基于UDP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)聊天程序的設(shè)計與開發(fā)

JHJFHKSHFJDHFJKHSKDJHFJKHKFJHDSJKHJKHKJDSFHJKHJDHFJKSHFJKDHFKHFHDKSHFKLHFJKDHFJKSHJKDFHDJKHFJKDHFJKDSFHJKDSFHJKS基于UDP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)聊天程序設(shè)計學(xué)生姓名：XX指導(dǎo)老師：XX摘要本課程設(shè)計是是基于UDP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)聊天程序設(shè)計，UDP協(xié)議是無連接的協(xié)議，是TCP/IP協(xié)議的一種分層協(xié)議。通過本設(shè)計進一步掌握利用VisualC++進行程序設(shè)計的能力和運用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的思想和方法，初步掌握開發(fā)一個小型實用系統(tǒng)的基本方法，理解Windows程序的運行過程。本設(shè)計實現(xiàn)的聊天工具要求在MicrosoftVisualC++6.0上，編寫一個程序，采用C/S模式，模擬網(wǎng)絡(luò)上的聊天軟件，實現(xiàn)在局域網(wǎng)上兩臺主機之間的通信。且經(jīng)過測試，該聊天程序能夠正常運行，實現(xiàn)了設(shè)計目標(biāo)。關(guān)鍵詞UDP協(xié)議；客戶機/服務(wù)器；網(wǎng)絡(luò)聊天1引言現(xiàn)在是網(wǎng)絡(luò)的世界，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的不可估量了，它可以包括我們生活中的方方面面，小到上網(wǎng)瀏覽新聞、上網(wǎng)購物，大到網(wǎng)上理財、網(wǎng)上會議，可以說網(wǎng)絡(luò)把我們的世界變小了，即使在海角天邊，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方我們就可以隨時聯(lián)系。最簡單的形式就是進行網(wǎng)絡(luò)聊天了，比如QQ、MSN等等很簡單的聊天工具，可以隨時拉近你我的距離。本設(shè)計將基于UDP協(xié)議和局域網(wǎng)環(huán)境，實現(xiàn)一個即時聊天程序。1.1本文主要內(nèi)容本文第二節(jié)介紹了UDP協(xié)議和客戶機/服務(wù)器模式基本原理，第三節(jié)詳細描述了設(shè)計思路和流程，第四節(jié)為本次課程設(shè)計的總結(jié)。1.2設(shè)計平臺MicrosoftVisualC++6.0，簡稱VC或者VC6.0，是微軟推出的一款C++編譯器，將“高級語言”翻譯為“機器語言（低級語言）”的程序。VisualC++是一個功能強大的可視化軟件開發(fā)工具。自1993年Microsoft公司推出VisualC++1.0后，隨著其新版本的不斷問世，VisualC++已成為專業(yè)程序員進行軟件開發(fā)的首選工具。雖然微軟公司推出了VisualC++.NET(VisualC++7.0)，但它的應(yīng)用有很大的局限性，只適用于Windows2000、WindowsXP和WindowsNT4.0。所以實際中，更多的是以VisualC++6.0為平臺。VisualC++6.0由Microsoft開發(fā),它不僅是一個C++編譯器，而且是一個基于Windows操作系統(tǒng)的可視化集成開發(fā)環(huán)境（integrateddevelopmentenvironment，IDE）。VisualC++6.0由許多組件組成，包括編輯器、調(diào)試器以及程序向?qū)ppWizard、類向?qū)lassWizard等開發(fā)工具。這些組件通過一個名為DeveloperStudio的組件集成為和諧的開發(fā)環(huán)境。Microsoft的主力軟件產(chǎn)品。VisualC++是一個功能強大的可視化軟件開發(fā)工具。自1993年Microsoft公司推出VisualC++1.0后，隨著其新版本的不斷問世，VisualC++已成為專業(yè)程序員進行軟件開發(fā)的首選工具。雖然微軟公司推出了VisualC++.NET(VisualC++7.0)，但它的應(yīng)用的很大的局限性，只適用于Windows2000,WindowsXP和WindowsNT4.0。所以實際中，更多的是以VisualC++6.0為平臺。2設(shè)計原理2.1UDP協(xié)議原理UDP協(xié)議的全稱是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)中它與TCP協(xié)議一樣用于處理數(shù)據(jù)包，是一種無連接的協(xié)議。在OSI模型中，在第四層——傳輸層，處于IP協(xié)議的上一層。UDP有不提供數(shù)據(jù)包分組、組裝和不能對數(shù)據(jù)包進行排序的缺點，也就是說，當(dāng)報文發(fā)送之后，是無法得知其是否安全完整到達的。UDP用來支持那些需要在計算機之間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。