基于UDP協議網上聊天程序

《計算機網絡》課程設計說明書題目：基于UDP協議網上聊天程序學院：計算機科學與工程學院專業(yè)：信息平安姓名：學號：1000360222指導教師：孫晉永目錄1協議介紹和使用說明31.1協議內容31.2關鍵技術41.2.1效勞器端Socket的實現41.2.2通信的建立52程序設計62.1系統(tǒng)結構62.2主程序設計72.2.1效勞器端程序72.2.2客戶端程序72.3各模塊設計8客戶端向效勞器發(fā)送消息8客戶端之間發(fā)送消息82.4界面設計82.4.1聊天界面設計的方法82.4.2界面的功能92.5實現主要代碼92.6程序調試及運行結果152.6.1調試前的準備152.6.2程序調試過程162.6.3程序運行結果163課設體會17參考文獻181協議介紹和使用說明1.1協議內容本課程設計主要是基于UDP的并用Java實現的簡單的聊天程序。UDP用戶數據報是在運輸層的端到端抽象的邏輯信道中傳送的。UDP在傳送數據之前不需要先建立連接。對方的運輸層在收到UDP報文后，不需要給出任何確認。雖然UDP不提供可靠交付，但在某些情況下UDP是一種最有效的工作方式。雖然UDP用戶數據報只能提供不可靠的交付，但UDP在某些方面有其特殊的優(yōu)點，它有即時通信的功能。比方說，使用聊天程序聊天的時候，省去的了跟對方通信的時候的鏈接的麻煩，直接進行通信。UDP只在IP的數據報效勞之上增加了很少一點的功能，即端口的功能和過失檢測的功能。UDP使用盡最大努力交付，即不保證可靠交付，同時也不使用擁塞控制。UDP是面向報文的。UDP沒有擁塞控制，很適合多媒體通信的要求。UDP支持一對一、一對多、多對一和多對多的交互通信。發(fā)送方UDP對應用程序交下來的報文，在添加首部后就向下交付IP層。UDP對應用層交下來的報文，既不合并，也不拆分，而是保存這些報文的邊界。應用層交給UDP多長的報文，UDP就照樣發(fā)送，即一次發(fā)送一個報文。接收方UDP對IP層交上來的UDP用戶數據報，在去除首部后就原封不動地交付上層的應用進程，一次交付一個完整的報文。圖1.1UDP根本工作過程1.2關鍵技術效勞器端Socket的實現Socket又稱作套接字，它是使用標準Unix

文件描述符(file

descriptor)

和其它程序通訊的方式。使用send()和recv()讓你更好的控制數據傳輸。在Java網絡編程中，socket相當于應用程序的港口碼頭；在計算機網絡中，套接字由ip地址和端口號組成，為進程之間通信提供地址。兩個主機進行通信實際上就是兩個主機中的應用進程互相通信，應用進程之間的通信又稱為端到端的通信。為應用進程之間的通信提供運輸效勞的是運輸層的運輸協議，運輸層需要有兩種不同的運輸協議，即面向連接的TCP和無連接的UDP。在Java中，用于實現基于UDP的聊天程序，使用兩個重要的類〔DatagramSocket類和DatagramPacket類〕。DatagramSocket類表示用來發(fā)送和接收數據報包的套接字。數據報套接字是包投遞效勞的發(fā)送或接收點。每個在數據報套接字上發(fā)送或接收的包都是單獨編址和路由的。從一臺機器發(fā)送到另一臺機器的多個包可能選擇不同的路由，也可能按不同的順序到達。在DatagramSocket上總是啟用UDP播送發(fā)送。為了接收播送包，應該將DatagramSocket綁定到通配符地址。在某些實現中，將DatagramSocket綁定到一個更加具體的地址時播送包也可以被接收。atagramPacket類表示數據報包。數據報包用來實現無連接包投遞效勞。每條報文僅根據該包中包含的信息從一臺機器路由到另一臺機器。從一臺機器發(fā)送到另一臺機器的多個包可能選擇不同的路由，也可能按不同的順序到達。不對包投遞做出保證。效勞程序工作在效勞器的某個端口上，一旦啟動效勞，它將在這個端口上監(jiān)聽，等待客戶程序發(fā)來請求，當有客戶連接到該端口，accept〔〕方法就返回一個Socket對象，可以用該對象獲得一個輸入輸出流。效勞器的套接字用效勞器套接字類〔ServerSocket〕來建立。具體實現如下：(1)建立一個效勞者，端口為5000。(2)效勞者永遠等待，一旦客戶送來正確的請求，連接至該端口，accept〔〕方法就返回一個Socket對象。(3)用返回的Socket對象創(chuàng)立數據輸入流類的實例in。用返回的Socket對象創(chuàng)立數據輸出流的實例out。以上實例in和out是效勞者用于從客戶接受輸入信息和向客戶程序發(fā)送信息所用。此外，還需要用方法readline〔〕和println〔〕讀取或輸出一行數據。(4)soc.close〔〕關閉Socket。圖1.2基于UDP的SOCKET編程模型通信的建立在客戶端建立Socket對象，并進行異常處理，主機名和端口號與連接的效勞器名和提供該效勞的效勞程序的監(jiān)聽端口必須一致。建立連接后用Socket類提供的getInputStream〔〕和getOutputStream〔〕方法取得輸入輸出流。在效勞器端，獲得的輸入流是客戶端的輸出流，而Socket獲得的輸出流是發(fā)向客戶端的輸入流，在客戶端也是這樣。獲得socket的輸入輸出流之后，為了便于讀寫操作，需要在這兩個流對象根底上建立易于操作的數據流DateInputStream,DataOutputStream。