通过套接字连接实现一对一聊天通信.docx
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通过套接字连接实现一对一聊天通信
计算机网络实习报告
设计题目通过套接字连接实现一对一聊天通信
学生专业班级
学生姓名(学号)
指导教师
完成时间2010年5月21日
实习(设计)地点理信学院机房112、127、139
2010年5月21日
一、课程设计题目:
通过套接字连接实现一对一聊天通信
二、实验要求:
实现一个一对一的聊天程序。
基本过程如下:
服务器首先启动,创建套接字后等待客户的连接;客户启动以后,创建套接字,然后和服务器建立连接;连接建立后,客户机和服务器可以通过建立的套接字连接进行通信。
服务器和客户端可以是一台电脑的两个进程,也可以分别部署在两台电脑上。
三、原理概述:
套接字(Socket)是一种双向的通信接口,可以通过这个端口与任何一个具有Socket端口的计算机通信,套接字是网络通信的基础。
Socket在Windows以句柄的形式被创建。
使用Socket进行网络通信必须包含下面的几种信息:
双方认可的协议,本地主机的IP地址,本地进程的协议端口,对方主机的IP地址,对方进程的协议端口。
Socket可分为:
1]数据报套接字(DatagramSockets)——对于在TCP/IP上实现的WinSock,数据报套接字使用用户数据报协议(UDP)。
数据报套接字提供了一种不可靠的、非连接的数据包通信方式。
2]流式套接字(StreamSockets)——流式套接字使用传输控制协议(TCP)。
流式套接字可以将数据按顺序无重复地发送到目的地,它提供的是一种可靠的、面向连接的数据传输方式。
不管是对单个的数据报,还是对数据包,流式套接字都提供了一种流式数据传输。
VC++对网络编程的支持有socket支持,Winlnet支持,MAPI和ISAPI支持等。
其中WindowsSocketsAPI是TCP/IP网络环境里,也是Internet上进行开发最为通用的API。
另外,SOCKET中首先我们要理解如下几个定义概念:
一是IP地址:
IPAddress我想很容易理解,就是依照TCP/IP协议分配给本地主机的网络地址,就向两个进程要通讯,任一进程要知道通讯对方的位置,位置如何来确定,就用对方的IP
二是端口号:
用来标识本地通讯进程,方便OS提交数据.就是说进程指定了对方进程的网络IP,但这个IP只是用来标识进程所在的主机,如何来找到运行在这个主机的这个进程呢,就用端口号.
三是连接:
指两个进程间的通讯链路.
四是半相关:
网络中用一个三元组可以在全局唯一标志一个进程:
(协议,本地地址,本地端口号)
这样一个三元组,叫做一个半相关,它指定连接的每半部分。
五是全相关
一个完整的网间进程通信需要由两个进程组成,并且只能使用同一种高层协议。
也就是说,不可能通信的一端用TCP协议,而另一端用UDP协议。
因此一个完整的网间通信需要一个五元组来标识:
(协议,本地地址,本地端口号,远地地址,远地端口号)
这样一个五元组,叫做一个相关(association),即两个协议相同的半相关才能组合成一个合适的相关,或完全指定组成一连接。
客户/服务器模式
在TCP/IP网络应用中,通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户/服务器模式(Client/Servermodel),即客户向服务器发出服务请求,服务器接收到请求后,提供相应的服务。
客户/服务器模式的建立基于以下两点:
首先,建立网络的起因是网络中软硬件资源、运算能力和信息不均等,需要共享,从而造就拥有众多资源的主机提供服务,资源较少的客户请求服务这一非对等作用。
其次,网间进程通信完全是异步的,相互通信的进程间既不存在父子关系,又不共享内存缓冲区,因此需要一种机制为希望通信的进程间建立联系,为二者的数据交换提供同步,这就是基涌纪纪户/服务器模式的TCP/IP。
四.设计方案:
设计原理图:
解决该问题的二种方案:
(一)基于TCP连接Socket聊天程序
基于该连接的聊天程序需要至少具备一个服务器端(Server)和一个客户端(Client)。
在本程序中,一个用户作为Server端,另一个用户作为Client端。
也就是说,作为Server端的用户,需要首先启动程序,等待Client端的连接请求。
当TCP连接握手以后,双方方可进行交互。
(注:
在本程序中Server端并不是单独存在。
它也可以向他的Client端发送消息。
)但是本程序实现的交互功能十分简单,具有很多限制。
当Client端与Server端握手以后,Server端需要首先发起会话;Client端在收到消息后再回复一条消息给Server端;同样,Server端在收到消息后再回复一条消息给Client端……以此类推。
并且,无论是Server端还是Client端每次发送消息只能发送一条。
(二)基于UDP连接Socket聊天程序
基于该连接的聊天程序不需要具备服务器端(Server),每个客户端(Client)既是服务器端也是客户端。
也就是说每个Client端自身既可以自行接收其它用户发来的消息,也可以向其它Client端发送消息,不需要事先与其他用户进行握手连接。
由于在默认情况下WinSock接口的recvfrom()和sendto()都会在被调用时阻塞当前线程,也就是说如果程序正在接受其他用户发来的数据,那么它就不能够执行发送数据的任务,反之相同。
所以为解决该问题一般有以下几种解决方案:
采用Select模型、WSAAsyncSelect模型、WSAEventSelect模型、重叠(Overlapped)模型和完成接口(Completionport)模型。
在本程序中,由于我没能在短时间内学会上述方案中的任一种,因此采用了多线程技术去实现消息接收和发送的同步问题。
也就是说,在程序中创建两个线程,一个线程负责发送消息,另一个消息负责接受消息。
两个线程交替运行,从而达到同时收发消息的目的。
当然采用多线程方式解决消息收发同步问题可以移除上个程序中每个用户一次只能发送一条消息的限制。
(三)利用C++设计程序来实现P2P聊天方式。
五.程序编写:
(一)//client.h代码如下:
#include
#include
#include
#include
#include
usingnamespacestd;
classCIPMessage
{
public:
CIPMessage();
~CIPMessage();
voidInit(stringsIpAddress,intiPort);
intSendMessagePort(stringsMessage);
intRecMessagePort();
boolIsConnected(){returnm_bIsConnected;}
private:
boolm_bIsConnected;//true-connectedfalse-notconnected
