基于WinSock的即时通讯软件功能原理模拟毕业设计论文.docx
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基于WinSock的即时通讯软件功能原理模拟毕业设计论文
摘要
我们知道，21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。
网络现在已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。
网络对社会生活的很多方面以及对社会经济的发展已经产生了不可估量的影响。
现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开计算机网络。
小到上网购物、查找资料，大到网上理财、网上会议，可以说网络把周围的世界变小了，即使在天涯海角相隔万里，网络也可以让我们随时联系。
计算机网络提供的一对一或多对多的网上聊天（包括视频图像的传送）服务可以随时拉近你我的距离。
现在人们最普遍用的聊天软件就是MSN和腾讯QQ，它们的界面友好，发展和完善的也很好，QQ现在可以进行可视聊天和语音聊天，不但这样，还有许多其他应用，例如远程协助以及控制等等。
计算机的普及使得软件行业如火如荼，要做一个聊天程序并不是很难，我们借助于简单的网路知识和编程技巧就可以很容易实现它，下面就是我基于WinSock的即时通信软件功能原理的模拟是用Java编的程序。
网络编程的目的就是指直接或间接地通过网络协议与其他计算机进行通讯。
网络编程中有两个主要的问题，一个是如何准确的定位网络上一台或多台主机，另一个就是找到主机后如何可靠高效的进行数据传输。
在TCP/IP协议中IP层主要负责网络主机的定位，数据传输的路由，由IP地址可以唯一地确定Internet上的一台主机。
而TCP层则提供面向应用的可靠的或非可靠的数据传输机制，这是网络编程的主要对象，一般不需要关心IP层是如何处理数据的。
目前较为流行的网络编程模型是客户机/服务器（C/S）结构。
即通信双方一方作为服务器等待客户提出请求并予以响应。
客户则在需要服务时向服务器提出申请。
服务器一般作为守护进程始终运行，监听网络端口，一旦有客户请求，就会启动一个服务进程来响应该客户，同时自己继续监听服务端口，使后来的客户也能及时得到服务。
关键词：
计算机网络即时通信WindowsSocketsJava
目录
一、设计题目与要求1
1.1设计题目1
1.2设计要求1
二、设计的基本理论1
2.1Socket机制1
2.2Java语言2
2.3客户机/服务器通信的实现4
三、系统需求分析5
3.1系统设计目标5
3.2系统总体需求分析5
3.3系统过程分析6
3.4功能流程图7
四、软件的设计与实现9
4.1传输层协议9
4.2客户端设计10
4.3服务器端设计10
4.4客户端工作流程11
4.5服务器端工作流程11
五、系统测试12
5.1用户登录界面12
5.2登录失败界面12
5.3用户登录后界面13
5.4重复登录界面13
5.5聊天过程记录14
5.6有用户退出时界面14
六、设计总结15
七、参考文献：
16
基于WinSock的即时通信软件功能原理模拟设计报告
一、设计题目与要求
1.1设计题目
设计题目：
基于WinSock的即时通信软件功能原理模拟
1.2设计要求
设计要求：
利用WinSock进行点对点通信，工作机制模仿即时通信软件的基本功能，登陆，上线，传递信息等等。
分为客户部分和服务器部分两块，客户部分类似一般通信软件例如QQ,服务器部分主要提供客户端用户基本数据配置。
二、设计的基本理论
使用计算机网络的主要目的之一是资源共享，多数情况下，这种资源共享是通过两个独立运行在不同计算机上的程序实现：
一个是服务器（Server）程序，提供资源和服务；另一个是客户（Client）程序，使用服务器提供的资源与服务。
