BÁO CÁOĐỒ ÁN CƠ SỞ 4ĐỀ TÀI: Lập trình chương trình chat video sử dụnggiao thức TCP socket

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT-HÀN BÁO CÁO ĐỒ ÁN CƠ SỞ ĐỀ TÀI: Lập trình chương trình chat video sử dụng giao thức TCP socket Sinh viên thực : LÊ CÔNG NHẤT Lớp: 18IT4 LÊ THÁI THẮNG Lớp: 18IT4 Giảng viên hướng dẫn : ThS.TRẦN ĐÌNH SƠN Đà nẵng, ngày…, tháng…, năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT-HÀN BÁO CÁO ĐỒ ÁN CƠ SỞ ĐỀ TÀI: Lập trình chương trình chat video sử dụng giao thức TCP socket Đà nẵng, ngày…, tháng…, năm 2020 MỞ ĐẦU Đào tạo bậc đại học hệ Kỹ sư địi hỏi sinh viên ngồi việc thành thạo kỹ lập trình việc hiểu rõ chất giao thức, ngôn ngữ lập trình mơi trường…là quan trọng Chính ngồi việc giảng dạy ngơn ngữ lập trình giải thuật Thầy(Cơ) giảng viên trường ln hướng sinh viên đến cốt lõi để sinh viên hiểu nắm rõ chất Chuẩn bị tốt cho việc tốt nghiệp kiến thức sau Với hướng đó, nhóm chúng em chọn đề tài “Lập trình chương trình chat video sử dụng giao thức TCP socket”, việc ứng dụng học mơn Lâp trình mạng Tuy đề tài không việc nắm rõ chất thành thạo khả lập trình địi hỏi thời gian kiến thức thật Với việc học mơ hình phân tầng mạng, q trình biến đổi liệu để truyền, nhận liệu mơ hình client server, em bước hồn thành đề tài giao, nhiều thiếu sót cần hồn thiện tiếp tục phát triển Trong q trình hồn thành đồ án nhóm, giảng viên hướng dẫn ThS.Trần Đình Sơn hướng dẫn cụ thể tận tình, thầy thiếu sót điểm cần hồn thiện Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Thầy cô Trường tạo điều kiện giúp đỡ nhóm chúng em thời gian qua để hồn thành tốt đề tài Đà nẵng, ngày…, tháng…, năm 2020 NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) Đà Nẵng, ngày,… tháng,… năm 2020 Chữ kí GVHD ThS.Trần Đình Sơn MỤC LỤC Chương Tổng quan lập trình mạng 1.1 Tổng quan mạng máy tính .6 1.1.1 Mạng máy tính gì? 1.1.2 Mơ hình mạng .6 1.1.3 Phân loại mạng 1.2 Mơ hình mạng OSI .9 1.3 Giao thức truyền thông .11 Chương Xây dựng chương trình Client-Server với giao thức TCP 13 2.1 Tổng quan giao thức TCP 13 2.2 Khái niệm Socket 15 2.3 Sử dụng TCP socket 16 2.4 Các bước thuật tốn xây dựng chương trình Client-Server 17 2.4.1 Các bước xây dựng chương trình server: 17 2.4.2 Các bước xây dựng chương trình client 18 2.4.3 Thuật tốn xây dựng chương trình client-server tổng quát 18 Chương Triển khai xây dựng chương trình 20 3.1 Bài toán Chat Video 20 3.2 Tổng quan ngôn ngữ Java 20 3.2.1 Java ? 20 3.2.2 Ứng dụng Java 20 3.2.3 Những đặc điểm Java 20 3.3 Viết chương trình server hoạt động đa tuyến(multi threading) 21 3.4 Viết chương trình client 22 3.5 Kết chương trình .24 Chương KẾT LUẬN .27 4.1 Kết .27 4.2 Hạn chế 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 28 Chương Tổng quan lập trình mạng 1.1 Tổng quan mạng máy tính 1.1.1 Mạng máy tính gì? Mạng máy tính hay hệ thống mạng (Computer Network hay Network System) kết hợp máy tính lại với thơng qua thiết bị nối kết mạng phương tiện truyền thông (giao thức mạng, môi trường truyền dẫn) theo cấu trúc máy tính trao đổi thơng tin qua lại với 1.1.2 Mơ hình mạng Mạng hình (Star Network) 1.1.2.1 Có tất trạm kết nối với thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ trạm chuyển đến trạm đích Tùy theo u cầu truyền thơng mạng mà thiết bị trung tâm hub, switch, router hay máy chủ trung tâm Vai trò thiết bị trung tâm thiết lập liên kết Point – to – Point - Ưu điểm: Thiết lập mạng đơn giản, dễ dàng cấu hình lại mạng (thêm, bớt trạm), dễ dàng kiểm soát khắc phục cố, tận dụng tối đa tốc độ truyền đường truyền vật lý - Khuyết điểm: Độ dài đường truyền nối trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế (bán kính khoảng 100m với cơng nghệ nay) Mạng tuyến tính (Bus Network) 1.1.2.2 Có tất trạm phân chia đường truyền chung (bus) Đường truyền giới hạn hai đầu hai đầu nối đặc biệt gọi terminator Mỗi trạm nối với trục qua đầu nối chữ T (Tconnector) thiết bị thu phát (transceiver) Mô hình mạng Bus hoạt động theo liên kết Point–to–Multipoint hay Broadcast - Ưu điểm: Dễ thiết kế chi phí thấp - Khuyết điểm: Tính ổn định kém, nút mạng hỏng toàn mạng bị ngừng hoạt động Mạng hình vịng (Ring Network) 1.1.2.3 Tín hiệu truyền vòng theo chiều Mỗi trạm mạng nối với qua chuyển tiếp (repeater) có nhiệm vụ nhận tín hiệu chuyển tiếp đến trạm vòng Như tín hiệu lưu chuyển vịng theo chuỗi liên tiếp liên kết Point–to–Point repeater - Ưu điểm: Mạng hình vịng có ưu điểm tương tự mạng hình - Khuyết điểm: Một trạm cáp hỏng toàn mạng bị ngừng hoạt động, thêm bớt trạm khó hơn, giao thức truy nhập mạng phức tạp 1.1.3 Phân loại mạng LAN 1.1.3.1 LAN (local area network), hay gọi "mạng cục bộ", mạng tư nhân nhà, khu vực (trường học hay quan chẳng hạn) có cỡ chừng vài km Chúng nối máy chủ máy trạm văn phòng nhà máy để chia sẻ tài nguyên trao đổi thơng tin LAN có đặc điểm: - Giới hạn tầm cỡ phạm vi hoạt động từ vài mét km - Thường dùng kỹ thuật đơn giản có đường dây cáp (cable) nối tất máy Vận tốc truyền liệu thông thường 10 Mbps, 100 Mbps, Gbps, gần 100 Gbps - Ba kiến trúc mạng kiểu LAN thông dụng bao gồm: o Mạng bus hay mạng tuyến tính Các máy nối cách liên tục thành hàng từ máy sang máy Ví dụ Ethernet (chuẩn IEEE 802.3) o Mạng vịng Các máy nối máy cuối lại nối ngược trở lại với máy tạo thành vịng kín Thí dụ mạng vịng thẻ IBM (IBM token ring) o Mạng 1.1.3.2 MAN MAN (metropolitan area network), hay cịn gọi "mạng thị", mạng có cỡ lớn LAN, phạm vi vài km Nó bao gồm nhóm văn phịng gần thành phố, cơng cộng hay tư nhân có đặc điểm: - Chỉ có tối đa hai dây cáp nối - Không dùng kỹ thuật nối chuyển - Có thể hỗ trợ chung vận chuyển liệu đàm thoại, hay truyền hình Ngày người ta dùng kỹ thuật cáp quang để truyền tín hiệu Vận tốc có thể đạt đến 10 Gbps 1.1.3.3 WAN WAN (wide area network), gọi "mạng diện rộng", dùng vùng địa lý lớn thường cho quốc gia hay lục địa, phạm vi vài trăm vài ngàn km Chúng bao gồm tập hợp máy nhằm chạy chương trình cho người dùng Các máy thường gọi máy lưu trữ(host) hay cịn có tên máy chủ, máy đầu cuối Các máy nối mạng truyền thông (communication subnet) hay gọn mạng (subnet) Nhiệm vụ mạng chuyển tải thông điệp (message) từ máy chủ sang máy chủ khác 1.2 Mơ hình mạng OSI Mơ hình OSI (Open Systems Interconnection Reference Model, viết ngắn OSI Model OSI Reference Model) - tạm dịch Mơ hình tham chiếu kết nối hệ thống mở - thiết kế dựa vào nguyên lý tầng cấp, lý