stringm_sServerIPAddress;
intm_iServerPort;
SOCKETconn;//socketconnectedtoserver
};
(二)//client.cpp代码如下:
#include"client.h"
//GlobalMessageobject
CIPMessageMyMessObj;
CIPMessage:
:
CIPMessage()//MyMessObj构造函数
{
m_bIsConnected=false;
voidCIPMessage:
:
Init(stringsIpAddress,intiPort)//建立与服务器端得连接
{
m_sServerIPAddress=sIpAddress;
m_iServerPort=iPort;
structhostent*hp;
unsignedintaddr;
structsockaddr_inserver;
WSADATAwsaData;
intwsaret=WSAStartup(0x101,&wsaData);//应用程序调用的第一个WindowsSockets函数.
//它允许应用程序或DLL指明WindowsSocketsAPI的版本号及获得特定WindowsSockets实现的细节.
if(wsaret!
=0)
{
return;
}
conn=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//建立客户端套接字
if(conn==INVALID_SOCKET)
return;
addr=inet_addr(m_sServerIPAddress.c_str());//转化ip地址和端口为指定形式
hp=gethostbyaddr((char*)&addr,sizeof(addr),AF_INET);
if(hp==NULL)
{
closesocket(conn);
return;
}
server.sin_addr.s_addr=*((unsignedlong*)hp->h_addr);
server.sin_family=AF_INET;
server.sin_port=htons(m_iServerPort);
if(connect(conn,(structsockaddr*)&server,sizeof(server)))//向指定服务器建立连接
{
closesocket(conn);
return;
}
m_bIsConnected=true;
return;
}
CIPMessage:
:
~CIPMessage()//MyMessObj析构函数
{
if(m_bIsConnected)
closesocket(conn);
}
intCIPMessage:
:
SendMessagePort(stringsMessage)//向指定服务器发出数据
{
intiStat=0;
iStat=send(conn,sMessage.c_str(),sMessage.size()+1,0);
if(iStat==-1)
return1;
return0;
}
intCIPMessage:
:
RecMessagePort()//接收指定服务器数据
{
characRetData[4096];
intiStat=0;
iStat=recv(conn,acRetData,4096,0);
if(iStat==-1)
return1;
cout<<"-->:
"< return0; } UINTMessageRecThread(LPVOIDpParam)//接收指定服务器数据线程 { while (1) { if(MyMessObj.RecMessagePort()) break; } return0; } intmain(intargc,char*argv[]) { charbuf[4096]; cout<<"ThisisaclientTCP/IPapplication\nConnectingtoport8084\n"; cout<<"\nPressONLYENTERtoquit"; cout<<"\n===============================================\n"; FILE*fp=fopen("server.ini","r");//获取服务器端套接字地址 if(fp==NULL) { cout<<"\nUnabletoopenserver.ini.PleasespecifyserverIPsddressinserver.ini"; return1;//mainfailed } stringsServerAddress; while((fgets(buf,4096,fp))! =NULL) { if(buf[0]=='#') continue; sServerAddress=buf; } fclose(fp); if(sServerAddress.size()==0) { cout<<"\nUnabletofindserverIPaddressinserver.ini"; cout<<"\nPleasesetserverIPaddress"; cout<<"\nBYEBYE: "; getch(); return0; } MyMessObj.Init(sServerAddress.c_str(),8084);//启动与服务器连接 if(! MyMessObj.IsConnected()) { cout<<"\nUnabletoconnecttotheIPaddressspecifiedinserver.ini"; cout<<"\nPleasecheckserverIPaddress"; cout<<"\nreadytoseegoodbye: "; getch(); return0; } AfxBeginThread(MessageRecThread,0);//开启接收数据线程 while(gets(buf)) { if(strlen(buf)==0) break; if(MyMessObj.SendMessagePort(buf))//向服务器发送数据 { cout<<"Probleminconnectingtoserver.Checkwhetherserverisrunning\n"; break; } } cout<<"\nreadytoseegoodbye: "; getch(); return0; } (三)//server.h代码如下: #include #include #include #include #include #include usingnamespacestd; classCChatServer { public: CChatServer(); ~CChatServer(); boolIsConnected(){returnm_bIsConnected;}//返回连接状态 