多人聊天系统的设计与实现

课程设计任务书

2023—2023学年第二学期

专业：计算机科学与技术学号:()82501288姓名:

课程设计名称：计算机网络课程设计____________________________________

设计题目：多人聊天系统的设计与实现_____________________________________

完成期限：自2023年5月30口至2023年6月5口共1周

设计目的：该课程设计的目的主要是通过对简单聊天程序的设计及QQ原理的分析，了解

聊天程序的功能需求及工作原理；熟悉TCP/IP协议以及套节字编程原理.：熟悉Eclipse

编程环境及Sockct/ScrvcrSockct编程方法。

功能要求：根据现有条件，利用TCP/IP协议以及套节字编程原理实现多人聊天系统的设

i-和实现。

・、设计的任务：根据实际情况，进行需求分析，了解聊天程序的功能需求及工作原理:

熟悉TCP/IP协议以及套节字编程原理；熟悉Eclipse编程环境及Socket/ServerSocket编程

方法。

二、进度安排:

序号阶段内容所需时间

1布置任务及调研2天

2系统分析与设计2天

3调试及报告撰写3天

合计7天

三、主要参考资料：

“1谢希仁.计算机网络教程.北京：电子工业出版社社006.

(21卢泽新.路由器原理理设计.北京：电子工业出版社社003.

⑶方敏，张彤.网络应用程序设计.西安:电子科技大学出版社社005.

⑷黄超.Windows卜的网络编程.北京：人民邮电出版社社003.