giải cách trừu tượng kỹ thuật kết nối truyền thông máy vi tính thiết kế giao thức mạng chúng Mơ hình phát triển thành phần kế hoạch Kết nối hệ thống mở (Open Systems Interconnection) ISO IUT-T khởi xướng Nó cịn gọi Mơ hình bảy tầng OSI Tường trình tầng cấp mẫu hình OSI: - Tầng vật lý (Physical Layer): Tầng vật lý định nghĩa tất đặc tả điện vật lý cho thiết bị Trong bao gồm bố trí chân cắm(pin), hiệu điện thế, đặc tả cáp nối (cable) - Tầng liên kết liệu (Data-Link Layer): Tầng liên kết liệu cung cấp phương tiện có tính chức quy trình để truyền liệu thực thể mạng (truy cập đường truyền, đưa liệu vào mạng), phát sửa chữa lỗi tầng vật lý có - Tầng mạng (Network Layer): Tầng mạng cung cấp chức quy trình cho việc truyền chuỗi liệu có độ dài đa dạng, từ nguồn tới đích, thơng qua nhiều mạng, trì chất lượng dịch vụ (quality of service) mà tầng giao vận yêu cầu - Tầng giao vận (Transport Layer): Tầng giao vận cung cấp dịch vụ chuyên dụng chuyển liệu người dùng đầu cuối, nhờ tầng khơng phải quan tâm đến việc cung cấp dịch vụ truyền liệu đáng tin cậy hiệu 10 Truyền thơng tin cậy có nghĩa nút gửi biết gói tin gửi đến đích hay khơng Nếu khơng đến được, nút gửi phải gửi lại gói tin Nếu gói tin gửi thành cơng, nút gửi gửi gói tin Cụ thể q trình thực cách gói tin đánh số thứ tự Mỗi nhận gói tin, nút nhận phải gửi phản hồi xác nhận (acknowledgment) cho nút gửi để thông báo nhận thành cơng gói tin Giao thức TCP sử dụng truyền thông dạng luồng liệu hay dãy bytes (byte-stream) liên tục kênh truyền, mơ tả hình vẽ bên dưới: Hình 2.Minh họa việc truyền liệu giao thức TCP Mỗi gói tin TCP (hay cịn gọi segment) gồm số thông tin điều khiển phần đầu mô tả bảng đây: Thông tin điều khiển Mô tả Số cổng nguồn(Source Port) Số cổng đích(Destination Port) Số hiệu gói tin(Sequence Number) Số hiệu xác nhận(Acknowledgment Số hiệu cổng TCP tiến trình gửi Số hiệu cổng TCP tiến trình nhận Số thứ tự byte gói tin TCP Số thứ tự byte gói tin Number) TCP mà giao thức TCP gửi chờ nhận từ Kích thước đệm(Window) phía nhận Kích thước đệm TCP phía máy gửi dùng để chứa gói tin TCP Thông tin kiểm tra lỗi(TCP Checksum) nhận Dùng để kiểm tra tính tồn vẹn phần đầu liệu gói tin TCP 14 Để kết thúc kết nối, giao thức TCP sử dụng chế bắt tay bước.Điều đảm bảo hai giao thức TCP (gửi nhận) kết thúc truyền liệu tất liệu gửi nhận thành công 2.2 Khái niệm Socket Để xây dựng chương trình theo mơ hình client-server, cho phép truyền nhận liệu qua mạng, người lập trình cần viết chương trình tầng ứng dụng tìm cách giao tiếp với hai giao thức (dịch vụ) tầng Vận chuyền TCP UDP Để làm việc này, hệ điều hành cung cấp phương tiện cho phép ứng dụng người dùng giao tiếp với giao thức TCP UDP cách dễ dàng Phương tiện gọi Socket, biêu diễn hình vẽ bên dưới: Hình 3.Mơ tả Socket mơ hình TCP/IP Socket xem điểm giao tiếp ứng dụng với mạng, chương trình client/server thực hai thao tác sau: • Để truyền liệu, chương trình cần gửi liệu vào socket • Để nhận liệu, chương trình cần đọc liệu từ socket Có hai loại socket: socket nối với giao thức TCP gọi TCP socket, tương tự socket nối với giao thức UDP gọi UDP socket Một TCP socket xem điểm cuối kênh kết nối hai chiều lien kết hai