Đồ án lập trình mạng

TRƯỜNG CĐ CNTT HỮU NGHỊ VIỆT HÀN KHOA KHOA HỌC MÁY TÍNH  BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC LẬP TRÌNH MẠNG NÂNG CAO Đề tài : Sử dụng kỹ thuật lập trình Socket xây dựng chương trình chat qua mạng lan Giáo viên: Nguyễn Vũ Lớp : MM03A – Nhóm 5 Sinh viên thực hiện : - Lê Long Bảo - Trần Ngọc Khải - Phạm Thị Thảo Đà Nẵng, tháng 2 năm 2012 Sử dụng kỹ thuật lập trình Socket xây dựng chương trình chat qua mạng Lan LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại công nghệ ngày nay, việc ứng dụng công nghệ thông tin sẽ giúp công việc giải quyết một cách suôn sẻ và trôi chảy hơn. Việc trao đổi thông tin giữa các người dùng với nhau, hoặc người dùng muốn chia sẽ, trò chuyện với nhau là một nhu cầu cấp thiết. Với nhu cầu đó, nhóm chúng em đã chọn đề tài “Sử dụng kỹ thuật lập trình Socket để xây dựng chương trình Chat qua mạng Lan”, bằng việc ứng dụng những gì đã học trong môn Lập trình mạng nâng cao là một trong những môn giúp người lập trình phát triển các ứng dụng cho doanh nghiệp, cũng như giúp các máy tính có thể trao đổi, truyền tin nhắn hoặc thông điệp với nhau. Đồ án gồm ba chương: Chương 1: Tổng quan về lập trình mạng. Chương 2: Tổng quan về lập trình Socket. Chương 3: Xây dựng và thiết kế chương trình. Kết luận và tài liệu tham khảo. Mặc dù có tìm hiểu kỹ, và kiểm tra chương trình chạy thành công, nhưng chắc chắn vẫn không tránh khỏi sai sót nhất định. Rất mong nhận được sự góp ý và phê bình từ thầy cô cũng như các bạn. Để hoàn thành đồ án này, nhóm chúng em xin cảm ơn thầy Nguyễn Vũ đã tận tình hướng dẫn nhóm chúng em trong thời gian qua. Xin chân thành cảm ơn. Đà nẵng, tháng 3 năm 2012 Nhóm 5 - MM03A Nhóm 1 – MM03A 2 Sử dụng kỹ thuật lập trình Socket xây dựng chương trình chat qua mạng Lan MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa PAN Personal Area Network LAN Local Area Network MAN Metropolitan Area Network WAN Wire Area Network Nhóm 1 – MM03A 3 Sử dụng kỹ thuật lập trình Socket xây dựng chương trình chat qua mạng Lan DANH MỤC HÌNH VẼ Nhóm 1 – MM03A 4 Sử dụng kỹ thuật lập trình Socket xây dựng chương trình chat qua mạng Lan CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LẬP TRÌNH MẠNG 1.1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH 1.1.1. Khái niệm về mạng máy tính Mạng máy tính là tập hợp các máy tính độc lập kết nối với nhau theo một chuẩn kỹ thuật nhất định. Hai máy tính gọi là nối mạng với nhau nếu chúng có khả năng trao đổi thông tin. Phương tiện kết nối có thể là cáp đồng, cáp quang, sóng viba, hồng ngoại hoặc vệ tinh. Mạng máy tính có nhiều kích cỡ, cấu trúc và hình thức tổ chức khác nhau tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể của mạng máy tính. Tuy nhiên, chúng có thể phân thành hai loại chính là: mạng có cấu trúc ngang hàng và mạng có cấu trúc Client – Server (máy trạm – máy chủ) Hình 1.1. Mạng ngang hàng Nhóm 1 – MM03A 5 Sử dụng kỹ thuật lập trình Socket xây dựng chương trình chat qua mạng Lan Hình 1.2. Mạng Client – Server Trên thực tế, không