综合课程设计基于Socket的即时通讯系统.docx

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综合课程设计基于Socket的即时通讯系统

一、设计目的

通过综合课程设计，使学生能够运用《数字信号处理》、《信号与系统》、《通信原理》、《面向对象的程序设计》、《计算机通信网》、《通信协议开发及应用》等课程的知识来设计一个基于Socket的即时通讯系统，培养学生的动手能力以及分析问题、解决问题的能力。

二、设计内容

设计一个基于Socket的即时通讯系统。

三、设计要求

（一）基本要求

1．熟练掌握面向对象的程序设计方法；

2．实现点对点通讯，能进行文字对话传输，包括客户端与服务器端；

3．能对系统参数进行配置。

（二）提高要求

1、实现文件、图片传输；

2、语音对话（两人及两人以上）；

3、友好的对话界面。

四、设计原理

（一）开发环境

我所设计的是一个面向中小型机构内部通信需求的局域网即时信息软件，要在短时间内开发出来并且要满足客户要求，无论是硬件还是软件都要选择合适,要求如下：

开发设备应该完备；开发机器的性能必须稳定；操作系统的选择应该适当；开发出的程序可以在尽可能多的平台上运行；要求运行机配置尽可能低档。

对此，我们选择的硬件环境和软件环境如下：

1、硬件环境

•处理器：

IntelPentiumPIII或更高处理器

•内存：

256MB或更高

•网络：

局域网

开发该系统应尽可能采用高档的硬件。

因此，在应用时应采用更好的配置。

2、软件环境

•操作系统：

Windows2000/WindowsXP/Windows2003

•开发平台：

MicrosoftVisualC++6.0

•开发语言：

C++

（二）关键技术

1、VisualC++和面向对象程序设计

VC基于C，C++语言，主要由是MFC组成，是与系统联系非常紧密的编程工具，它兼有高级，和低级语言的双重性，功能强大，灵活，执行效率高，几乎可说VC在Windows平台无所不能。

从20世纪70年代第一次提出面向对象的概念开始，到现在面向对象技术发展成为一种比较成熟的编程思想，通过面向对象技术，可以将现实世界直接影射到对象空间，从而为系统的设计和开发带来革命性的影响。

VisualC++是一个典型的面向对象程序的设计语言，它也是目前为止功能最强、最受欢迎、应用最广泛、高效的Windows应用程序开发工具，它是在C语言基础之上发展起来的，是C语言的超集。

VisualC++是功能最为强大可视化开发工具，它不仅支持传统的软件开发方法，更重要的是它能支持面向对象、可视化的开发风格。

因此VisualC++又称作是一个集成开发工具，它提供了软件代码自动生成和可视化的资源编辑功能。

VisualC++具有的优点：

提供了面向对象的应用程序框架MFC（MicrosoftFoundationClass）,简化了程序员的编程工作，提高了模块的可重用性；提供了基于CASE技术的可视化软件的自动生成和维护工具AppWizard、ClassWizard、VisualStudio、WizardBar等，实现了直观、可视的程序设计风格，方便地编和管理各种类，维护程序的源代码；封装了Windows的API函数、USER、KERNEL、GDI函数，简化了编程时创建、维护窗口的许多复杂的工作。

2、MFC

MFC,微软基础类（MicrosoftFoundationClasses）,实际上是微软提供的,用于在C++环境下编写应用程序的一个框架和引擎,VC++是WinDOS下开发人员使用的专业C++SDK（SDK,StandardSoftWareDevelopKit,专业软件开发平台）,MFC就是挂在它之上的一个辅助软件开发包,MFC作为与VC++血肉相连的部分（注意C++和VC++的区别:

C++是一种程序设计语言,是一种大家都承认的软件编制的通用规范,而VC++只是一个编译器,或者说是一种编译器+源程序编辑器的IDE,WS,PlatForm,这跟Pascal和Delphi的关系一个道理,Pascal是Delphi的语言基础,Delphi使用Pascal规范来进行Win下应用程序的开发和编译,却不同于Basic语言和VB的关系,Basic语言在VB开发出来被应用的年代已经成了Basic语言的新规范,VB新加的Basic语言要素,如面向对象程序设计的要素,是一种性质上的飞跃,使VB既是一个IDE,又成长成一个新的程序设计语言）,MFC同BC++集成的VCL一样是一个非外挂式的软件包,类库,只不过MFC类是微软为VC++专配的..

3、WINDOWSSOCKETS网络编程接口

选定WINDOWS平台开发网络通信程序，可以选择WINDOWS的SOCKETS编程接口，WindowsSockets是一套开放的、支持多种协议的Windows下的网络编程接口。

现在的Winsock已经基本上实现了与协议无关，你可以使用Winsock来调用多种协议的功能，但较常使用的是TCP/IP协议。

Windowssockets无疑是我们进行网络编程的利器。

所有的WindowsSockets实现都支持流套接口和数据报套接口。

应用程序调用WindowsSockets的API实现相互之间的通讯。

WindowsSockets又利用下层的网络通讯协议功能和操作系统调用实现实际的通讯工作。

它们之间的关系如下图所示：

WindowsSockets实现通讯工作的各层关系图

3、WSAAsyncSelect模型开发

WSAAsyncSelect（）调用允许应用程序程序注册一个或多个感兴趣的网络事件。

这一API调用用来取代探寻网络I/O调用。

在select（）或非阻塞I/O例程（例如send（）和recv（））已经被调用或将要被调用的情况下都可以使用WSAAsyncSelect（）调用。

在这种情况下，在声明感兴趣的网络事件时，你必须提供一个通知时使用的窗口句柄。

那么在你声明的感兴趣的网络事件发生时，对应的窗口将收到一个基于消息的通知。

其过程如下图所示：

WSAAsyncSelect模型

4、TCP/IP协议、TCP协议

网际协议IP是TCP/IP的心脏，也是网络层中最重要的协议。

IP层接收由更低层（网络接口层例如以太网设备驱动程序）发来的数据包，并把该数据包发送到更高层---TCP或UDP层；相反，IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。

IP数据包是不可靠的，因为IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。

IP数据包中含有发送它的主机的地址（源地址）和接收它的主机的地址（目的地址）。

如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包，那么IP将把它们向‘上’传送到TCP层。

TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路间的连接。

TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。

UDP与TCP位于同一层，但对于数据包的顺序错误或重发。

因此，UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务，UDP主要用于那些面向查询---应答的服务.