通常，用户通过运行客户程序来使用服务器提供的资源或向服务器发送信息；而服务器程序则随时准备接收请求，当接到一个请求后，创建一个线程去完成对这个客户的服务。
实现网络即时通信的方法有多种，本系统是基于Socket的实现。
WindowsSockets（简称WinSock），即Windows下网络编程的规范，为应用程序提供了开放的、支持多种协议的网络编程接口，它已成为Windows网络编程的真正标准。
2.1Socket机制
Socket是面向客户/服务器模型设计的，网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换，这个双向链路的一端称为一个Socket。
Socket通常用来实现客户方和服务方的连接。
客户程序可以向Socket写请求，服务器将处理此请求，然后通过Socket将结果返回给用户。
Socket通信机制提供了两种通讯方式：
有联接和无联接方式，分别面向不同的应用需求。
使用有联接方式时，通信链路提供了可靠的，全双工的字节流服务。
在该方式下，通信双方必须创建一个联接过程并建立一条通讯链路，以后的网络通信操作完全在这一对进程之间进行，通信完毕关闭此联接过程。
使用无联接方式时其系统开销比无联接方式小，但通信链路提供了不可靠的数据报服务，不能保证信源所传输的数据一定能够到达信宿。
在该方式下，通信双方不必创建一个联接过程和建立一条通讯链路，网络通信操作在不同的主机和进程之间转发进行。
本系统采用的是有联接方式。
在这种方式下，两个通信的程序之间首先要建立一条链路，然后数据才能被正确地接收和发送。
这种方式对应的是TCP（传输控制协议）协议，通过TCP协议可以与指定IP地址的主机建立连接，并利用建立的连接双向地交换数据。
有连接的流的特点是通信可靠，对数据有重发和校验机制。
利用Socket进行有联接的数据通信需要建立一个全关联，同时要求通信的双方必须有一方扮演服务器的角色，等待另一方（Client）的连接请求。
在服务器段需要建立一个监听套接字，然后在此套接字等待连接。
而当连接建立后，则需要创建一个新的套接字用于通信。
客户段在创建套接字后，只需要简单地调用连接函数，就可以创建连接进行通信。
2.2Java语言
Java语言的优点主要表现在：
简单、面向对象、多线程、分布性、体系结构中立、安全性等方面。
（1）简单性
Java与C++语言非常相近，但Java比C++简单，它抛弃了C++中的一些不是绝对必要的功能，如头文件、预处理文件、指针、结构、运算符重载、多重继承以及自动强迫同型。
Java实现了自动的垃圾收集，简化了内存管理的工作。
这使程序设计更加简便，同时减少了出错的可能。
（2）面向对象
Java提供了简单的类机制和动态的构架模型。
对象中封装了它的状态变量和方法，很好地实现了模块化和信息隐藏；而类则提供了一类对象的原型，通过继承和重载机制，子类可以使用或重新定义父类或超类所提供的方法，从而既实现了代码的复用，又提供了一种动态的解决方案。
Java是一种完全面向对象的程序设计语言，它除了数组、布尔和字符三个基本数据类型外的其它类都是对象，它不再支持全局变量。
在Java中，如果不创建新类就无法创建程序，Java程序在运行时必须先创建一个类的实例，然后才能提交运行。
Java同样支持继承特性，Java的类可以从其它类中继承行为，但Java只支持类的单重继承，即每个类只能从一个类中继承。
Java支持界面，界面允许程序员定义方法但又不立即实现，一个类可以实现多个界面，利用界面可以得到多重继承的许多优点而又没有多重继承的问题。
（3）多线程
多线程使应用程序可以同时进行不同的操作，处理不同的事件。
在多线程机制中，不同的线程处理不同的任务，他们之间互不干涉，不会由于一处等待影响其他部分，这样容易实现网络上的实时交互操作。
Java程序可以有多个执行线程，如可以让一个线程进行复杂的计算，而让另一个线程与用户进行交互，这样用户可以在不中断计算线程的前提下与系统进行交互。
