基于C/S架構(gòu)的QT局域網(wǎng)通信工具設(shè)計(jì)

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)給人們帶來(lái)了很多便利，比如人們借助于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相互交流變得更加方便。聊天工具作為互聯(lián)網(wǎng)中運(yùn)用最為廣泛的通信工具之一，如今都已被廣大網(wǎng)民接受。很多人都使用過(guò)局域網(wǎng)即時(shí)通訊軟件，局域網(wǎng)即時(shí)通訊工具發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)具有了很多功能：有文字聊天、文件、文件夾傳輸?shù)幕竟δ?，也有密封、加鎖等較為復(fù)雜的功能。

關(guān)鍵詞：局域網(wǎng)；即時(shí)通信；套接字；QT、TCP/IP

中圖分類號(hào)：TP393.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 21-0000-02

1 系統(tǒng)概述

Qt局域網(wǎng)通信工具是Windows環(huán)境下的一款即時(shí)通信工具，與Windows下的飛鵒傳書(shū)功能相似。該款工具可用于公司內(nèi)部員工之間進(jìn)行信息交換，如文件傳輸、信息廣播、即時(shí)通信等功能，讓員工可以通過(guò)公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自我管理，提高了整體運(yùn)作效能。

本系統(tǒng)采用基于Socket的局域網(wǎng)通信工具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的方法?；赟ocket的局域網(wǎng)通信軟件可以為企業(yè)原有的局域網(wǎng)提供一種良好，安全，快速的通信機(jī)制。它的實(shí)現(xiàn)無(wú)需對(duì)企業(yè)原有的局域網(wǎng)硬件進(jìn)行任何改動(dòng)，具有實(shí)現(xiàn)成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，它的使用能有效地降低局域網(wǎng)通信負(fù)荷，提高局域網(wǎng)的使用效率，可以很好地解決企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)的各種通信需求。

基于Socket的局域網(wǎng)聊天工具很好地詮釋了Socket通信的原理，并且在企業(yè)內(nèi)部通信、教學(xué)、討論等應(yīng)用中都具有一定的實(shí)用價(jià)值。它具有信息收發(fā)速度快，保密性好，占用網(wǎng)絡(luò)帶寬資源低，占用服務(wù)器吞吐能力低，易于編程實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

基于Socket的局域網(wǎng)通信軟件應(yīng)用范圍廣闊，不但可以處理傳統(tǒng)的通信需求，而且也能擴(kuò)展以適應(yīng)新型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)教育，數(shù)據(jù)影音傳輸?shù)龋瑩碛袕V泛的應(yīng)用前景。

2 需求分析

聊天交流是目前互聯(lián)網(wǎng)提供的主要內(nèi)容。聊天系統(tǒng)有多種實(shí)現(xiàn)方式，類似ICQ屬于一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的聊天系統(tǒng)；還有一種是基于Socket的集中式聊天系統(tǒng)，這種聊天系統(tǒng)需要登陸統(tǒng)一的聊天服務(wù)器。在基于Socket的聊天系統(tǒng)中，主要有兩種角色：服務(wù)器和客戶端，不同的客戶端登陸集中式的服務(wù)器，通過(guò)服務(wù)器將一個(gè)客戶端發(fā)出的信息推送到其他所有客戶端?；赟ocket的聊天系統(tǒng)最早實(shí)現(xiàn)是使用網(wǎng)頁(yè)刷新方式，通過(guò)客戶端不斷地自動(dòng)刷新，服務(wù)器端整個(gè)頁(yè)面內(nèi)容下載到客戶端顯示，這種方式的聊天速度慢，而且有刷屏現(xiàn)象，很快被更新的聊天技術(shù)所替代。聊天系統(tǒng)在客戶端和服務(wù)器之間主要傳送的是文字信息，服務(wù)器端只需要把最近的文字信息推送到客戶端，這樣減少了網(wǎng)絡(luò)傳輸內(nèi)容，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r(shí)間，無(wú)疑提高了聊天速度。這種“推”技術(shù)是目前基于Socket聊天系統(tǒng)的主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

