局域网的消息广播.docx

题目：局域网的消息广播

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局域网的消息广播
摘 要 本课程设计主要基于Eclipse编程环境，实现一个局域网环境下的文件的广播以及接收系统： 一行一行读取文件然后广播,同一子网掩码下的的用户都可以接收并查看。

关键词 UDP协议；套节字；C/S工作模式；VC及Socket/ServerSocket编程方法

1.1课程设计目的
综合运用我们所学过的知识，以达到巩固所学知识，通过对基于局域网的消息广播系统的设计，熟悉UDP协议以及套接字编程原理；性能，熟悉VC及Socket/ServerSocket编程方法，理解C/S工作模式学会VC及Socket/ServerSocket编程方法

1.2课程设计要求
通过对基于局域网的消息广播系统的设计，熟悉UDP协议以及套节字编程原理；性能， Socket/ServerSocket编程方法，理解C/S工作模式。按要求编写课程设计报告书，培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。包括学会自己分析解决问题的方法，对设计中遇到的问题，能通过独立思考、查阅工具书、参考文献，寻找解决方案。

2 需求分析
2.1开发背景
广播系统具有实用性、经济性、便捷性等特点，广泛应用于各种公共场合，如进行全校的公共广播、课间操、召开全校大会等。利用传统广播的概念，将其与网络连接起来，即可实现网络资源共享，典型的例子如：网络教学。

3 相关协议及原理
3.1UDP协议
用户数据报协议（UDP）是 OSI 参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。是一个简单的面向数据报的传输层协议，IETF RFC 768是UDP的正式规范。 UDP 协议基本上是 IP 协议与上层协议的接口。 UDP 协议适用端口分别运行在同一台设备上的多个应用程序。
由于大多数网络应用程序都在同一台机器上运行，计算机上必须能够确保目的地机器上的软件程序能从源地址机器处获得数据包，以及源计算机能收到正确的回复。这是通过使用 UDP 的“端口号”完成的。例如，如果一个工作站希望在工作站 128.1.123.1 上使用域名服务系统，它就会给数据包一个目的地址 128.1.123.1 ，并在 UDP 头插入目标端口号 53 。源端口号标识了请求域名服务的本地机的应用程序，同时需要将所有由目的站生成的响应包都指定到源主机的这个端口上。 UDP 端口的详细介绍可以参照相关文章。

3.2客户机/服务器模式
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/服务器模式(Client/Server model)。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/服务器模式在操作过程中采取的是主动请示方式：
首先服务器方要先启动，并根据请示提供相应服务：（过程如下）
1、打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、接收到重复服务请求，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
5、关闭服务器。
客户方：
1、打开一通信通道，并连接到服务器所在主机的特定端口。
2、向服务器发送服务请求报文，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。
3.3基本套接字
为了更好说明套接字编程原理，给出几个基本的套接字：
1、创建套接字——socket()
功能：使用前创建一个新的套接字
格式：SOCKET PASCAL FAR socket(int af,int type,int procotol);
参数：af: 通信发生的区域
type: 要建立的套接字类型
procotol: 使用的特定协议
2、指定本地地址——bind()
功能：将套接字地址与所创建的套接字号联系起来。
格式：int PASCAL FAR bind(SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen);
参数：s: 是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符（套接字号）。
其它：没有错误，bind()返回0，否则SOCKET_ERROR
地址结构说明：
struct sockaddr_in
{
short sin_family;//AF_INET
u_short sin_port;//16位端口号，网络字节顺序
struct in_addr sin_addr;//32位IP地址，网络字节顺序
char sin_zero[8];//保留
}
3、建立套接字连接——connect()和accept()
功能：共同完成连接工作
格式：int PASCAL FAR connect(SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen);
SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s,struct sockaddr FAR * name,int FAR * addrlen);
参数：同上
4、监听连接——listen()
功能：用于面向连接服务器，表明它愿意接收连接。
格式：int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog);
5、数据传输——send()与recv()
功能：数据的发送与接收
格式：int PASCAL FAR send(SOCKET s,const char FAR * buf,int len,int flags);
int PASCAL FAR recv(SOCKET s,const char FAR * buf,int len,int flags);
参数：buf:指向存有传输数据的缓冲区的指针。
6、多路复用——select()
功能：用来检测一个或多个套接字状态。
格式：int PASCAL FAR select(int nfds,fd_set FAR * readfds,fd_set FAR * writefds,
fd_set FAR * exceptfds,const struct timeval FAR * timeout);
参数：readfds:指向要做读检测的指针
writefds:指向要做写检测的指针
exceptfds:指向要检测是否出错的指针
timeout:最大等待时间
7、关闭套接字——closesocket()
功能：关闭套接字s
格式：BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s);