然后對輸入輸出流進行讀寫操作。在通信結束時關閉socket，以斷開連接，釋放資源。先關閉對應的輸入輸出流，再關閉socket本身。2程序設計2.1系統(tǒng)結構本系統(tǒng)采用一個效勞器端和多個客戶端的聊天方式來實現。結構圖如下所示：圖2.1效勞器-客戶端結構圖2.2主程序設計效勞器端程序效勞器與客戶間通過套接口Socket連接。在java中使用套接口相當簡單，JavaAPI為處理套接口的通信提供了一個類.Socket.,使得編寫網絡應用程序相對容易．效勞器采用多線程以滿足多用戶的請求，程序用vector向量數組存儲連接客戶變量,通過創(chuàng)立一個ServerSocket對象來監(jiān)聽來自客戶的連接請求，默認端口為6666，然后無限循環(huán)調用accept()方法接受客戶程序的連接?？蛻舳顺绦蚩蛻舳耸且粋€JavaApplet程序，客戶通過Socket建立與效勞器的連接。圖2.2主程序流程圖2.3各模塊設計客戶端向效勞器發(fā)送消息效勞器與客戶都通過構造DataInputStream,PrintStream來建立輸入輸出流,然后雙方通過該輸入輸出流來相互傳遞信息，一旦收到客戶方的連接請求，效勞器accept()方法返回一個新建的Socket對象?？蛻舳巳缓笙蛐谄靼l(fā)送消息，客戶端之間發(fā)送消息客戶間發(fā)送信息通過UDP協議來實現，用戶登錄時通過類DatagramPacket和DatagramSocket創(chuàng)立UDP包括其本地接受端口以及發(fā)送端口，默認端口為newDatagramSocket〔〕和nickNameField.getText〔〕，通過向效勞器發(fā)送消息，然后效勞器播送消息，最好到達群聊的目的。客戶端發(fā)送消息〔send(DatagramPacket)和接受消息(receive(DatagramPacket))。2.4界面設計2.4.1聊天界面設計的方法在Frame布局容器中，添加一個顯示聊天的TextArea文本框〔在上面〕，參加Panel面板，Panel面板中包括一個發(fā)送消息的TextField單行文本框，“聊天記錄〞和“發(fā)送〞兩個按鈕監(jiān)聽。圖2.3聊天界面實現功能圖2.4.2界面的功能①客戶端登陸界面輸入效勞器IP，接收端口，及用戶名。登陸效勞器，與效勞器建立連接，進入聊天界面。②客戶端聊天界面，進行聊天。并可查看聊天記錄。③效勞器界面，監(jiān)聽客戶端連接狀況并可發(fā)送效勞器消息。2.5實現主要代碼客戶端代碼：packageudp;importjava.io.*;importjava.awt.*;importjava.awt.event.*;import.*;classClientimplementsActionListener,Runnable{privateFrameframe,f1,f2;//聊天窗口和登陸窗口privatePanelp1,p2,p3;privateButtonsendButton,b,c,d;privateTextFieldserverIpField,sendField,receivePortField,nickNameField;privateTextAreacurrentUserField;booleanisClient=false;privateTextAreamessageArea;//聊天記錄框privateStringserverIp;privateintserverReceivePort=6666;//效勞器接收默認端口privateDatagramSocketreceiveSocket=null,sendSocket=null;privateDatagramPacketreceivePacket=null,sendPacket=null;//客戶端登陸界面publicvoidinputIP(){ }//聊天記錄界面publicvoidinput(){ }//客戶端聊天界面publicvoidlaunchFrame(){ }//啟動客戶端，完成登錄publicvoidstart(){try{sendSocket=newDatagramSocket();//客戶機發(fā)送端口 sendMessage(nickNameField.getText()+":" +receivePortField.getText()+":");//名字和接收端口newThread(this).start(); }catch(Exceptione){messageArea.append(e+"\n"); } }//客戶端發(fā)送消息publicvoidsendMessage(Stringstr){try{ ByteArrayOutputStreamout=newByteArrayOutputStream();//捕獲內存緩沖區(qū)的數據，轉換成字節(jié)數組 PrintStreampout=newPrintStream(out);//輸出字節(jié) pout.print(str);byte[]buf=out.toByteArray();sendPacket=newDatagramPacket(buf,buf.length,InetAddress .getByName(serverIp),serverReceivePort);//構造數據報包sendSocket.send(sendPacket);//發(fā)送數據報包 buf=null; }catch(Exceptione){ e.printStackTrace();messageArea.append("消息:"+str+"發(fā)送失敗，你還沒有登錄，或已經掉線！