指导教师(签字〕：教研室主任(签字)：

批准日期：年月日

摘要

本课程设计主要是设t-并实现一个简单的聊天程序，该聊天程序能够支持多人聊天，

聊天的内容可以仅仅支持文本信息，聊天程序包括效劳器程序和客户端程序。在课程设计

中系统的开发平台为Eclipse程序运行平台为WindowsXPO

关键词：聊天程序；效劳器；客户端；Eclipse

目录

1引言1

1.1课程设计目的1

1.2课程设计要求1

1.3课程设计平台1

2需求分析1

2.1功能需求分析1

2.2数据需求分析2

2.3性能需求分析2

2.4运行需求分析3

3设计原理3

3.1聊天程序的工作原理3

3.2TCP/IP协议5

3.3套接字编程原理6

3.4Eclipse开发环境7

4设计步骤8

4.1聊天室的总体设计8

4.2聊天室的模块8

4.3程序的调试9

5问题分析9

总结10

参考文献10

1.引言

本课程设计主要是简单聊天程序的设计，使用MSN或QQ,分析聊天程序

的功能需求及工作原理。该聊天程序能够支持多人聊天，聊天的内容可以仅仅

支持文本信息，聊天程序包括效劳器程序和客户端程序。

1.1课程设计目的

该课程设计的目的主要是通过对简单聊天程序的设计及QQ原理的分析，了

解聊天程序的功能需求及工作原理；熟悉TCP/IP协议以及套节字编程原理；熟

悉Eclipse编程环境及Socket/ServerSocket编程方法。

1.2课程设计要求

(1)按要求编写课程设计报告书，能正确阐述设计结果。

(2)通过课程设计培养学生严谨的科学态度，认真的工作作风和团队协作

精神。

(3)学会文献检索的根本方法和综合运用文献的能力。

(4)在老师的指导下，要求每个学生独立完成课程设计的全部内容。

1.3课程设计平台

课程设计中系统的开发平台为Eclipse,程序运行平台为WindowsXP。

2需求分析

2.1功能需求分析

(1)用户端之间的信息发送，本程序需要实现的最根本的功能。用户在

界面上可以将自己需要发送的信息填入相应的对话框中，点击发送按钮后，可

在出现不可知的错误以后，可以尽量平安的退出程序。在程序的设计过程中，

要求能尽可能多的设想到用户使用过程中可能发生的事件，并能在判断事件后

做出相应的处理，使程序具有较高的容错性能⑵。(2)宜操作性，程序简单易

懂，容易上手使用。设计界面是，简化界面的复杂性，模拟QQ等现有即时通

讯工具的界面，使用户能很容易看懂并使用。

(3)开发文档易理解，保证以后自己二次开发或他人接手开发时，能够

清晰的理解整个系统的设计思路和实现细节。

(4)模块化设计此软件的功能，不同的模块实现不同的功能，使得软件

易于以后的维护与扩展，在以后可以更好的完善本软件的功能，更方便于在工

作中的应用。

2.4运行需求分析

(1)用户界面

程序较小，启动速度快。可在网络中使用，有注册功能，需进行用户登录。

启动后的应用界面要清爽，设计要简单明了，要具有较高的易用性。

(2)故障处理

在遇到可预知的故障与情况时，能提示用户并自动退出；在遇到不可预知

的故障时能平安退出。

3设计原理

3.1聊天程序的工作原理

QQ聊天程序采用的是C/S通信模式，即客户/效劳模式，它把一个应用划

分成功能不同的两个局部，分别在不同的计算机上运行，其中一个为效劳端程

序，用来响应和提供固定的效劳，一个为客户端程序，用来向效劳端提出请求

和要求某种效劳。在数量关系上，通常有一对一的(即一个效劳端程序和一个

客户端程序之间通信)，也有一对多的(即一个效劳端程序和多个客户端程序之

间通信），也有多对多的（即多个效劳端程序和多个客户端程序之间通信）。所

谓效劳端程序、客户端程序也是相对的概念，有时在一个程序中既有效劳端又

有客户端的功能。QQ聊天程序分成了两个程序，--个安装在腾讯公司的效劳

器上，我们称之为效劳端程序，一个安装在QQ用户的计算机上，我们称之为

客户端程序。在许多介绍网络通信编程的书籍中有关网络聊天的例了•，当•个

客户要与另一个客户聊天时，第一个客户先把聊天数据发送给效劳器，然后效

劳器再把聊天数据转发给第二个客户，效劳器好似一个中转站，这在客户数量

比拟少时，效劳器还能承受，在客户数量比拟多时，效劳器肯定要瘫痪。何况

客户之间还要传送文件、语音聊天、视频聊天等等，为了减少效劳器的压力，

各客户端之间需要直接通信。

（1）在效劳端和客户端之间（一对多）

用于客户端程序登录，验证用户密码，获取其它在线好友信息等等。

（2）在客户端和客户端之间（多对多）

用于在线好友间直接通信聊天。此时每个客户端程序上既有实现效劳端功

能的局部，又有实现客户端功能的局部，前者用于接收聊天数据，后者用于发

送聊天数据。

在用C/S模式进行通信时，作为客户端在请求与效劳端连接时需要知道效

劳端的IP地址，腾讯公司的效劳器具有固定的公网地址，这没有问题。但是在

客户端和客户端之间通信时，每个用户的IP地址都是ISP所给的临时地址，无

法固定，那么某个用户要与另一个用户连接时，怎么知道对方的IP地址呢?当

一个用户连接到Internet后，获得了一个临时的公网地址，当登录到QQ时，

QQ效劳端会获得该上线用户的IP地址，然后告知其他要与该上线用户聊天的

用户，其他用户就可以连接该用户与之直接通信了。

在Win32平台上，对于众多的基层网络协议，Winsock是访问它们的首选

接口。如果想从头开发一个网络通信应用程序，TCP/IP就是首选协议之一。为

了保证可靠的数据传输，宜选择TCP协议⑶。

3.2TCP/IP协议

TCP/TP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）的简写，

中文译名为传输控制协议/因特网互联协议，又叫网络通讯协议，这个协议是

Internet最根木的协议、Internet国际互联网络的根底，简单地说，就是由网

络层的IP协议和传输层的TCP协议组成的。

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没备驱动程序）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，因为中并没有做任何

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）。

高层的TCP和UDP效劳在接收数据包时，通常假设包中的源地址是有

效的。也可以这样说，IP地址形成了许多效劳的认证根底，这些效劳相信数据

包是从一个有效的主机发送来的。IP确认包含一个选项，叫作IPsource

routing,可以用来指定一条源地址和目的地址之间的直接路径。对于一些TCP

和UDP的效劳来说，使用了该选项的TP包好似是从路径上的最后一个系统传递

过来的，而不是来自于它的真实地点。这个选项是为了测试而存在的，说明了

它可以被用来欺骗系统来进行平常是被禁止的连接。那么，许多依靠IP源地址

做确认的效劳将产生问题并且会被非法入侵

如果IP数据包中有己经封好的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。

TCP将它的信息送到更高层的应用程序，例如Telnet的效劳程序和客户程

序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将它们向下传送到IP层，设备

驱动程序和物理介质，最后到接收方。

面向连接的效劳（例如Telnet、FTP、rlogin.XWindows和SMTP）需要

高度的可靠性，所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP［发送和接收

域名数据库)，但使用UDP传送有关单个主机的信息。

3.3套接字编程原理

在TCP/IP网络中两个进程间的相互作用的主机模式是客户机/效劳器模式

(Client/Servermodel)o该模式的建立基于以下两点：1、非对等作用；2、通

信完全是异步的。客户机/效劳器模式在操作过程中采取的是主动请示方式：

首先效劳器方要先启动，并根据请示提供相应效劳过程如下)