voidStartListenClient();//Listentoclient intSendMessagePort(stringsMessage);//向所有客户端发消息 intRecClient(SOCKETsRecSocket);//接收客户端数据 private: boolm_bIsConnected;//true-connectedfalse-notconnected intm_iServerPort; list SOCKETm_SClient; SOCKETm_SListenClient;//socketlisteningforclientcalls }; (四)//server.cpp代码如下: #include"server.h" CChatServerCServerObj; UINTServerRecThread(LPVOIDpParam)//接收数据的工作线程 { SOCKETsRecSocket=(SOCKET)pParam; while (1) { if(CServerObj.RecClient(sRecSocket)) break; } return0; } UINTServerListenThread(LPVOIDpParam)//监听端口建立连接的工作线程 { while (1) CServerObj.StartListenClient(); return0; } CChatServer: : CChatServer()//对象CChatServer的构造函数 { cout<<"StartingupTCPChatserver\n"; m_bIsConnected=false; WSADATAwsaData; sockaddr_inlocal; intwsaret=WSAStartup(0x101,&wsaData);//应用程序调用的第一个WindowsSockets函数. //它允许应用程序或DLL指明WindowsSocketsAPI的版本号及获得特定WindowsSockets实现的细节. if(wsaret! =0) { return; } local.sin_family=AF_INET; local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; local.sin_port=htons((u_short)8084); m_SListenClient=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//创建一个套接字,返回套接字描述字 if(m_SListenClient==INVALID_SOCKET) { return; } if(bind(m_SListenClient,(sockaddr*)&local,sizeof(local))! =0)//把本地协议的地址赋予一个套接字 { return; } if(listen(m_SListenClient,10)! =0)//监听该端口 { return; } m_bIsConnected=true; return; } CChatServer: : ~CChatServer()//对象CChatServer的析构函数 { closesocket(m_SListenClient);//关闭该端口 WSACleanup(); } voidCChatServer: : StartListenClient() { sockaddr_infrom; intfromlen=sizeof(from); m_SClient=accept(m_SListenClient, (structsockaddr*)&from,&fromlen);//产生与客户进行TCP连接通信的套接字并返回已连接客户端的协议地址 if(m_SClient! =INVALID_SOCKET) m_vClientList.push_back(m_SClient); AfxBeginThread(ServerRecThread,(void*)m_SClient);//启动接收线程,用m_SClient套接字与客户端通话 } intCChatServer: : SendMessagePort(stringsMessage)//向各个客户端发送服务器数据 { intiStat=0; list : iteratoritl; if(m_vClientList.size()==0) return0; for(itl=m_vClientList.begin();itl! =m_vClientList.end();itl++) { iStat=send(*itl,sMessage.c_str(),sMessage.size()+1,0); if(iStat==-1) m_vClientList.remove(*itl); } if(iStat==-1) return1; return0; } intCChatServer: : RecClient(SOCKETsRecSocket)//接收客户端数据成员函数 { chartemp[4096]; intiStat; //cout< "< iStat=recv(sRecSocket,temp,4096,0); if(iStat==-1) { m_vClientList.remove(sRecSocket); return1; } else { cout<<": "< SendMessagePort(temp); return0; } return0; } intmain(intargc,char*argv[]) { intnRetCode=0; charbuf[4096]; cout<<"Thisaplicationactasachatserver.\n"; cout<<"Messagesfromanypcwillbebroadcastedtoallconnectedpcs.\n"; cout<<"Connecttotheserverpcport8084\n"; cout<<"PressONLYENTERtoquit.\n"; cout<<"=================================================\n"; if(! CServerObj.IsConnected())//判断监听端口是否建立 { cout<<"\nFailedtoinitialiseserversocket"; cout<<"\nBye"; getch(); return1; } AfxBeginThread(ServerListenThread,0);//启动监听端口建立连接的工作线程 while(gets(buf)) { if(strlen(buf)==0) break; if(CServerObj.SendMessagePort(buf)) { cout<<"Proble
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