chương trình mạng 15 Hình 4.Socket mơ hình ứng dụng client-server Có thể nói kênh kết nối hai chương trình thiết lập nhờ vào hai socket gắn hai chương trình Như hình vẽ trên, mơi chương trình client server đêu có socket gắn vào để truyền nhận liệu 2.3 Sử dụng TCP socket Như trình bày mục trên, việc xây dựng chương trình client-server sử dụng giao thức TCP tầng Vận chuyên thực thông qua TCP socket Do vậy, người lập trình cần viết mã lệnh đề đọc ghi liệu chương trình TCP socket, sau TCP socket có nhiệm vụ liên lạc gửi, nhận liệu với TCP socket phía đầu cịn lại Do đó, hoạt động TCP socket bao gồm sau: • TCP Socket phía server: - Lắng nghe yêu cầu nối kết từ socket phía client - Chấp nhận kết nối từ socket phía client - Gửi liệu nhận liệu - Đóng kết nối • TCP Socket phía client: - u cầu kết nối với socket phía server - Gửi liệu - Nhận liệu - Đóng kết nối 16 Để TCP socket phía client liên lạc với TCP socket phía server TCP socket phía server phải gắn với cơng (port) Sau TCP socket phía server gắn cơng, chờ lắng nghe yêu cầu tạo kênh kết nối từ TCP socket phía client gửi đến 2.4 Các bước thuật tốn xây dựng chương trình Client-Server 2.4.1 Các bước xây dựng chương trình server: Chương trình server xây dựng gồm bước sau: Tạo TCP socket Gắn TCP vào số hiệu cổng Chở lắng nghe yêu cầu kết nối từ chương trình client Nếu có yêu cầu kết nối, chấp nhận kết nối từ chương trình client Sau kênh kết nối thiết lập, trao đổi liệu với chương trình client Đóng kết nối Hình Thuật tốn xây dựng chương trình Server 17 2.4.2 Các bước xây dựng chương trình client Chương trình client xây dựng gồm bước sau: Tạo TCP socket Yêu cầu kết nối đến server.Nếu server chấp nhận, kênh kết nối thiết lập Trao đổi liệu với chương trình server Đóng kết nối Hình 6.Thuật tốn xây dựng chương trình client 2.4.3 Thuật tốn xây dựng chương trình client-server tổng quát Từ bước xây dựng chương trình client server trên, trình xây dựng ứng dụng theo mơ hình client-server mơ tả băng thuật tốn sơ đồ khơi sau: 18 Hình 7.Thuật tốn xây dựng ứng dụng client-server tổng qt Sau chương trình server tạo TCP socket gắn số hiệu cơng vào TCP socket, chương trình server băt đâu chờ lăng nghe yêu câu kêt nôi từ chương trình client Do TCP giao thức truyền thơng có kết nối nên để trao đổi liệu với chương trình server, chương trình client phải tạo kênh kết nối đến chương trình server Chương trình client tạo TCP socket, sau gửi yêu cầu kết nối đến chương trình server chạy địa IP số hiệu cổng xác định Chương trình server nhận yêu cầu kết nối gửi đến, khơng có lỗi chấp nhận kết nối Ngay chương trình server chấp nhận kết nối, kênh kết nối thiết lập phép chương trình client server trao đổi liệu với 19 Chương Triển khai xây dựng chương trình 3.1 Bài tốn Chat Video - Chat Video hình thức thảo luận trực tiếp Internet, bạn thảo luận, trao đổi nhận câu trả lời lập tức, tương tự bạn nói chuyện qua điện thoại - Trong đồ án này, nhóm sử dụng ngơn ngữ Java để lập trình chương trình Chat Video 3.2 Tổng quan ngơn ngữ Java 3.2.1 Java ? - Java ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng Sun MicroSystem đưa vào thập niên 90 - Chương trình viết ngơn ngữ lập trình java chạy