4 系统设计
4.1 设计思想
整个系统分为广播发送端和接收端，发送端发送数据信息到多播组。接受端可以选择接收与不接收，服务器端是信息的中心。
服务器端可以打开指定的文件，通过定时器不断发送信息，同时可以自己显示正在发送和已发送的信息。客户端则可以选择接收和停止接收，同时显示接收到的内容。
本课程设计按照系统的具体功能要求，首先应用Socket编程创建客户端和服务器端，每个接收端就会相应的创建一个线程，它们之间通过这个连接来实现数据通信；然后在发送端和接收端设置一个监听器，用于监听发出的消息。并根据消息做出不同的动作。
4.2系统功能
该系统实现了局域网内部的信息广播，,同一子网掩码下的用户都可以接收并查看
发送端发送的信息。发送端可以开始发送和停止发送，接收端也可以接收和停止接收，两端都可以显示发送的信息。
4.3系统架构
（1）选择用户数据报协议UDP，使用Java的Socket编程机制，分别建立发送端与接收端，自己可以设定主机的地址。
（2）分别设计发送端与接收器端的界面，并使用Java应用程序用户界面的开发工具包Swing进行窗体界面的布局，以及实现部分窗口事件的相应。
4.4 模块设计
（1）广播发送端:
主要实现向各个接收端发布广播消息。
1、选择要发送的文件： 可以选择路径。
2、发送信息：运用MulticastSocket多播数据报套接字类用于发送和接收 IP 多播包。设置Timer计时器在指定时间间隔触发一个或多个 ActionEvent。
3、显示消息：显示发送的内容和已发送的内容。主要用BufferedReader(Reader in)
创建一个使用默认大小输入缓冲区的缓冲字符输入流用来每次显示一行正发送的内容。显示已发送的内容则要使用append(String str) 将给定文本追加到文本区的当前文本。
（2） 客户端：
主要实现接收发送端发送的消息，和发送端一样可以显示已接收的信息内容。和接受端得一个重要的区别在于它不需要打开一个文件，代码要简单一点。

5详细设计与实现
5.1 服务器端
（1）这部分代码包含的包有：
import java.io.*;
import .*;
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import javax.swing.Timer;
（2）界面设计
该段功能由ServerFrame.java文件中的ServerFrame类实现，具体实现过程如下：
窗口布局：服务器端窗口使用了BorderLayout事务管理器，把整个容器分成了几个区域，每个面板又分别使用不同的事务管理器放置其他组件，如按钮、标签、文本框等，各个组将构成了一个完整的服务器端界面。
下面图5-1是发送端初始化界面的截图：

图5-1发送端初始化界面
（3）事件处理：
通过Java的授权事件模型，针对组件“选择要广播的文件”、“开始广播”“停止广播”Button1~Button8，通过addActionListener(主要运用了addActionListener)方法注册监听器，并且实现ActionListener接口中的actionPerformed方法，这样，当组件触发了相应类型的事件后，此事件就会被传送给已注册的监听器，事件监听器负责处理事件。至此，实现了窗口对以下几个事件的响应：打开文件，开始发送信息、停止发送信息。
5.2 服务器端
（1）这部分代码包含的包只有三个：
import .*;
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
（2）界面设计
这部分的和发送端的原理一样，所以只给出代码如下：
Button 开始接收, 停止接收;
TextArea 显示正在接收内容, 显示已接收的内容;
Thread thread;
boolean 停止 = false;

public Receive() {
super("定时接收信息");
thread = new Thread(this);
开始接收 = new Button("开始接收");
停止接收 = new Button("停止接收");
停止接收.addActionListener(this);
开始接收.addActionListener(this);
显示正在接收内容 = new TextArea(10, 10);
显示正在接收内容.setForeground(Color.blue);
显示已接收的内容 = new TextArea(10, 10);
Panel north = new Panel();
north.add(开始接收);
north.add(停止接收);
add(north, BorderLayout.NORTH);
Panel center = new Panel();
center.setLayout(new GridLayout(1, 2));
center.add(显示正在接收内容);
center.add(显示已接收的内容);
add(center, BorderLayout.CENTER);
validate();
下面图5-2是接收端初始化界面的截图：

图5-2接收端初始化界面
（3）事件处理部分主要代码
while (true) {
byte data[] = new byte[8192];
DatagramPacket packet = null;
packet = new DatagramPacket(data, data.length, group, port);
try {
socket.receive(packet);
String message = new String(packet.getData(), 0, packet
.getLength());
显示正在接收内容.setText("正在接收的内容:\n" + message);
显示已接收的内容.append(message + "\n");
} catch (Exception e) {
}
if (停止 == true) {
break;}
从这段代码中可以看出接收端的这部分代码和发送端的区别主要就在于把socket.send(packet);改为socket.receive(packet);