在基于Socket的聊天系統(tǒng)，客戶端和服務(wù)器必須保持隨時(shí)隨地的連接。這有別于普通Web瀏覽的連接方式。在使用瀏覽器訪問(wèn)服務(wù)器時(shí)，先由客戶端發(fā)出HTTP協(xié)議，然后服務(wù)器響應(yīng)處理這個(gè)客戶端的響應(yīng)，再返回處理結(jié)果；請(qǐng)求（Request）和響應(yīng)（Response）是一種一對(duì)一的前后因果關(guān)系。而在基于Socket的聊天系統(tǒng)中，客戶端發(fā)出聊天信息的同時(shí)，客戶端也在接受服務(wù)器發(fā)送過(guò)來(lái)的其他人的聊天信息，因此，請(qǐng)求和響應(yīng)不存在那種前后對(duì)應(yīng)關(guān)系，是兩種分別獨(dú)立進(jìn)行的進(jìn)程。因?yàn)榉?wù)器任何時(shí)候都可能發(fā)送信息到客戶端，因此，客戶端和服務(wù)器一旦建立連接，必須能讓服務(wù)器在以后發(fā)送中尋找定位到這個(gè)連接。局域網(wǎng)聊天系統(tǒng)使該系統(tǒng)的用戶能夠通過(guò)客戶端登入到該系統(tǒng)，然后直接與系統(tǒng)交互。

3 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通常的通信工具，都采用客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）體系結(jié)構(gòu)，C/S結(jié)構(gòu)是這樣的一種結(jié)構(gòu)：它包括一個(gè)客戶機(jī)（或前端），一個(gè)服務(wù)器（或稱后端），客戶機(jī)的作用是訪問(wèn)和處理遠(yuǎn)程服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，服務(wù)器的作用是接收和處理客戶機(jī)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求。有時(shí)，可能有多個(gè)客戶向同一個(gè)服務(wù)器同時(shí)請(qǐng)求服務(wù)，這就需要服務(wù)器決定怎樣處理這些請(qǐng)求。Client/Server結(jié)構(gòu)是當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序中極為流行的一種方式。尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得當(dāng)前很多系統(tǒng)都采用這種方式進(jìn)行構(gòu)造，其最大的優(yōu)點(diǎn)是將計(jì)算機(jī)工作任務(wù)分別由客戶端和服務(wù)器端來(lái)共同完成，這樣有利于充分合理的利用系統(tǒng)資源。另外它的服務(wù)器端還可以將信息集中起來(lái)，任何客戶機(jī)都可以通過(guò)訪問(wèn)服務(wù)器而獲得所需的信息。Client/Server模型最終可歸結(jié)為一種“請(qǐng)求/應(yīng)答”關(guān)系。一個(gè)請(qǐng)求總是首先被客戶發(fā)出，然后服務(wù)器總是被動(dòng)地接收請(qǐng)求，返回客戶需要的結(jié)果。在客戶發(fā)出一個(gè)請(qǐng)求之前，服務(wù)進(jìn)程一直處于休眠狀態(tài)。一個(gè)客戶提出請(qǐng)求后，服務(wù)進(jìn)程被“喚醒”并且為客戶提供服務(wù)，對(duì)客戶的請(qǐng)求做出所需要的應(yīng)答。

4 功能模塊劃分

4.1 其中主線程模塊完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)的初始化，然后啟動(dòng)兩個(gè)子線程：服務(wù)端監(jiān)聽(tīng)線程以及網(wǎng)絡(luò)掃描模塊線程，然后由網(wǎng)絡(luò)掃描模塊得到當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)用戶分布情況，并填充相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后生成用戶列表界面顯示給用戶。

4.2 通信模塊又包括兩個(gè)子模塊：數(shù)據(jù)接收模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，這兩個(gè)模塊都由系統(tǒng)定義的網(wǎng)絡(luò)事件來(lái)觸發(fā)。

4.3 輸入/輸出模塊用來(lái)響應(yīng)用戶雙擊用戶列表的某一項(xiàng)要準(zhǔn)備發(fā)送信息時(shí)的消息，以及當(dāng)系統(tǒng)接收到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶發(fā)送來(lái)的消息，要將其顯示給用戶的時(shí)候。