多线程保证了较高的执行效率。
（4）分布性
Java是面向网络的语言。
通过它提供的类库可以处理TCP/IP协议，用户可以通过URL地址在网络上很方便的访问其他对象。
（5）体系结构中立
Java是一种网络语言，为使Java程序能在网络的任何地方运行，Java解释器生成与体系结构无关的字节码结构的文件格式。
Java为了做到结构中立，除生成机器无关的字节码外，还制定了完全统一的语言文本，如Java的基本数据类型不会随目标机的变化而变化，一个整型总是32位，一个长整型总是64位。
为了使Java的应用程序能不依赖于具体的系统，Java语言环境还提供了用于访问底层操作系统功能的类组成的包，当程序使用这些包时，可以确保它能运行在各种支持Java的平台上。
java.lang:
一般的语言包。
其中包括用于字符串处理、多线程、异常处理和数字函数等的类，该包是实现Java程序运行平台的基本包
java.util:
实用工具包。
其中包括哈希表、堆栈、时间和日期等
java.io:
基于流模型的输入/输出包。
该包用统一的流模型实现了各种格式的输入/输出，包括文件系统、网络和设备的输入/输出等
:
网络包。
该包支持TCP/IP协议，其中提供了socket、URL和WWW的编程接口
java.awt:
抽象窗口工具集。
其中实现了可以跨平台的图形用户界面组件，包括窗口、菜单、滚动条和对话框等
java.applet:
支持applet程序设计的基本包
（6）安全性
用于网络、分布环境下的Java必须要防止病毒的入侵，Java不支持指针，一切对内存的访问都必须通过对象的实例变量来实现，这样就防止了程序员使用欺骗手段访问对象的私有成员，同时也避免了指针操作中容易产生的错误。
客户机/服务器通信的实现。
2.3客户机/服务器通信的实现
一个在建立分布式应用时最常用的范例便是客户机/服务器模型。
在这种方案中客户应用程序向服务器程序请求服务。
这种方式隐含了在建立客户机/服务器间通讯时的非对称性。
客户机/服务器模型工作时要求有一套为客户机和服务器所共识的惯例来保证服务能够被提供（或被接受）。
这一套惯例包含了一套协议。
它必须在通讯的两头都被实现。
根据不同的实际情况，协议可能是对称的或是非对称的。
在对称的协议中，每一方都有可能扮演主从角色；在非对称协议中，一方被不可改变地认为是主机，而另一方则是从机。
一个对称协议的例子是Internet中用于终端仿真的TELNET。
而非对称协议的例子是Internet中的FTP。
无论具体的协议是对称的或是非对称的，当服务被提供时必然存在"客户进程"和"服务进程"。
一个服务程序通常在一个众所周知的地址监听对服务的请求，也就是说，服务进程一直处于休眠状态，直到一个客户对这个服务的地址提出了连接请求。
在这个时刻，服务程序被"惊醒"并且为客户提供服务－对客户的请求作出适当的反应。
设计一个以Socket通信机制实现网络聊天程序。
有多个聊天室，每个聊天室允许多个人进入，并设置广播、私语等多种聊天方式。
1、服务器：
负责处理各个客户端的信息，并负责将信息进行转发。
（1）、服务器主要负责响应客户端的各种信息，包括用户的登陆，各个客户端的信息相互转发。
（2）、服务器的实现有以下几个类构成：
Server类，Accept类，ServerForClient类，其中Server类主要是进行初始化的工作，Accept类，ServerForClient类负责对用户登陆信息，各个客户端信息的处理。
2、客户端：
用户使用界面，负责接受信息以及与服务器进行通信。
（1）、客户端负责为用户提供登陆界面，将信息发送至服务器，接受服务器的反馈信息等一系列的工作。
（2）、客户端的实现有以下几个类构成：
Client类，Say类。
Client类进行登陆界面初始化的工作，Say类负责连接服务器，其它客户端进行通信。
三、系统需求分析
3.1系统设计目标
根据对基于WinSock的即时通信软件的分析研究，本设计主要满足一下几个系统设计目标：
