp數(shù)據(jù)sendto發(fā)送udp數(shù)據(jù)shutdown釋放tcp連接getpeername從套接字中獲取對(duì)等方的端口地址setsocketopt獲取當(dāng)前套接字的可變選項(xiàng)gethostbynameinet_addr把域名轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)ip地址把用點(diǎn)分十進(jìn)制表示的ip地址轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)ip地址getservbynamegetprotobyname獲得服務(wù)器的端口號(hào)把tcp、udp轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的服務(wù)號(hào)碼（interger）六、 調(diào)試過(guò)程測(cè)試的目的是為了發(fā)現(xiàn)功能是否達(dá)到，或者是否有更多的缺陷。當(dāng)兩個(gè)客戶(hù)端在建立連接時(shí)，出現(xiàn)過(guò)程序假

41、死異常。分析代碼發(fā)現(xiàn)，線(xiàn)程調(diào)度出錯(cuò)，接收消息線(xiàn)程th還未創(chuàng)建和啟動(dòng)，監(jiān)聽(tīng)線(xiàn)程wait已經(jīng)被銷(xiāo)毀了。修改代碼，給出兩種解決辦法：(1)在th線(xiàn)程的執(zhí)行方法中，將wait線(xiàn)程銷(xiāo)毀；在th線(xiàn)程銷(xiāo)毀前，重新開(kāi)啟wait線(xiàn)程。(2)wait線(xiàn)程不銷(xiāo)毀。設(shè)置一bool類(lèi)型變量isconnected，當(dāng)已經(jīng)建立連接后，isconnected=true，若再有其他的連接請(qǐng)求到達(dá)，自動(dòng)將其他連接請(qǐng)求拒絕。連接斷開(kāi)后，重置isconnected=false，將處理移交給用戶(hù)。我采用了第一種方法，調(diào)試之后，問(wèn)題解決。在程序退出時(shí)，常常發(fā)生錯(cuò)誤，異常退出，造成表面上看程序已結(jié)束，但卻仍然駐留在內(nèi)存中的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)反復(fù)分析代碼，最終確定問(wèn)題出在程序退出處理流程上，通過(guò)修改和調(diào)試，問(wèn)題解決。軟件圖示七、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，共歷經(jīng)多次相互斷開(kāi)、連接測(cè)試，聊天模塊終于可以正