có một phương pháp phân loại thống nhất cho tất cả các loại mạng máy tính, tuy nhiên khi xét đến một mạng máy tính người ta quan tâm đến hai đặc điểm quan trọng: phương thức truyền dẫn và quy mô mạng. Có hai phương thức truyền dẫn được sử dụng phổ biến đó là: truyền quảng bá và truyền điểm-nối-điểm. Truyền quảng bá là phương thức sử dụng kênh thông tin đơn chung cho tất cả các máy trạm trên mạng. Gói dữ liệu được gửi từ một máy trạm mong muốn thì gói dữ liệu đó sẽ được xử lý, nếu không sẽ được bỏ qua. Một hệ thống mạng truyền quảng bá hỗ trợ việc truyền dữ liệu đến một tập hợp các máy trạm, thì được gọi là truyền đa điểm Đối với phương thức truyền điểm-nối-điểm, mạng máy tính sử dụng phương thức này bao gồm tập hợp nhiều kết nối giữa các máy trạm. Gói dữ liệu từ đầu phát dữ liệu đến đầu thu dữ liệu có thể sẽ đi qua một hoặc nhiều máy trạm trung gian theo nhiều tuyến truyền dẫn khác nhau với độ dài khác nhau. Trường hợp mạng máy tính sử dụng phương thức truyền điểm-nối-điểm với một đầu phát và một đầu thu được gọi là phương thức truyền unicasting Phương thức phân loại thứ hai dựa vào quy mô mạng hay kích thước vật lý của mạng. Theo quy mô từ nhỏ đến lớn ta có các loại mạng sau: - Mạng cá nhân (Personal Are Network-PAN) - Mạng LAN (Local Area Network)-mạng cục bộ: kết nối các nút trên một phạm vi giới hạn. Phạm vi này có thể là một công ty, hay một tòa nhà. Nhóm 1 – MM03A 6 Sử dụng kỹ thuật lập trình Socket xây dựng chương trình chat qua mạng Lan - Mạng WAN (Wide Area Network): nhiều mạng LAN kết nối với nhau tạo thành mạng WAN. - MAN (Metropolitan Area Network), tương tự như WAN, nó cũng kết nối nhiều mạng LAN. Tuy nhiên, một mạng MAN có phạm vi là một thành phố hay một đô thị nhỏ. MAN sử dụng các mạng tốc độ cao để kết nối các mạng LAN của trường học, chính phủ, công ty, , bằng cách sử dụng các liên kết nhanh tới từng điểm như cáp quang. 1.2. MÔ HÌNH PHÂN TẦNG 1.2.1. Mô hình OSI Hình 1.3. Mô hình OSI Mô hình OSI có 7 lớp và được thiết kế theo các nguyên tắc sau: - Một lớp được tạo ra tương ứng với một khái niệm trừu tượng - Một lớp thực hiện một chức năng hoàn chỉnh nào đó. - Chức năng của mỗi lớp phải được chọn theo xu hướng phù hợp với các giao thứcđã được chuẩn hóa - Biên của các lớp phải được thiết kế sao cho tối thiểu hóa được lượng thông tin truyền qua các giao diện Nhóm 1 – MM03A 7 Sử dụng kỹ thuật lập trình Socket xây dựng chương trình chat qua mạng Lan - Số lượng các lớp không quá ít để đảm bảo thực hiện đủ các chức năng cần thiết và không được quá nhiều để kiến trúc của nó không trở nên cồng kềnh 1.2.1.1. Lớp vật lý Lớp vật lý bao gồm việc truyền tải các tín hiệu trong môi trường từ máy tính này đến máy tính khác. Lớp này gồm có các chi tiết kỹ thuật về các đặc tính điện và cơ như: mức điện áp, định thời tín hiệu, tốc độ dữ liệu, độ dài truyền tải lớn nhất và các kết nối vật lý của thiết bị mạng. Để một thiết bị hoạt động chỉ trong lớp vật lý, nó sẽ không có bất kỳ kiến thức nào về dữ liệu mà nó truyền tải. Một thiết bị lớp vật lý chỉ truyền tải hoặc nhận dữ liệu một cách đơn giản. 1.2.1.2. Lớp liên kết dữ liệu Cung cấp khả năng chuyển dữ liệu tin cậy xuyên qua một liên kết vật lý. Lớp này liên quan đến: - Địa chỉ vật lý - Mô hình mạng - Cơ chế truy cập đường truyền - Thông báo lỗi - Thứ tự phân phối frame - Điều khiển dòng. Tại lớp data link, các bít đến từ lớp vật lý được chuyển thành các frame dữ liệu bằng cách dùng một số nghi thức tại lớp này. Lớp data link được chia thành hai lớp con: - Lớp con LLC (logical link control). - Lớp con MAC (media access control) Lớp con LLC là phần trên so với các giao thức truy cập đường truyền khác, nó cung cấp sự mềm dẻo về giao tiếp. Bởi vì lớp con LLC hoạt động độc lập với các giao thức truy cập đường truyền, cho nên các giao thức lớp trên hơn (ví dụ như IP ở lớp mạng) có thể hoạt động mà không phụ thuộc vào loại phương tiện LAN. Lớp con LLC có thể lệ thuộc vào các lớp thấp hơn trong việc cung cấp truy cập đường truyền. Lớp con MAC cung cấp tính thứ tự truy cập vào môi trường LAN. Khi nhiều trạm cùng truy cập chia sẻ môi trường truyền, để định danh mỗi trạm, lớp cho MAC định nghĩa một trường địa chỉ phần cứng, gọi là địa chỉ MAC address. Nhóm 1 – MM03A 8 Sử dụng kỹ thuật lập trình Socket xây dựng chương trình chat qua mạng Lan Địa chỉ MAC là một con số đơn nhất đối với mỗi giao tiếp LAN (card mạng). Lớp vật lý (Physical Layer): định nghĩa các qui cách về điện, cơ, thủ tục và các đặc tả chức năng để kích hoạt, duy trì và dừng một liên kết vật lý giữa các hệ thống đầu cuối. Một số các đặc điểm trong lớp vật lý này bao gồm: - Mức điện thế. - Khoảng thời gian thay đổi điện thế. - Tốc độ dữ liệu vật lý. - Khoảng đường truyền tối đa. - Các đầu nối vật lý. 1.2.1.3. Lớp mạng Lớp mạng chịu trách nhiệm lập địa chỉ các thông điệp, diễn dịch địa chỉ và tên logic thành địa chỉ vật lý đồng thời nó cũng chịu trách nhiệm gởi packet từ mạng nguồn đến mạng đích. Lớp này quyết định đường đi từ máy tính nguồn đến máy tính đích. Nó quyết định dữ liệu sẽ truyền trên đường nào dựa vào tình trạng, ưu tiên dịch vụ và các yếu tố khác. Nó cũng quản lý lưu lượng trên mạng chẳng hạn như chuyển đổi gói, định tuyến, và kiểm soát sự tắc nghẽn dữ liệu.Dữ liệu ở lớp này gọi packet hoặc datagram. 1.2.1.4. Lớp vận chuyển Lớp vận chuyển phân đoạn dữ liệu từ hệ thống máy truyền và tái thiết lập dữ liệu vào một luồng dữ liệu tại hệ thống máy nhận đảm bảo rằng việc bàn giao các thông điệp giữa các thiết bị đáng tin cậy. Dữ liệu tại lớp này gọi là segment. Lớp này thiết lập, duy trì và kết thúc các mạch ảo đảm bảo cung cấp các dịch vụ sau: - Xếp thứ tự các phân đoạn: khi một thông điệp lớn được tách thành nhiều phân đoạn nhỏ để bàn giao, lớp vận chuyển sẽ sắp xếp thứ tự các phân đoạn trước khi ráp nối các phân đoạn thành thông điệp ban đầu. - Kiểm soát lỗi: khi có phân đoạn bị thất bại, sai hoặc trùng lắp, lớp vận chuyển sẽ yêu cầu truyền lại. - Kiểm soát luồng: lớp vận chuyển dùng các tín hiệu báo nhận để xác nhận. Bên gửi sẽ không truyền đi phân đoạn dữ liệu kế tiếp nếu bên