（1）、可靠性原则：
必须为用户提供可靠安全的服务，尤其是要保证数据传输的稳定性。
（2）、实用性原则：
按照真正为用户服务的要求，按照需求的大小合理地设计本系统。
（3）、友好性原则：
考虑到本系统的使用人群大众化，所以本系统操作上要求简单方便，便于用户掌握，界面上争取做到简洁美观。
（4）、课扩展性原则：
本系统采用开放的标准与接口，方便于以后系统向更大的规模和功能扩展。
3.2系统总体需求分析
分析题目要求和要实现的各项功能，基于WinSock的即时通信软件功能原理模拟本质上是实现一个小型的网络聊天程序，本系统要实现具体详细的功能如下：
（1）、以某一用户名进入聊天室，自动判断是否与现有聊天室人员重名，给出相关信息。
进入后启动线程，获得现有聊天室人员的列表信息；
（2）、点击[连接]按钮，向服务器发送连接信息，如果ip地址匹配，则连接成功，否则连接失败。
（3）、点击[刷新聊天者列表]可以重新从服务器读取聊天室人员列表信息；
（4）、点击[退出]，向所有人发送离开信息，同时刷新聊天室人员列表；
（5）、服务器端程序先行运行，服务器读取来自客户端的信息流请求，并把相应处理结果返回客户端，完成与客户端的通信。
3.3系统过程分析
该聊天工具采用C/S结构，在分布处理过程中，使用基于连接的网络通信模式。
该通信模式首先在客户机和服务器机之间定义一套通信协议，并创建一个SOCKET类，利用这个类建立一条可靠的连接；然后，客户/服务器再在这条连接上可靠地传输数据。
客户机发出请求，服务器监听来自客户机的请求，并为客户机提供响应服务。
这就是典型的“请求-应答”模式。
运用所学的Java知识，加上网络方面的一些知识结构，对即时通信软件原理进行模拟，通过SOCKET编写的简易网络即时通信聊天工具。
应用程序在使用Socket之前，必需拥有一个Socket，系统调用Socket（）向应用程序提供创建Socket的手段。
此过程使用Socket（）函数创建一个通讯的端点，将网络应用程序插入到网络中。
需要注意的是，在一张网络接口卡上可以创建和同时使用多个Socket。
整个系统流程如下：
（1）、建立侦听服务：
这个需求是服务器端的需求。
（2）、用户登录：
包括客户端请求登录以及服务器端响应登录两个过程。
（3）、收发聊天信息：
包括客户端发送聊天信息以及服务器端转发聊天信息两个过程。
（4）、收发系统信息：
由服务器端发送给客户端的信息。
（5）、用户下线：
包括客户端请求下线以及服务器响应请求两个过程，这个与用户登录类似。
（6）、服务器关闭。
3.4功能流程图
（1）服务器端流程图：
图3-1服务器端程序流程图
（2）客户端流程图：
图3-2客户端程序流程图
四、软件的设计与实现
4.1传输层协议
传输层协议有两种：
TCP和UDP,TCP是可靠传输，它把信息包捆绑，在必要的时候，排序和重传这些信息包以获得可靠的数据传输。
UDP支持快速的、无连接的、不可靠的信息包传输。
在JAVA中，使用TCP传输，其套接字的封装函数分TCP／IP客户套接字和
TCP/IP服务器套接字。
本程序使用TCP传输，采用了JAVA中的流式Socket的通信机制。
流式Socket通信过程如图4-1所示：
4-1流式Socket通信过程图
4.2客户端设计
客户端通过登录窗口登陆服务器，在模拟即时通信聊天中，登陆窗口的设计应该是首先考虑的。
经过学习相关资料，在Java中，Client类是继承了JFrame并实现了ActionListener接口，在设计登录窗口时要完成登陆界面的初始化，同时在登录按钮中建立Socket连接服
务器，并把自身的信息报告给服务器。
图4-2客户端登陆窗口
4.3服务器端设计
服务器端主要负责监听来自客户端的信息流，服务器首先在5555端口上创建套接字，然后开始监听连接，通过refresh（）函数对客户端发来的信息进行扫描从而刷新页面。
把来自不同的客户的聊天信息转交到所有其它的客户端，实现在线群聊。