TCP和UDP服务通常有一个客户/服务器的关系。

两个系统间的多重连接是这样相互确认并协调一致的，TCP或UDP连接唯一地使用每个信息中的如下四项进行确认：

源IP地址发送包的IP地址。

目的IP地址接收包的IP地址。

源端口源系统上的连接的端口。

目的端口目的系统上的连接的端口。

端口是一个软件结构，被客户程序或服务进程用来发送和接收信息。

一个端口对应一个16比特的数。

服务进程通常使用一个固定的端口，例如，SMTP使用25。

这些端口号是“广为人知”的，因为在建立与特定的主机或服务的连接时，需要这些地址和目的地址进行通讯，图如下所示：

面向连接的（TCP）连接过程

5、Client/Server结构（客户机/服务器模式）

Client/Server结构（C/S结构）是大家熟知的客户机和服务器结构。

通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到Client端和Server端来实现，降低了系统的通讯开销。

目前大多数应用软件系统都是Client/Server形式的两层结构。

C/S结构软件分为客户机和服务器两层，客户机不是毫无运算能力的输入、输出设备，而是具有了一定的数据处理和数据存储能力，通过把应用软件的计算和数据合理地分配在客户机和服务器两端，可以有效地降低网络通信量和服务器运算量。

由于服务器连接个数和数据通信量的限制，这种结构的软件适于在用户数目不多的局域网内使用。

C/S结构的优点是能充分发挥客户端ＰＣ的处理能力，很多工作可以在客户端处理后再提交给服务器。

对应的优点就是客户端响应速度快。

缺点主要有以下几个：

只适用于局域网。

而随着互联网的飞速发展，移动办公和分布式办公越来越普及，这需要我们的系统具有扩展性。

这种方式远程访问需要专门的技术，同时要对系统进行专门的设计来处理分布式的数据。

五、软件设计

（一）系统分析

1、系统需求

聊天交流是目前互联网提供的主要内容。

聊天系统有多种实现方式，类似ICQ属于一种点对点的聊天系统；还有一种是基于Socket的集中式聊天系统，这种聊天系统需要登陆统一的聊天服务器。

在基于Socket的聊天系统中，主要有两种角色：

服务器和客户端，不同的客户端登陆集中式的服务器，通过服务器将一个客户端发出的信息推送到其他所有客户端。

基于Socket的聊天系统最早实现是使用网页刷新方式，通过客户端不断地自动刷新，服务器端整个页面内容下载到客户端显示，这种方式的聊天速度慢，而且有刷屏现象，很快被更新的聊天技术所替代。

聊天系统在客户端和服务器之间主要传送的是文字信息，服务器端只需要把最近的文字信息推送到客户端，这样减少了网络传输内容，节省了网络传输的时间，无疑提高了聊天速度。

这种“推”技术是目前基于Socket聊天系统的主要实现技术。

在基于Socket的聊天系统，客户端和服务器必须保持随时随地的连接。

这有别于普通Web浏览的连接方式。

在使用浏览器访问服务器时，先由客户端发出HTTP协议，然后服务器响应处理这个客户端的响应，再返回处理结果；请求（Request）和响应（Response）是一种一对一的前后因果关系。

而在基于Socket的聊天系统中，客户端发出聊天信息的同时，客户端也在接受服务器发送过来的其他人的聊天信息，因此，请求和响应不存在那种前后对应关系，是两种分别独立进行的进程。

因为服务器任何时候都可能发送信息到客户端，因此，客户端和服务器一旦建立连接，必须能让服务器在以后发送中寻找定位到这个连接。

局域网聊天系统使该系统的用户能够通过客户端登入到该系统，然后直接与系统交互。

首先，需启动服务器，进行服务器的配置，进行正确的服务器配置和数据库连接并测试成功后，开启服务器。

接下来，在客户端，该系统的用户能够通过登陆界面进入，然后直接与系统交互，进行文字传送。

本系统支持的活动列表如下：

（1）配置服务器，设置IP及端；

（2）开启服务器；

（3）用户登陆系统；

（4）用户与系统交互，进行文字传送；

（5）用户好友登陆后，自动刷新列表；

2、需求分析

客户端实现功能：

（1）向在线成员发送消息并接收消息。

（2）更新成员状态。

当其他成员上线或下线时，客户端及时更新成员状态。

（3）更新成员列表，当其他成员加入或者偶成员被删除时，客户端及时更新成员列表。

（4）当对方不在线时，可以向该成员发送离线消息。

（5）当用户上线时，接受其他用户的离线消息。

（6）保存聊天记录。

服务器端实现功能：

（1）维护聊天室成员列表：

包括接受新成员，删除已有成员。

（2）通知客户端更新成员状态。

（3）通知客户端更新成员列表。

（4）为离线用户保存离线消息。

（5）验证密码。

（6）禁止已登陆用户再次登陆。

（7）