TCP课程设计之网络聊天室

南京工程学院通信工程学院题目网络聊天室的设计课程名称通信应用软件课程设计专业多媒体通信班级媒通111学生姓名张瑜学号208110515设计地点信息楼C－216指导教师耿鹏目录1.概述................................................错误!未定义书签。２.设计介绍...........................................................52.1功能描述..........................................................52.2流程图............................................................63.程序实现（关键代码解释）...........................................104.功能演示（说明）...................................................135.总结与展望.........................................................141.概述1.1系统概述Linux是一种针对PC计算机和工作站得操作系统。他具有像Windows和Mac那样的功能齐全的图形用户界面。由于Linux的开源的特点，越来越多的人转而使用Linux作为PC机得操作系统。Linux系统支持三种并发方式：多进程、多线程、以及I/O多路复用。而多线程技术是并行技术中开销较小，效率较高的一种方式，与其他两种方式相比，线程占用更少的系统资源，而且效率更高，是并发技术中最常用的方式。网络聊天程序是目前应用极为广泛的一种网络软件，对于方便人们的交流沟通非常有效，同时，作为一种典型的网络应用，编写网络聊天程序是学习基于Linux的网络编程的有效方法。服务器端：循环等候客户连接请求，一旦有客户连接请求，开启一个子线程接受并处理客户请求，接受来自客户的信息。然后将客户信息反转后再返回给客户端。主线程继续等待其他客户请求。服务器具有同时处理多个用户的能力。客户端：首先与服务器建立连接，然后向服务器发送数据进行交互，接受服务器的反馈信息并显示，之后继续等待用户输入直至用户输入ctrl+D结束通信。客户端接到输入ctrl+D后，客户端关闭连接并退出。本次课题设计是在使用Linux线程和Socket接口的基础上，编写网络聊天程序，从而掌握Linux应用程序开发的基本方法，练习Linux线程及Socket编程的方法，从而将所学知识融会贯通。1.2课程设计目的通信应用软件课程设计是实践性教学环节之一。通过课程设计，使学生掌握套接字的基本概念，结合实际的操作和设计，巩固课堂教学内容。学生在掌握TCP/IP协议及Socket编程原理和技术的基础上，将理论与实际相结合，应用现有的程序开发工具，规范、科学地完成一个接近实际的应用程序，把理论课与实验课所学内容做一个综合，并在此基础上强化学生的实践意识、提高其实际动手能力和创新能力。1.3课程设计要求综合运用本课程及计算机网络的相关知识设计并实现一个网络应用程序或对某一计算机网络运行机制进行程序分析。安排1周的时间进行课程设计，一般1人为一组。如果涉及到应用程序的开发，可扩充到2～4人一组，采用自由分组、推选组长的形式，由课代表将分组情况报到教师处。要求如下：(1)充分认识课程设计对培养自己动手能力的重要性，认真做好设计前的各项准备工作；(2)充分发挥主观能动性，结合课题，独立思考，努力钻研，勤于实践，勇于创新；(3)按时完成规定的工作任务，不得弄虚作假，不准抄袭他人内容，否则成绩以不及格计；(4)课程设计期间，无故缺席按旷课处理；(5)在设计过程中，要严格要求自己，树立严肃、严密、严谨的科学态度，必须按时、按质、按量完成课程设计。(6)小组成员之间，分工明确，但要保持联系畅通，密切合作，培养良好的互相帮助和团队协作精神。1.4课程设计内容网络聊天室设计：采用客户/服务器模式，分为客户端程序和服务器端程序。服务器采用I/O模型中的任一种，支持多个客户同时在线聊天。客户端程序和服务器程序通过网络交换聊天字符串内容，服务器窗口的列表框中显示当前在线用户，支持客户端之间的私聊（可以通过服务器中转，或考虑UDP直接建立端端连接）。2.设计介绍2.1功能描述2.1.1转发信息模块服务器定义readMessage函数用于存储要求请求连接的用户名，客户发送的信息，该消息服务器、客户端共享，客户端读取该信息，从而实现信息转发。2.1.2用户登录模块用户输入用户名、服务器ip地址及密码，如果通过合法性检测，则可进入聊天主界面与其他人进行聊天。2.1.3群聊模块客户端点击“发送信息”按钮，该客户端的ip地址、端口号以及信息内容一起打包写入服务器readMessage函数，客户端通过线程可以读取该客户write中的内容。2.2流程图2.2.1系统总流程图系统总体设计流程图2.2.2登录模块设计开始显示客户端主界面连接服务器输入用户名，服务器IP点击确定用户名是否为空是否为空IP是否为空用户名是否上线调用群聊函数显示群聊信息结束是是是否是是是否登录模块设计用户登录需输入相关信息，经过相关的检测后，方可登录。登陆后可查看群聊信息，且可与其他人进行聊天。2.2.3服务器模块开始创建套接字Socket套接字绑定到本地端口套接字接听客户端请求是否有链接请求返回套接字进行通信保存套接字中的内容IP链接是否正常启动转发消息的线程读取套接字中得内容保存所有在线用户名聊天是否启动将在线用户名单与“聊天启动”标志写入输出流将消息转发给所有在线用户结束信息写入输出流显示用户下线信息是是是否否否服务器模块流程图该服务器界面用于显示用户上线与下线的信息，不可用于聊天，是用于将客户端群聊时发送的信息转发给每一个在线用户，处于一个承接的作用。