包括網(wǎng)絡(luò)視頻會議系統(tǒng)在內(nèi)的眾多的客戶/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要使用UDP協(xié)議。UDP協(xié)議從問世至今已經(jīng)被使用了很多年，雖然其最初的光彩已經(jīng)被一些類似協(xié)議所掩蓋，但是即使是在今天UDP仍然不失為一項非常實用和可行的網(wǎng)絡(luò)傳輸層協(xié)議。UDP是OSI參考模型中一種無連接的傳輸層協(xié)議，它主要用于不要求分組順序到達的傳輸中，分組傳輸順序的檢查與排序由應(yīng)用層完成，提供面向事務(wù)的簡單不可靠信息傳送服務(wù)。UDP協(xié)議基本上是IP協(xié)議與上層協(xié)議的接口。UDP協(xié)議適用端口分別運行在同一臺設(shè)備上的多個應(yīng)用程序。與所熟知的TCP（傳輸控制協(xié)議）協(xié)議一樣，UDP協(xié)議直接位于IP（網(wǎng)際協(xié)議）協(xié)議的頂層。根據(jù)OSI（開放系統(tǒng)互連）參考模型，UDP和TCP都屬于傳輸層協(xié)議。UDP協(xié)議的主要作用是將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量壓縮成數(shù)據(jù)包的形式。一個典型的數(shù)據(jù)包就是一個二進制數(shù)據(jù)的傳輸單位。每一個數(shù)據(jù)包的前8個字節(jié)用來包含報頭信息，剩余字節(jié)則用來包含具體的傳輸數(shù)據(jù)。UDP是無連接的，即發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接（當(dāng)然發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束時也沒有連接可釋放）因此減少了開銷和發(fā)送數(shù)據(jù)之前的時延。UDP使用的是盡最大努力交付，即不保證可靠交付，因此主機不需要維持復(fù)雜的連接狀態(tài)表。UDP是面向報文的。發(fā)送方的UDP對應(yīng)程序交下來的報文，在添加首部后就向下交付給IP層。UDP對應(yīng)用層交下來的報文，既不合并，也不拆分，而是保留這些報文的邊界。UDP是定義用來在互連網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中提供數(shù)據(jù)報交換的計算機通信的協(xié)議。此協(xié)議默認(rèn)是IP下層協(xié)議。此協(xié)議提供了向另一用戶程序發(fā)送信息的最簡便的協(xié)議機制，不需要連接確認(rèn)和保護復(fù)制，所以在軟件實現(xiàn)上比較簡單，需要的內(nèi)存空間比起TCP相對較小。UDP包頭由4個域組成，其中每個域各占用2個字節(jié)。（1）源端口號（16位）：UDP數(shù)據(jù)包的發(fā)送方使用的端口號。（2）目標(biāo)端口號（16位）：UDP數(shù)據(jù)包的接收方使用的端口號。UDP協(xié)議使用端口號為不同的應(yīng)用保留其各自的數(shù)據(jù)傳輸通道。UDP和rap協(xié)議正是采用這一機制，實現(xiàn)對同一時刻內(nèi)多項應(yīng)用同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的支持。（3）數(shù)據(jù)報長度（16位）。數(shù)據(jù)報的長度是指包括報頭和數(shù)據(jù)部分在內(nèi)的總的字節(jié)數(shù)。理論上，包含報頭在內(nèi)的數(shù)據(jù)包的最大長度為65535字節(jié)。不過，一些實際應(yīng)用往往會限制數(shù)據(jù)包的大小，有時會降低到8192字節(jié)。（4）校驗值（16位）。UDP協(xié)議使用包頭中的校驗值來保證數(shù)據(jù)的安全。2.2客戶機/服務(wù)器模式

由于這次課程設(shè)計是實現(xiàn)點到點的可靠連接，所以在此使用UDP連接方式。在這個連接中，雙方分為客戶和服務(wù)器，他們各自的功能不同?？蛻魴C一方，UDP應(yīng)用程序功能如下：（1）打開通信信道（申請一套接字），并連接到服務(wù)器在主機的保留端口，該端口對應(yīng)服務(wù)器的UDP進程。（2）向服務(wù)器發(fā)出請求報文，等待接收應(yīng)答。（3）從服務(wù)器方收到最終應(yīng)答結(jié)果，或在不再請求時關(guān)閉信道并終止客戶機進程。服務(wù)器一方，UDP應(yīng)用程序動作如下：（1）打開通信信道（申請一套接字），通知本地主機在某一保留端口接收客戶機請求。（2）等待客戶請求到達指定端口。（3）接收到請求，啟動一新進程處理用戶請求，同時釋放舊進程以響應(yīng)新的客戶請求，一旦服務(wù)完成，關(guān)閉新進程與客戶的通信鏈路。（4）繼續(xù)等待客戶機請求。（5）如果不想響應(yīng)客戶機請求，關(guān)閉服務(wù)器進程。3設(shè)計步驟3.1總體設(shè)計思路基于UDP協(xié)議通信和基于TCP協(xié)議的通信不同，基于UDP的消息傳遞更快，但不提供可靠性的保證。也就是說，數(shù)據(jù)在傳遞的時候，用戶無法知道數(shù)據(jù)能否正確的到達目的地主機，也不能確定數(shù)據(jù)到達目的地的順尋是否和發(fā)送的順序相同。系統(tǒng)采用的是客戶端/服務(wù)器工作模式，所以應(yīng)有客戶端和服務(wù)器兩個類，其中客戶端向服務(wù)器請求服務(wù)。