(1)翻开一通信通道并告知本地主机，它愿意在某一个公认地址上接收客

户请求。

(2)等待客户请求到达该端口。

(3)接收到重复效劳请求，处理该请求并发送应答信号。

(4)返回第二步,等待另一客户请求

⑸关闭效劳器“

客户方：

(1)翻开一通信通道，并连接到效劳器所在主机的特定端口。

(2)向效劳器发送效劳请求报文，等待并接收应答；继续提出请求……

(3)请求结束后关闭通信通道并终止。

所谓的客户客户端/效劳器。是一种能够在基于网络环境的分布处理过程

中，使用基于连接的网络通信模型。该通信模型首先在客户机和效劳器之间定

义一套通信协议，并创立一个Sockel类，利用这个类来建立一条可靠的链接；

然后，客户端/效劳器再在这条连接上可靠地传输数据。客户端发出请求，效劳

器发出请求，效劳器监听来自客户机的请求，并为客户端提供相应效劳。

利用Socket类，我们可以轻松地实现网路客户端程序的编写，Socket类的

一些常用的方法汇总如下：

getLocalAddress()

读取套接字对象的本地地址。

getLocalPort()

读取套接字所使用的本地端口号。

getlnputStream()

得到一个输入流。

getOutputStreamO

得到•个输出流。

通常情况下，客户端只要能够顺序地处理效劳器程序的响应就可以了，因

此客户端程序通常不用使用多线程。

3.4Eclipse开发环境

Eclipse最初是由IBM公司开发的替代商业软件VisualAgeforJava的F一

代IDE开发环境，是著名的跨平台的自由集成开发环境。最初主要用来Java语

言开发，但是目前亦有人通过插件使其作为其他计算机语言比方C++和Python

的开发工具。

Eclipse的本身只是一个框架平台，但是众多插件的支持使得Eclipse拥有

其他功能相对固定的IDE软件很难具有的灵活性。许多软件开发商以Eclipse

为框架开发自己的IDE。

Eclipse采用的技犬是IBM公司开发的(SWT),这是一种基于Java的窗口

组件，类似Java本身提供的AWT和Swing窗口组件；不过IBM声称SWT比

其他Java窗口组件更有效率。Eclipse的用户界面还使用了GUI中间层JFace,

从而简化了基于SWT的应用程序的构建。

Eclipse的插件机制是轻型软件组件化架构。住富客户机平台上，Eclipse使

用插件来提供所有的附加功能，例如支持Java以外的其他语言。已有的别离

的插件已经能够支持C/C++(CDT)、PerkRuby,Python>telnet和数据库开发。

插件架构能够支持将任意的扩展参加到现有环境中，例如配置管理，而决不仅

仅限于支持各种编程语言。

4设计步骤

4.1聊天室的总体设计

聊天室的总体设计过程比拟简单主要是构建设计框图。，就是当客户端发出

信息时，我们将数据写到socket,当对方有数据到达时，我们从socket读出来

并显示给客户。程序关键在于如何监听到有信息到达的过程。应用程序流程图

如下列图所示，开始是先创立主窗口，然后初始化窗口，程序下面才开始消息

循环处理。如果没有消息循环的活，直接结束掉这个程序。如果有循环的话，

要判断这个窗口消息的内容是哪种类型，然后再进行选择处理方式。然后依据

不同的内容选择“创立控件〃，还是要“判断命令"，或是分别处理各种socket

的消息。流程图如图4・1所示

图4-1聊天室设计架构图

4.2聊天室的模块

聊天室主要包括三个模块，效劳器模块、客户端模块、信息处理模块。该

聊天室可以支持多人聊天，只支持文本信息。

(1)效劳器模块

其所包含的函数模块如下列图所示

图4-2效劳器模块图

(2)客户端模块

客户端所包含的函数模块如下列图所示

图4-3客户端模块图

(3)信息处理模块

信息处理模块包括注册信息及登录信息的处理模块，其所包含的函数模块

如下列图所示

图4-4信息处理模块图

4.3程序的调试

聊天室的程序模块如下列图所示

图4-5聊天室程序模块图

程序运行后，用户注册界面如下列国所示

图4-6用户注册界面

用户登录界面如下列图所示

图4-7用户登录界面

进入聊天室的聊天界面如下列图所示

图4-8聊天室界面

可以进行多人聊天，多人聊天如下列图所示

图4-9多人聊天

5问题分析

首先是对QQ软件的需求分析还有工作原理的熟悉，虽然平日用的已经很

熟练了，但原理方面的知识还是有点模糊，通过对资料的学习及一些小程序的

运行，聊天方面的原理才渐渐清晰。

由于之前没有学过Java,所以对Eclipse编程环境几乎是一无所知，在程序

编译过程中遇到的问题比拟多，主要是对那些错误还有警告开始都不知道什么

意思，花了两天的时间在程序的调试上面。另外就是一些概念性的知识欠缺，

尤其是套接字编程原理，所以对程序的一些函数的功能用法有些模糊。

其实遇到的种种问题主要是两方面的原因。一个是根底知识的掌握不够牢

固，概念的混淆，不能够很快的用最正确的方式去解决遇到的问题等等，都是

由于知识的不熟练导致。另一个就是Java局部知识的缺乏，