2.2.4消息格式化模块开始对应用户传入消息格式化类用户名转发的消息标志消息格式化类将信息整合成固定格式传送“【用户名+：】”转发的消息结束消息格式化模块流程图消息格式化是将用户的对应信息合成固定形式进行传送。2.2.5群聊模块开始创建套接字写入服务器端口号与IP向服务器发起连接套接字中内容流入对象输出流启动客户端线程读取套接字中的内容检查标志聊天已启动发送消息启动在线用户列表添加该用户服务器转发的信息显示到各用户聊天窗口结束群聊模块流程图用户登陆以后，可与显示在线的任何用户进行聊天，也可与在线用户一起进行群聊。3.程序实现3.1主要函数的创建客户端：intmain(void)void*get_server(void*sockfd)//get_server函数，用于接受服务器转发的消息服务器端：intmain()void*get_client(void*sockfd)//运行get_client函数，处理用户请求新线程的创建：thr_id=pthread_create(&p_thread,NULL,recvfromserver,NULL);3.2关键程序解释3.2.1客户程序开始建立sockfd描述符printf(正在建立套接口...\n);if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1){fprintf(stderr,SocketError:%s\a\n,strerror(errno));exit(1);}sockfd描述符的创建：AF_INET:表示IPv4的地址族SOCK_STREAM:表示创建的是流式套接字0：表示该套接口的特定协议，一般置为03.2.2服务器端程序填充sockaddr的资料bzero(&server_addr,sizeof(structsockaddr_in));server_addr.sin_family=AF_INET;//地址族server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);server_addr.sin_port=htons(PORT);//端口号printf(套接口创建成功，正在链接服务器...\n);地址结构的用法：bzero:将括号中指针所指的地址中清零接着对地址端口号进行赋值htonl:将32位长整型数从主机字节序转换成网络字节序INADDR_ANY：通配符地址htons:将16位长整型数从主机字节序转换成网络字节序PORT:端口号3.2.3捆绑sockfd描述符if(bind(sockfd,(structsockaddr*)(&server_addr),sizeof(structsockaddr))==-1)bind:将该套接口与该主机上提供服务的某端口联系在一起sockfd:标识一个未绑定的套接口描述字，它是socket()函数调用成功时返回的值structsockaddr:将特定协议地址转换成了通用协议地址sizeof(structsockaddr):地址参数的长度3.2.4监听sockfd描述符if(listen(sockfd,LISTENQ)==-1){fprintf(stderr,Listenerror:%s\n\a,strerror(errno));exit(1);}listen:指示该套接口进入监听连接请求状态sockfd代表一个已绑定了地址，但还未建立连接的套接口描述字LISTENQ:指定了连接的最大队列长度3.2.5客户程序发起连接请求if(connect(sockfd,(structsockaddr*)(&server_addr),sizeof(structsockaddr))==-1){fprintf(stderr,ConnectError:%s\a\n,strerror(errno));exit(1);}connect:在客户端套接口建立好之后,就调用connect()函数来与服务器建立连接sockfd：将要建立连接的套接口描述字addr：是一个指向远端套接口地址结构(sockaddr_in)的指针，表示sockfd套接口欲与其建立一条连接sizeof(structsockaddr):是服务器端的地址长度4.功能演示编译执行后，打开服务器：输入用户名：（从客户端看）（从服务器端看）开始进行聊天：（从客户端看）（从服务器端看）5.总结与展望这是一个聊天室程序，可以实现群聊的功能，即当某个客户发出消息后，服务器和其他个客户端都能收到此消息。且能够显示客户端的用户名。但客户端退出聊天室后，服务器和其他在线客户端会有提示。实现群聊的机制是：当某个客户端需要发送消息是，它将此消息发送给服务器，服务器再将此消息转发给各客户端，各客户端之间是无连接的，即相互之间不能直接通信。因此，在服务器中，有两个线程，主线程用来监听是否有客户端登录服务器，若有，建立与其连接的套接字，并存入在线客户序列里，辅助线程是接收转发线程，其依次读取个客户端，看是否有消息送达，若有，取出，并转发给各其他客户端。在客户端也有两个线程，主线程用来向服务器发送消息，辅助线程用来接收服务器发出的消息。存在的问题是：1.当有用户下线是，虽会在服务器和各客户端提示用户下线，但是并未删除其在服务器中的套接字，致使后来用户不能进入。2.服务器的辅助线程对各客户端采取轮流监听的策略，但是因为使用read()函数会阻塞线程，致使出现各客户端必须按登陆顺序依次发言的尴尬情况。经过查找，可以使用select()函数跨过阻塞，正在试验中。转眼间为期一周的TCP/IP课程设计转眼就结束了，这次课程设计，我学会了许多课本上学不到的东西，同时也加强了我的动手、思考和解决问题的能力以及学会了相互帮助，相互团结的团队精神，受益匪浅。从前的学习过程过于浮浅，只是流于表面的理解，而现在要做课程设计，就不得不要求我们对所用到的知识有更深层次的理解。因为课程设计的内容比及书本中的理论知识而言，更接近于现实生活，而理论到实践的转化往往是一个艰难的过程，它