而基于UDP通信的基本模式是：將數(shù)據(jù)打包，稱為數(shù)據(jù)包，然后將數(shù)據(jù)包發(fā)往目的地。接受別人發(fā)來的數(shù)據(jù)包，然后查看數(shù)據(jù)包的內(nèi)容。3.2功能模塊調(diào)用流程設(shè)計：客戶端服務(wù)器客戶端服務(wù)器Socket()Socket()Socket()Socket()Bind()Bind()Bind()Bind()雙向通信雙向通信ReceiveFrom()/SendTo()ReceiveFrom()/SendTo()ReceiveFrom()/SendTo()Close()Close()Close()Close()圖3.1程序設(shè)計流程圖其中，服務(wù)器端：Socket()，建立流式套接字；Bind()，將套接字和服務(wù)器地址結(jié)構(gòu)綁定；ReceiveFrom()/SendTo()，在套接字上接收/發(fā)送數(shù)據(jù)；Close()，關(guān)閉套接字?？蛻舳伺c服務(wù)器端同理。3.3基于UDP的網(wǎng)絡(luò)聊天程序?qū)崿F(xiàn)3.3.1基于UDP的聊天程序服務(wù)器端源程序：//創(chuàng)建套接字//第二個參數(shù)和TCP設(shè)置不同SOCKETsockSrv=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);SOCKADDR_INaddrSrv;//設(shè)置服務(wù)器端套接字的地址結(jié)構(gòu)的相關(guān)屬性addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);//設(shè)置IPaddrSrv.sin_port=htons(20000);////設(shè)置端口號addrSrv.sin_family=AF_INET;//將套接字和服務(wù)器地址結(jié)構(gòu)綁定bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));charrecvBuf[100];charsendBuf[100];chartempBuf[100];SOCKADDR_INaddrClient;intlen=sizeof(SOCKADDR);//從客戶端接收數(shù)據(jù)recvfrom(sockSrv,recvBuf,100,0,(SOCKADDR*)&addrClient,&len);if('q'==recvBuf[0]){sendto(sockSrv,"q",strlen("q")+1,0,(SOCKADDR*)&addrClient,len);cout<<"chartend"<<endl;break;//退出循環(huán)}//將對方發(fā)送過來的信息前段加上IP地址進行輸出sprintf(tempBuf,"%ssay%s\n",inet_ntoa(addrClient.sin_addr),recvBuf);cout<<tempBuf<<endl;//將用戶的鍵盤輸入發(fā)送到對方cout<<"Pleaseinputmessage:"<<endl;gets(sendBuf);sendto(sockSrv,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0,(SOCKADDR*)&addrClient,len);3.3.2基于UDP的聊天程序客戶端端源程序：//創(chuàng)建套接字SOCKETsockClient=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);//第二個參數(shù)和TCP設(shè)置不同SOCKADDR_INaddrSrv;//服務(wù)器地址結(jié)構(gòu)addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("");//服務(wù)器地址addrSrv.sin_port=htons(20000);//服務(wù)器端口號addrSrv.sin_family=AF_INET;cout<<"請輸入發(fā)送的消息:"<<endl;gets(sendBuf);//得到用戶的鍵盤輸入//將對方發(fā)送過來的信息前段加上IP地址進行輸出sprintf(tempBuf,"%ssay%s\n",inet_ntoa(addrSrv.sin_addr),recvBuf);cout<<tempBuf<<endl;3.4程序測試結(jié)果圖3.2客戶端向服務(wù)器發(fā)送信息圖3.3服務(wù)器收到信息圖3.4服務(wù)器向客戶端發(fā)送信息圖3.5客戶端收到服務(wù)器信息4結(jié)束語這次計算機網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計歷時兩個星期，讓我學(xué)到了很多很多的東西。不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。當(dāng)然，在這個過程中我也遇到了很多問題，不過由于老師耐心的幫助和講解，使我更進一步加深了對計算機網(wǎng)絡(luò)的了解，讓我對它有了更加濃厚的興趣。特別是當(dāng)每一步成功時，心里特別的開心?？