hệ thống có cài máy ảo java (Java Virtual Machine) 3.2.2 Ứng dụng Java Ngày Java sử dụng với mục đích sau: - Phát triển ứng dụng cho thiết bị điện tử thông minh, ứng dụng cho doanh nghiệp với quy mô lớn - Tạo trang web có nội dung động (web applet), nâng cao chức server - Phát triển nhiều loại ứng dụng khác nhau: Cơ sở liệu, mạng, Internet, viễn thông, giải trí, 3.2.3 Những đặc điểm Java Tiêu chí hàng đầu Ngơn ngữ Lập trình Java "Write Once, Run Anywhere" (Viết lần, chạy nơi), nghĩa Java cho phép viết code lần thực thi hệ điều hành khác Ví dụ, viết code Hệ điều hành Windows thực thi Hệ điều hành Linux Mac OS 20 Với đặc điểm bật đó, Java có đặc điểm sau: - Đơn giản quen thuộc: Vì Java kế thừa trực tiếp từ C/C++ nên có đặc điểm ngơn ngữ này, Java đơn giản dựa sở C++ Sun cẩn thận lược bỏ tính khó của C++ để làm cho ngôn ngữ dễ sử dụng - Hướng đối tượng quen thuộc - Mạnh mẽ (thể chế tự động thu gom rác - Garbage Collection) an toàn - Kiến trúc trung lập, độc lập tảng có tính khả chuyển (Portability) - Hiệu suất cao - Máy ảo (biên dịch thông dịch) - Phân tán - Đa nhiệm: Ngôn ngữ Java cho phép xâ dựng trình ứng dụng, nhiều q trình xảy đồng thời Tính đa nhiệm cho phép nhà lập trình biên soạn phần mềm đáp ứng tốt hơn, tương tác tốt thực theo thời gian thực 3.3 Viết chương trình server hoạt động đa tuyến(multi threading) Để cho phép chương trình server kết nối phục vụ nhiều chương trình client thời điểm, cần phải xây dựng chương trình server chương trình đa tuyến Trong đó, tuyến (thread) chương trình server giữ kết nối với chương trình client đảm nhận việc truyền nhận liệu với client Khi có chương trình client gửi u cầu kết nối đến chương trình server chương trình server phải tạo tuyến (thread) để kết nối trao đổi liệu với client 21 Hình 8.Minh họa server đa tuyến Để đối tượng thread giữ kênh kết nối với client, đối tượng thread tạo phải gắn với socket đầu cuối kênh kết nối với client Hình 9.Mơ tả chi tiết server đa tuyến 3.4 Viết chương trình client Dưới bảng tương ứng thuật toán mã lệnh ngơn ngữ Java để xây dựng chương trình client: 22 Giống chương trình server, chương trình client cần truyền nhận liệu với socket thông qua việc đọc ghi liệu với luồng InputStream OutputStream Socket phía client chịu trách nhiệm liên lạc với socket phía server để gửi nhận liệu đến chương trình server Hình 12.Chương trình client gửi nhận liệu với chương trình server 23 3.5 Kết chương trình Giao diện login Giao diện sign-up 24 Giao diện chat text Giao diện calling wait 25 Giao diện answers Giao diện design 26 Chương KẾT LUẬN 4.1 Kết - Chương trình sử dụng Multi Threading cho phép nhiều Client kết nối tới Server - Cho phép Client trị chuyện với thơng qua Video chat - Các Client trị chuyện riêng tư với Client khác 4.2 Hạn chế - Chat Video chưa gửi file, icon - Giao diện đơn giản 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO Xây dựng chương trình Client-Server sử dụng giao thức TCP – PGS.TS Huỳnh Công Pháp Advanced Network Programing - Principles and Techiques Bogdan Ciubotaru Gabriel-Miro Muntean TCP/IP Ports and Sockets Explained (steves-internet-guide.com) Client Server Program In Java Using Sockets - YouTube 28