4.4 網(wǎng)絡(luò)掃描模塊是由主線程模塊啟動(dòng)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)掃描，確定哪些用戶當(dāng)前處于可到達(dá)狀態(tài)，以及哪些可到達(dá)狀態(tài)的用戶安裝有相應(yīng)的通信軟件，并啟動(dòng)之可以與之進(jìn)行通信。

5 開(kāi)發(fā)技術(shù)

5.1 WINDOWS SOCKETS網(wǎng)絡(luò)編程接口

選定WINDOWS平臺(tái)開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)通信程序，可以選擇WINDOWS的SOCKETS編程接口，Windows Sockets是一套開(kāi)放的、支持多種協(xié)議的Windows下的網(wǎng)絡(luò)編程接口?，F(xiàn)在的Winsock已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了與協(xié)議無(wú)關(guān)，你可以使用Winsock來(lái)調(diào)用多種協(xié)議的功能，但較常使用的是TCP/IP協(xié)議。Windows sockets無(wú)疑是我們進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程的利器。所有的Windows Sockets實(shí)現(xiàn)都支持流套接口和數(shù)據(jù)報(bào)套接口。應(yīng)用程序調(diào)用Windows Sockets的API實(shí)現(xiàn)相互之間的通訊。Windows Sockets又利用下層的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議功能和操作系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)實(shí)際的通訊工作。

5.2 TCP/IP協(xié)議、TCP協(xié)議

網(wǎng)際協(xié)議IP是TCP/IP的心臟，也是網(wǎng)絡(luò)層中最重要的協(xié)議。TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）是一種面對(duì)連接和數(shù)據(jù)流的可靠傳輸協(xié)議。它是許多高層應(yīng)用協(xié)議的基礎(chǔ)。TCP協(xié)議能為應(yīng)用程序提供可靠的通信連接，使一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)出的字節(jié)流無(wú)差錯(cuò)地發(fā)往網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī)，因此對(duì)可靠性要求高的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)往往使用TCP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，但在正式收發(fā)數(shù)據(jù)前，通信雙方必須建立連接。

QT提供了QTcpSocket類和QTcpServer類用于編寫(xiě)TCP客戶端和服務(wù)器應(yīng)用程序。QTcpSocket類提供了TCP協(xié)議的通用接口，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)其他標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

首先啟動(dòng)服務(wù)器，稍后的某個(gè)時(shí)刻啟動(dòng)客戶端，它與此服務(wù)器經(jīng)過(guò)三次握手后建立連接。此后的一段時(shí)間內(nèi)，客戶端向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求，服務(wù)器處理這個(gè)請(qǐng)求，并且給客戶端發(fā)回一個(gè)響應(yīng)。這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)下去，直到客戶端給服務(wù)器發(fā)一個(gè)文件結(jié)束符，并關(guān)閉客戶端連接，接著服務(wù)器也關(guān)閉服務(wù)端的連接，結(jié)束運(yùn)行或等待一個(gè)新的客戶端連接。

IP層接收由更低層（網(wǎng)絡(luò)接口層例如以太網(wǎng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序）發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)包，并把該數(shù)據(jù)包發(fā)送到更高層---TCP或UDP層；相反，IP層也把從TCP或UDP層接收來(lái)的數(shù)據(jù)包傳送到更低層。IP數(shù)據(jù)包是不可靠的，因?yàn)镮P并沒(méi)有做任何事情來(lái)確認(rèn)數(shù)據(jù)包是按順序發(fā)送的或者沒(méi)有被破壞。IP數(shù)據(jù)包中含有發(fā)送它的主機(jī)的地址（源地址）和接收它的主機(jī)的地址（目的地址）。

如果IP數(shù)據(jù)包中有已經(jīng)封好的TCP數(shù)據(jù)包，那么IP將把它們向‘上’傳送到TCP層。TCP將包排序并進(jìn)行錯(cuò)誤檢查，同時(shí)實(shí)現(xiàn)虛電路間的連接。TCP數(shù)據(jù)包中包括序號(hào)和確認(rèn)，所以未按照順序收到的包可以被排序，而損壞的包可以被重傳。

UDP與TCP位于同一層，但對(duì)于數(shù)據(jù)包的順序錯(cuò)誤或重發(fā)。因此，UDP不被應(yīng)用于那些使用虛電路的面向連接的服務(wù)，UDP主要用于那些面向查詢---應(yīng)答的服務(wù).