\n"); } }//多線程，啟動接收信息publicvoidrun(){ receiveMessage(); }//客戶機接收消息publicvoidreceiveMessage() {try{receiveSocket=newDatagramSocket(Integer .parseInt(receivePortField.getText()));//客戶機接受端口while(true){byte[]buf=newbyte[200];receivePacket=newDatagramPacket(buf,buf.length);receiveSocket.receive(receivePacket);if(receivePacket.getLength()==0){messageArea.append("空消息"+"\n");continue; } ByteArrayInputStreambin=newByteArrayInputStream(receivePacket.getData());//字節(jié)串變成輸入流 BufferedReaderread=newBufferedReader(newInputStreamReader( bin));//先把字節(jié)流轉換為字符流，然后放入緩沖區(qū) Stringstr=read.readLine();messageArea.append(str);if(str.contains("迎:/")){ }messageArea.append("\n"); read.close(); bin.close(); } }catch(Exceptione){messageArea.append(e+"sendmessageerror\n");} }//事件響應處理publicvoidactionPerformed(ActionEvente){ }//程序主入口publicstaticvoidmain(String[]args){ Clientclient=newClient();//client.input(); client.inputIP(); }效勞端端代碼：packageudp;importjava.io.*;importjava.awt.*;importjava.awt.event.*;import.*;importjava.util.ArrayList;importjava.util.Date;importjava.util.List;importjava.util.Iterator;publicclassServerimplementsActionListener{privateFrameframe;//主窗體privateLabelconnectLabel,messageLabel;privateTextAreamessageArea;//消息框，顯示用戶登錄信息privateTextFieldsendField;//輸入聊天內容的文本框privateButtonsendButton;//發(fā)送按鈕privateDatagramSocketreceiveSocket=null,sendSocket=null;privateDatagramPacketreceivePacket=null,sendPacket=null;privateintserverReceivePort=6666;//效勞器端的接收端口privateList<ClientMessage>clientList=newArrayList<ClientMessage>();//保存連接的客戶端信息booleanisServer=true;//程序主入口publicstaticvoidmain(String[]args){ Serverserver=newServer(); server.launchFrame(); server.start();//啟動效勞器 server.receiveMessage();//接收信息 }//效勞端界面初始化publicvoidlaunchFrame(){ }//事件監(jiān)聽處理publicvoidactionPerformed(ActionEvente){ } }//啟動效勞器publicvoidstart(){try{sendSocket=newDatagramSocket(6660);//效勞器發(fā)送端口 }catch(Exceptione){messageArea.append(e+"\n"); } }//效勞器接收消息publicvoidreceiveMessage() {try{receiveSocket=newDatagramSocket(serverReceivePort);//效勞器接受端口while(true){byte[]buf=newbyte[200];receivePacket=newDatagramPacket(buf,buf.length);receiveSocket.receive(receivePacket);intlength=clientList.size();booleanhave=false; ByteArrayInputStreambin=newByteArrayInputStream(receivePacket.getData()); BufferedReaderread=newBufferedReader(newInputStreamReader( bin)); Stringstr=read.readLine();for(inti=0;i<length;i++){ ClientMessageoldMsg=clientList.get(i);if(oldMsg.hasClient(receivePacket.getPort(),receivePacket.getAddress())){ have=true;break; } }//未存在此客戶端if(!have){ ClientMessagenewMsg=newClientMessage( Integer.parseInt(str.split(":")[1].trim()),receivePacket.getPort(),receivePacket.getAddress());messageArea.append("用戶:"+str.split(":")[0] +"進入聊天室，其IP地址:" +receivePacket.getAddress().getHostAddress() +"發(fā)送端口:"+newMsg.getSendPort()+"接收端口：" +newMsg.getReceivePort()+"登錄時間:" +newDate()+"\n");clientList.add(newMsg); sendMessage("熱烈歡送："+str.split(":")[0]+"IP：" +receivePacket.getAddress().getHostAddress() +"參加聊天室！\n"); }else{//用戶已經存在 sendMessage(str); } read.close(); bin.close(); } }catch(Exceptione){///e.printStackTrace();messageArea.append(e+"sendmessageerror\n"); } }//效勞器端發(fā)送消息給客戶端publicvoidsendToClient(){ }//效勞器播送消息publicvoidsendMessage(Stringstr){ ByteArrayOutputStreamout=newByteArrayOutputStream(); PrintStreampout=newPrintStream(out); pout.print(str);byte[]buf=out.toByteArray();//緩沖區(qū)intlength=clientList.size();try{//轉發(fā)給每一個在線用戶for(inti=0;i<length;i++){ ClientMessagemsg=clientList.get(i);sendPacket=newDatagramPacket(buf,buf.length, msg.getClientIp(),msg.getReceivePort());sendSocket.send(sendPacket); } }catch(IOExceptione){ e.printStackTrace(); } buf=null; }}classClientMessage{privateintreceivePort;//客戶端的接收端口privateintsendPort;//客戶端的發(fā)送端口privateInetAddressclientIp;//客戶端的IPpublicClientMessage(intreceivePort,intsendPort,InetAddressclientIp){this.receivePort=receivePort;this.clientIp=clientIp;this.sendPort=sendPort; }publicintgetReceivePort(){returnreceivePort; }publicInetAddressgetClientIp(){returnclientIp; }publicintgetSendPort(){returnsendPort; }publicbooleanhasClient(intsendPort,InetAddressip){if(ip.getHostAddress().equals(this.getClientIp().getHostAddress()) &&sendPort==this.getSendPort()){returntrue; }returnfalse; }}2.6程序調試及運行結果2.6.1調試前的準備安裝jdk并在計算機的環(huán)境變量中配置好java環(huán)境。使用的實驗環(huán)境是Windows7，EclipseSDK版本：,。2.6.2程序調試過程啟動eclipse，單機測試。首先在主機上運行效勞器端程序，再在器上運行3個客戶端程序。然后進入到用戶的圖形用戶界面，輸入效勞器的IP，進行連接，如果連接成功，那么客戶端就可以通過與效勞器端進行通信，然后效勞器轉發(fā)通信，實現了多個客戶之間的聊天