nhận chưa gởi tín hiệu xác nhận rằng đã nhận được phân đoạn dữ liệu trước đó đầy đủ. Nhóm 1 – MM03A 9 Sử dụng kỹ thuật lập trình Socket xây dựng chương trình chat qua mạng Lan 1.2.1.5. Lớp phiên Lớp này có chức năng thiết lập, quản lý, và kết thúc các phiên thông tin giữa hai thiết bị truyền nhận. Lớp phiên cung cấp các dịch vụ cho lớp trình bày. Lớp Session cung cấp sự đồng bộ hóa giữa các tác vụ người dùng bằng cách đặt những điểm kiểm tra vào luồng dữ liệu. Bằng cách này, nếu mạng không hoạt động thì chỉ có dữ liệu truyền sau điểm kiểm tra cuối cùng mới phải truyền lại. Lớp này cũng thi hành kiểm soát hội thoại giữa các quá trình giao tiếp, điều chỉnh bên nào truyền, khi nào, trong bao lâu. Ví dụ như: RPC, NFS, Lớp này kết nối theo ba cách: Haft duplex,Simplex, Full-duplex. 1.2.1.6. Lớp trình diễn Lớp này chịu trách nhiệm thương lượng và xác lập dạng thức dữ liệu được trao đổi. Nó đảm bảo thông tin mà lớp ứng dụng của một hệ thống đầu cuối gởi đi, lớp ứng dụng của hệ thống khác có thể đọc được. Lớp trình bày thông dịch giữa nhiều dạng dữ liệu khác nhau thông qua một dạng chung, đồng thời nó cũng nén và giải nén dữ liệu. 1.2.1.7. Lớp ứng dụng Lớp ứng dụng tương tác trực tiếp với người sử dụng và nó cung cấp các dịch vụ mạng cho các ứng dụng của ngời sử dụng nhưng không cung cấp dịch vụ cho các lớp khác. Lớp này thiết lập khả năng liên lạc giữa những ngời sử dụng, đồng bộ và thiết lập các quy trình xử lý lỗi và đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu. 1.2.2. Mô hình TCP/IP Hình 1.4. Mô hình TCP/IP Sự ra đời của họ giao thức TCP/IP gắn liền với sự ra đời của Internet mà tiền thân là mạng ARPAnet (Advanced Research Projects Agency) do Bộ Quốc phòng Mỹ tạo ra. Nhóm 1 – MM03A 10 [...]... như một kiểu module con trong mạng của chúng ta: network Tictoc5 { submodules: tic: Tic5; // the limit parameter is still unbound here We will get it from the ini file toc: Toc5; connections: Như bạn có thể thấy, định nghĩa mạng giờ ngắn và đơn giản hơn nhiều Việc kế thừa cho phép bạn sử dụng các kiểu phổ biến trong mạng của bạn và tránh xa các định nghĩa dư thừa và thiết lập tham số Bước 6: việc mô... cũng phải chỉnh lại code C++ để đọc tham số trong initialize() và gán nó vào biến bộ đếm Counter= par(“limit”); Chúng ta có thể sử dụng tham số thứ hai để quyết định xem có gửi thông điệp ban đầu hay không: if (par("sendMsgOnInit").boolValue() == true) Giờ chúng ta gán giá trị cho các tham số trong file Ned hoặc từ omnetpp.ini Việc gán giá trị trong file Ned được ưu tiên Bạn có thể định nghĩa giá trị... network Tictoc11 { types: channel Channel extends ned.DelayChannel { delay = 100ms; } submodules: Như bạn đã thấy chúng ta đã định nghĩa kiểu mạng mới bên trong định nghĩa mạng bằng việc thêm một phần types Phần định nghĩa kiểu này chỉ nhìn thấy được bên trong mạng Nó được gọi là một kiểu địa phương hay inner Bạn có thể sử dụng module đơn giản như các kiểu types nếu bạn thấy cần Chú ý: chúng tôi đã... (uniform(0,1) < 0.1) { EV dup(); send(copy, "out"); } III.Chuyển