TCP和UDP服務(wù)通常有一個(gè)客戶/服務(wù)器的關(guān)系。兩個(gè)系統(tǒng)間的多重連接是這樣相互確認(rèn)并協(xié)調(diào)一致的，TCP或UDP連接唯一地使用每個(gè)信息中的如下四項(xiàng)進(jìn)行確認(rèn)：

源IP地址 發(fā)送包的IP地址。

目的IP地址 接收包的IP地址。

源端口 源系統(tǒng)上的連接的端口。

目的端口 目的系統(tǒng)上的連接的端口。

端口是一個(gè)軟件結(jié)構(gòu)，被客戶程序或服務(wù)進(jìn)程用來(lái)發(fā)送和接收信息。一個(gè)端口對(duì)應(yīng)一個(gè)16比特的數(shù)。服務(wù)進(jìn)程通常使用一個(gè)固定的端口，因?yàn)樵诮⑴c特定的主機(jī)或服務(wù)的連接時(shí)，需要這些地址和目的地址進(jìn)行通訊。

5.3 P2P

在P2P 系統(tǒng)中，每一個(gè)Peer 都是平等的參與者，承擔(dān)服務(wù)使用者和服務(wù)提供者兩個(gè)角色。資源的所有權(quán)和控制權(quán)被分散到網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)中。服務(wù)使用者和服務(wù)提供者之間進(jìn)行直接通信，可充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，減少網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況，使得資源的有效利用率大大提高（包括各種計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源）。同時(shí)由于沒(méi)有中央節(jié)點(diǎn)的集中控制，系統(tǒng)的伸縮性較強(qiáng)，也能避免單點(diǎn)故障，提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性能。但由于P2P網(wǎng)絡(luò)的分散性、自治性、動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，造成了某些情況下Peer的訪問(wèn)結(jié)果是不可預(yù)見(jiàn)的，例如，一個(gè)請(qǐng)求可能得不到任何應(yīng)答消息的反饋。通常情況下圖形用戶界面應(yīng)用程序是一個(gè)可執(zhí)行線程，并且一次執(zhí)行一個(gè)操作。如果用戶在單線程的應(yīng)用程序中從用戶界面中調(diào)用一個(gè)耗時(shí)的操作，當(dāng)這個(gè)操作被執(zhí)行的時(shí)候，用戶界面通常會(huì)凍結(jié)。當(dāng)遇到這種問(wèn)題時(shí)，就要考慮使用多線程了。

5.4 多線程編程

在一個(gè)多線程的QT程序中，這個(gè)圖形用戶界面在它自己的線程中運(yùn)行，并且處理會(huì)發(fā)生在一個(gè)或多個(gè)其他線程中。這樣做之后，即使處在比較強(qiáng)烈的處理中，應(yīng)用程序也會(huì)響應(yīng)圖形用戶界面。多線程的另外一個(gè)好處是在多處理器的機(jī)器中，不同的線程可以在不同的處理器中同步執(zhí)行，這樣可以獲得更好的性能。多線程具有以下兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

（1）可提高應(yīng)用程序的響應(yīng)速度。這對(duì)開(kāi)發(fā)圖形界面的程序尤其重要，當(dāng)一個(gè)操作耗時(shí)很長(zhǎng)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)等待這個(gè)操作。而使用多線程技術(shù)可將好耗時(shí)長(zhǎng)的操作置于一個(gè)新的線程，從而避免上述問(wèn)題。

（2）使多CPU系統(tǒng)更加有效。當(dāng)線程數(shù)不大于CPU數(shù)目時(shí)，操作系統(tǒng)可以調(diào)度不同的線程運(yùn)行于不同的CPU上。

多線程，在QT中使用線程十分簡(jiǎn)單，只需要繼承QThread類并重新實(shí)現(xiàn)其run（）函數(shù)，只需在run（）函數(shù)中填寫(xiě)所需代碼，然后創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例，并以QThread：：start（）函數(shù)啟動(dòng)這個(gè)實(shí)例即可。這樣run（）函數(shù)中的功能代碼就運(yùn)行在一個(gè)獨(dú)立的線程中了。