5.3核心类
（1）类 MulticastSocket：
多播数据报套接字类用于发送和接收 IP 多播包。MulticastSocket 是一种 (UDP) DatagramSocket，它具有加入 Internet 上其他多播主机的“组”的附加功能。
多播组通过 D 类 IP 地址和标准 UDP 端口号指定。D 类 IP 地址在 224.0.0.0 和 239.255.255.255 的范围内（包括两者）。地址 224.0.0.0 被保留，不应使用。
可以通过首先使用所需端口创建 MulticastSocket，然后调用 joinGroup(InetAddress groupAddr) 方法来加入多播组：
将消息发送到多播组时，该主机和端口的所有预定接收者都将接收到消息（在数据包的生存时间范围内，请参阅下文）。套接字不必成为多播组的成员即可向其发送消息。
当套接字预定多播组/端口时，它将接收由该组/端口的其他主机发送的数据报，像该组和端口的所有其他成员一样。套接字通过 leaveGroup(InetAddress addr) 方法放弃组中的成员资格。多个 MulticastSocket 可以同时预定多播组和端口，并且都会接收到组数据报。
同时，不允许 applet 使用多播套接字。
（2）类 Frame:
Frame 是带有标题和边框的顶层窗口。
窗体的大小包括为边框指定的所有区域。边框区域的尺寸可以使用 getInsets 方法获得，但是，由于这些尺寸与平台相关，因此在通过调用 pack 或 show 将窗体设置为可显示之前，将无法获得有效的 insets 值。由于窗体的总大小包括了边框区，因此边框实际上遮掩了窗体的部分区域，并将可用于在矩形中呈现和/或显示子部件的区域限制在一个矩形内，该矩形左上角的位置为 (insets.left, insets.top)，宽度为 width - (insets.left + insets.right)，长度为 height - (insets.top + insets.bottom)。
(3)类 Thread
每个线程都有一个优先级，高优先级线程的执行优先于低优先级线程。每个线程都可以或不可以标记为一个守护程序。当某个线程中运行的代码创建一个新 Thread 对象时，该新线程的初始优先级被设定为创建线程的优先级，并且当且仅当创建线程是守护线程时，新线程才是守护程序。
· 调用了 Runtime 类的 exit 方法，并且安全管理器允许退出操作发生。
· 非守护线程的所有线程都已停止运行，无论是通过从对 run 方法的调用中返回，还是通过抛出一个传播到 run 方法之外的异常。
创建新执行线程有两种方法。一种方法是将类声明为 Thread 的子类。该子类应重写 Thread 类的 run 方法。接下来可以分配并启动该子类的实例。
创建线程的另一种方法是声明实现 Runnable 接口的类。该类然后实现 run 方法。然后可以分配该类的实例，在创建 Thread 时作为一个参数来传递并启动。
每个线程都有一个标识名，多个线程可以同名。如果线程创建时没有指定标识名，就会为其生成一个新名称。

5.4 所设计的广播系统工作效果截图
选择一txt文档，点击“开始广播”一段时间后的截图如图5-4：

图5-4 点击“开始广播”
然后点击“停止广播”时的截图如图5-5：

图5-5 点击“停止广播”
在运行BroadCastWord.java后，同时运行，点击“开始接收”按钮时的截图如图5-6：

图5-6 点击“开始接收”
然后点击接收端“停止广播”时的截图如图5-7：
图5-7 点击“停止广播”
6 结束语
经过努力,我终于将课程设计做完了。在这次作业过程中,我遇到了许多困难,但在老师，同学的帮助和我的努力下，我顺利的完成了设计。这个程序代码并不多，也不复杂，但程序编写中用到了事件处理，线程的创建、同步，输入输出处理，内部类，异常处理，和网络通信的知识，这次的课程设计让我受益非浅。
在整个设计过程中，对我来说，收获最大的是方法和能力，那些分析和解决问题的方法与能力。在整个过程中,我发现我的理论知识和实际应用脱节。总体来说,我觉得做这种设计对我的帮助还是很大的,它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来，对学过的理论进行深入的理解，这就为我们以后进行相关的工作打下了基础。
参考文献

[1] 孙卫琴编JAVA网络程序精解 电子工业出版社
[2] 孙印杰 刘斌 孙玉强等编JAVA编程案例精解 电子工业出版社
[3] Merlin Hughes Michael Shoffner《Java网络编程实例》清华大学出版社
[4] 李芝兴、杨瑞龙、朱庆生《Java程序设计之网络编程》清华大学出版社 2006年3月第一版