偟膩碚f，這次設(shè)計的基于UDP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)聊天程序還是比較成功的，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于迎刃而解，有點小小的成就感，終于覺得平時所學(xué)的知識有了實用的價值，達到了理論與實際相結(jié)合的目的，不僅學(xué)到了不少知識，而且鍛煉了自己的能力，使自己對以后的路有了更加清楚的認(rèn)識，同時，對未來有了更多的信心。最后，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！參考文獻[1]謝希仁．計算機網(wǎng)絡(luò)（第四版）[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2003[2]陸魁軍等．計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實踐教程[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2005[3]陳堅、陳偉編著.《VisualC++網(wǎng)絡(luò)高級編程》.北京:人民郵電出版社，2001[4]吳功宜、胡曉英等編著.《計算機網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計》.北京：機械工業(yè)出版社，2010.8附件1：首先編寫服務(wù)器端程序，實現(xiàn)代碼如下：ChatServer#include<iostream>#include<WinSock2.h>#pragmacomment(lib,"Ws2_32.lib")usingnamespacestd;intmain(intargc,CHAR*argv[]){WORDwVersionRequested;WSADATAwsaData;interr;wVersionRequested=MAKEWORD(2,0);err=WSAStartup(wVersionRequested,&wsaData);if(err!=0){cout<<"WSAStartupError!"<<endl;return1;}if(LOBYTE(wsaData.wVersion)!=2||HIBYTE(wsaData.wVersion)!=0){cout<<"Versionnotrignt!"<<endl;WSACleanup();return1;}//創(chuàng)建套接字//第二個參數(shù)和TCP設(shè)置不同SOCKETsockSrv=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);SOCKADDR_INaddrSrv;////設(shè)置服務(wù)器端套接字的地址結(jié)構(gòu)的相關(guān)屬性addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);//設(shè)置IPaddrSrv.sin_port=htons(20000);////設(shè)置端口號addrSrv.sin_family=AF_INET;//將套接字和服務(wù)器地址結(jié)構(gòu)綁定bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));charrecvBuf[100];charsendBuf[100];chartempBuf[100];SOCKADDR_INaddrClient;intlen=sizeof(SOCKADDR);while(1){//從客戶端接收數(shù)據(jù)recvfrom(sockSrv,recvBuf,100,0,(SOCKADDR*)&addrClient,&len);if('q'==recvBuf[0]){sendto(sockSrv,"q",strlen("q")+1,0,(SOCKADDR*)&addrClient,len);cout<<"chartend"<<endl;break;//退出循環(huán)}//將對方發(fā)送過來的信息前段加上IP地址進行輸出sprintf(tempBuf,"%ssay%s\n",inet_ntoa(addrClient.sin_addr),recvBuf);cout<<tempBuf<<endl;//將用戶的鍵盤輸入發(fā)送到對方cout<<"Pleaseinputmessage:"<<endl;gets(sendBuf);sendto(sockSrv,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0,(SOCKADDR*)&addrClient,len);}closesocket(sockSrv);WSACleanup();return0;}下面編寫聊天客戶端程序，實現(xiàn)代碼如下：Chatclient#include<iostream>#include<WinSock2.h>#pragmacomment(lib,"Ws2_32.lib")//靜態(tài)加入一個lib文件usingnamespacestd;intmain(intargc,CHAR*argv[]){WORDwVersionRequested;WSADATAwsaData;interr;wVersionRequested=MAKEWORD(2,0);err=WSAStartup(wVersionRequested,&wsaData);if(err!=0){cout<<"WSAStartupError!"<<endl;return1;}if(LOBYTE(wsaData.wVersion)!=2