图4-3服务器端窗口
4.4客户端工作流程
客户端程序相对简单，只需要建立一个Socket与服务器端连接，成功后通过这个Socket来发送和接收数据就可以了。
TCP/IP服务器与客户端套接字中，客户通过服务器端的IP地址和端口号来建立和服务器的连接，.Sockte类勇于执行客户端的TCP操作。
具体流程如下：
（1）、连接服务器，发送用户登录请求
（2）、向服务器发送聊天信息
（3）、接收服务器转发的聊天信息
（4）、接收服务器发送的系统信息
（5）、响应服务器关闭的消息
4.5服务器端工作流程
每个服务器套接字运行在服务器特定的端口，监听在这个端口的TCP连接。
当远程的客户端的Socket试图与服务器指定端口建立连接时，服务器被激活，判定客护端的连接，并打开两个主机之间固有的连接。
一旦客户端与服务器建立了连接，则两者之间就可以传送数据，而数据是通过这个固有套接字传递的。
在ServerSocket类中包含了创建ServerSocket对象的构造方法，在指定端口监听的方法，建立连接后发送和接受数据的方法。
服务器与客户端根据一定的网络协议交互，直到关闭连接。
具体流程如下：
（1）、启动服务，建立侦听，接受客户端连接。
（2）、接收、分析、转发聊天消息
（3）、向客户端发送系统消息
（4）、关闭服务，并向客户端发送服务器关闭消息
五、系统测试
5.1用户登录界面
图5-1用户登录界面
5.2登录失败界面
图5-2登录失败界面
5.3用户登录后界面
图5-3用户登录后界面
5.4重复登录界面
图5-4重复登录界面
5.5聊天过程记录
图5-5聊天对话界面
5.6有用户退出时界面
图5-6有用户退出时界面
六、设计总结
在做计算机网络课程设计时，很多同学都是用VC做的，VC里面直接封装了一些Socket函数，但是我觉得用java做更好，因为它的界面更友好，而且java里面也封装了Socket函数，且分为TCP和数据报的两种不同的Socket封装函数，程序员可方便的选择所需的函数。
通过这次的课程设计，让我更好的理解了套接字的作用，它就相当于一个插口，理解标准协议的任何线路端都能插入套接字并与之通信，它对应应用服务程序，相当于不同应用服务程序的地址，通过它来分别同一IP地址的不同应用服务程序。
在做这个程序时，因为我是采用java编的程序，所以我是用多线程机制实现的，这可以使多个不同的线程同时运行。
这学期刚学了Java程序设计,但是一直没有机会尝试一下用它做一个软件或者编程之类的，现在终于用它来做了这个课程设计。
在做课程设计的过程中，也提高了我在图书馆或网上查找资料以及自学的能力。
以前没有接触过Winsock，不知道它是什么。
我就通过上网查资料或者在图书馆借相关的资料来看，才知道它是windows下一个很广泛的网络编程接口，它里面封装了许多函数，最基本的就是套接口Socket，俗话说就是一个通信端口。
总之，在这一次的网络课程设计中，我学到了许多以前不懂的知识，回顾和加深了以前学过的网络知识和Java编程知识。
在此要衷心感谢我们的指导老师刘老师对我们悉心的指导，感谢同学们给我的无私帮助。
在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。
在整个课程设计过程中我学到了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。
七、参考文献：
【1】《计算机网络》（第五版）谢希仁编著电子工业出版社
【2】《网络应用程序设计》方敏张彤编著西安电子科技大学出版社
【3】《基于WinsockChat设计》王金宝编著辽宁石油化工大学学报2004
【4】《java语言程序设计》郑莉编著清华大学出版社
【5】《基于Client/Server模式的数据库应用软件的设计与实现》张立等计算机应用研究
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