thành một mạng thực tế hơn Bước 10: làm việc với nhiều hơn 2 nodes Sources: tictoc10.ned, txc10.cc, omnetpp.ini Bây chúng ta sẽ làm một bước lớn: tạo một vài module tic và kết nối chúng thành một mạng Rồi chúng ta cho chúng làm việc đơn giản: một trong các node sinh một thông điệp, và các node khác tung... omnetpp.ini Định nghĩa mạng mới của chúng ta khá phức tạp và dài, đặc biệt là phần kết nối Thử làm nó đơn giản Thứ đầu tiên ta nhận thấy các kết nối thường sử dụng cùng tham số trễ delay Có thể tạo các kiểu cho các kết nối (chúng được gọi là các kênh-channel) giống các module đơn giản Chúng ta có thể tạo một kiểu kênh chỉ ra tham số trễ và ta sẽ sử dụng kiểu đó cho tất cả các kết nối trong mạng network Tictoc11... thể định nghĩa giá trị mặc định cho các tham số nếu bạn sử dụng cú pháp default(…) trong file Ned Trong trường hợp này bạn có thể hoặc thiết lập giá trị của các tham số trong omnetpp.ini hoặc sử dụng giá trị mặc định đã cung cấp bởi file NED Ở đây, chúng ta gán một tham số trong file NED: network Tictoc4 { submodules: tic: Txc4 { parameters: sendMsgOnInit = true; @display("i=,cyan"); } toc: Txc4 {... và tham số ngẫu nhiên Sources: tictoc8.ned, txc7.cc, omnetpp.ini Trong bước này chúng tôi sẽ giới thiệu các số ngẫu nhiên Chúng ta thay đổi độ trễ từ 1 giây đến một giá trị ngẫu nhiên, việc này có thể lập từ file Ned hoặc từ omnetpp.ini Các tham số module có thể trả lại các biến ngẫu nhiên Tuy nhiên, để dùng tính năng này, ta phải đọc các tham số trong handleMessage() mỗi khi ta sử dụng nó // The "delayTime"... định hoặc ghi đè một vài các tham số của nó Trong trường hợp của chúng ta, ta sẽ lấy hai kiểu module đơn giản (tic và toc) Gần hơn ta có thể sử dụng các kiểu này khi định nghĩa các kiểu module con trong mạng Việc lấy từ một module đơn giản đã tồn tại khá dễ Đây là module cơ sở: simple Txc5 { parameters: bool sendMsgOnInit = default(false); int limit = default(2); @display("i=block/routing"); gates: input... [General] seed-0-mt=532569 # or any other 32-bit value Bước 8: timeout và việc hủy bộ định thời Sources: tictoc8.ned, txc8.cc, omnetpp.ini Để có được một bước gần hơn tới việc mô hình hóa các giao thức mạng, chúng ta biến đổi mô hình của chúng ta sang mô phỏng dừng và đợi Coi như ta đã có các lớp tic và toc Kịch bản cơ bản là giống như lần trước: tic và toc sẽ tung các thông điệp cho nhau Tuy nhiên, . entry 7 Echo 9 Discard 11 Systat 13 Daytime Nhóm 1 – MM03A 17 Sử dụng kỹ thuật lập trình Socket xây dựng chương trình chat qua mạng Lan 15 Nestat 17 quote (quote odd day 20 ftp-data 21 ftp (control) 23 Telnet 25 SMTP 37 Time 53 Name. tách giữa các vùng. Địa chỉ IP là để định danh duy nhất cho một host bất kỳ trên liên mạng. Khuôn dạng địa chỉ IP: mỗi host trên mạng TCP/IP được định danh duy nhất bởi một địa chỉ có khuôn dạng. phối frame - Điều khiển dòng. Tại lớp data link, các bít đến từ lớp vật lý được chuyển thành các frame dữ liệu bằng cách dùng một số nghi thức tại lớp này. Lớp data link được chia thành hai lớp con: -