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QQ聊天程序的网络通信原理及编程(上)
 

  本文分析了QQ聊天程序的网络通信原理,在服务端和客户端之间分别采用两套C/S通信模式;实现客户端和客户端通信,并用VB编程完成类似QQ的网络通信程序。

关键词  QQ, C/S, Winsock, TCP

 

 

随着计算机网络的普及,网上聊天已成了和电话一样重要且更经济的一种通信方式。QQ是人们网上聊天的首选,在许多人的联系方式中,QQ号是其中之一。惹想自己也设计一个类似QQ的聊天程序,与腾讯公司争夺市场,这也许是一件令你望而生畏的事情,但其实并不如你所想象的复杂,可以尝试一下。

 

一、           原理

QQ聊天程序采用的是C/S通信模式,即客户/服务模式,它把一个应用划分成功能不同的两个部分,分别在不同的计算机上运行,其中一个为服务端程序,用来响应和提供固定的服务,一个为客户端程序,用来向服务端提出请求和要求某种服务。在数量关系上,通常有一对一的(即一个服务端程序和一个客户端程序之间通信),也有一对多的(即一个服务端程序和多个客户端程序之间通信),也有多对多的(即多个服务端程序和多个客户端程序之间通信)。所谓服务端程序、客户端程序也是相对的概念,有时在一个程序中既有服务端又有客户端的功能。QQ聊天程序分成了两个程序,一个安装在腾讯公司的服务器上,我们称之为服务端程序,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子,当一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服务器,然后服务器再把聊天数据转发给第二个客户,服务器好像一个中转站,这在客户数量比较少时,服务器还能承受,在客户数量比较多时,服务器肯定要瘫痪。何况客户之间还要传送文件、语音聊天、视频聊天等等,为了减少服务器的压力,各客户端之间需要直接通信。

1.在服务端和客户端之间(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服务端功能的部分,又有实现客户端功能的部分,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服务端连接时需要知道服务端的IP地址,腾讯公司的服务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服务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。

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。在开发工具方面,VC是我的首选,但VB可能拥有更多的使用者,所以我用VB6.0作为开发工具编程实现,以便更多的读者能够理解。喜欢VC的的读者要将其转化成VC下的代码也很容易。在VB中有一个Winsock控件,它为VB网络编程提供了一条便捷的途径。

本程序中用到的Winsock控件如下表:

控件名

是否为数组

作用

在哪个程序中

WinsockServer

用于和客户端通信

服务端程序

WinsockClient

用于和服务端通信

客户端程序

WinsockClientServer

用于接收在线好友的聊天信息

客户端程序

WinsockClientClient

用于向在线好友发送聊天信息

客户端程序

由于本文的主题是网络通信,所以本程序中所涉及的一些其它功能如数据库访问等的实现,限于篇幅不进行阐述,有兴趣的读者可以参考源程序。为了阐述方便,本程序中服务端只用了一个窗体,客户端只用了两个窗体,分别是登录窗体和聊天窗体。

接下来我们按照QQ聊天程序的所需实现的功能一步步编程实现,其中服务端程序和客户端程序没有分开阐述,而是按照所应实现功能的先后次序一并阐述,便于读者理解及按此顺序编程调试。

 

二、编程

1.登录

使用QQ的人都知道,用QQ聊天第一步是登录,这一步看似简单,其实程序做了不少事情。当用户启动QQ聊天客户端程序,出现登录界面,用户输入用户名和密码,点击登录按钮后,在用户机上的客户端程序首先请求与服务端程序建立连接,服务端程序接受客户端程序连接请求。客户端程序在确保已和服务端程序建立连接后发送登录时用户输入的用户名和密码,服务端程序收到后,根据用户信息数据库中数据验证。如果验证为合法用户,客户端程序则显示聊天窗体,并从服务端获取在线好友信息,以便直接与各在线好友逐一建立新的通信机制,实现好友间直接通信。具体实现步骤如下:

(1)监听

先在窗体上加一个Winsock控件,名称设为“WinsockServer”。由于服务端需要和所有客户端通信,需要很多Winsock控件,因此把刚加入的Winsock控件WinsockServer改为数组,只要将Winsock控件的Index属性设为0即可,此时WinsockServer数组只有一个元素,以后可根据需要动态增减。当窗体载入时,只会创建WinsockServer(0)这一个Winsock控件实例。作为服务端程序,首先要有一个Winsock用于监听客户端的连接请求,自然就用WinsockServer(0)作为监听Winsock,所以先要设置其通信协议为TCP,然后设置本地端口,以便客户端通过该端口与服务端连接,最后通过Listen方法监听。

Private Sub Form_Load()

    ConDB’ 自定义函数ConDB用于和存储用户信息的数据库连接,具体实现见源程序。

    WinsockServer(0).Protocol = sckTCPProtocol ‘设置通信协议为TCP

    WinsockServer(0).LocalPort = 8888 ‘设置本地端口

    WinsockServer(0).Listen’ 监听

End Sub

(2)请求与服务端程序建立连接

当用户输入用户名和密码单击登录按钮后,在用户机上的客户端程序所做的事情是先请求与服务端程序建立连接,这需要先在客户端程序的登录窗体上加一个Winsock控件,名称设为“WinsockClient”。然后设置通信协议,要连接的服务器IP地址,远程端口号要与服务端监听所设置的本地端口一致,最后通过Connect方法请求与服务端程序建立连接。

Private Sub Command1_Click() ‘单击登录按钮事件

WinsockClient.Protocol = sckTCPProtocol 设置通信协议为TCP

WinsockClient.RemoteHost = "127.0.0.1" 要设置正确的服务器IP地址

WinsockClient.RemotePort = 8888 ‘远程端口

WinsockClient.Connect ‘请求与服务端程序建立连接

End Sub

(3)接受客户端程序连接请求

当客户端请求与服务端程序建立连接时,处于监听状态的服务端会收到消息触发ConnectionRequest事件,所以服务端程序接受客户端程序连接请求的工作在ConnectionRequest事件方法中完成。由于WinsockServer(0)专用于监听,所以要新加载一个Winsock控件与该客户端通信,为了保留每个在线客户的信息,我定义了一个OnlineUserInformation结构类型的数组OnlineUserInfo,它和Winsock控件数组相对应,比如OnlineUserInfo(i)中存放的是与WinsockServer (i)通信客户端的信息,其中OnlineUserInfo(i).bUsed表示WinsockServer (i)控件是否已被载入在与某个客户端通信使用,如未使用,则通过Load方法将WinsockServer (i)控件动态载入,随后调用Accept方法接受客户端程序连接请求。其中MaxOnlineUser是一个常量,表示最大在线用户数量。

Type OnlineUserInformation

    bUsed As Boolean  对应下标的Winsock控件是否已被载入在用

    UserID  As String  对应的用户ID

    IPAddr As String  对应的客户机IP地址

    bLogined As Boolean  对应的用户是否登录

End Type

Public OnlineUserInfo(1 To MaxOnlineUser) As OnlineUserInformation

Private Sub WinsockServer_ConnectionRequest(Index As Integer, ByVal requestID As Long)

    If Index = 0 Then

        For i = 1 To MaxOnlineUser

            If Not OnlineUserInfo(i).bUsed Then

                Load WinsockServer(i)

                WinsockServer(i).Accept requestID

                 OnlineUserInfo(i).bUsed = True

                Exit For

            End If

        Next i

    End If

End Sub

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