当前位置：首页 > news >正文

局域网内探测在线好友是如何做到的？

news 2025/3/21 0:49:09

一、前言

随着局域网（LAN）应用的广泛使用，网络通信已经成为软件设计中不可或缺的一部分。局域网聊天软件作为一种常见的网络应用，可以实现多个用户之间的实时通信，广泛应用于企业内部沟通和小型网络环境中。本项目设计并实现一个基于C语言的局域网群聊程序，通过UDP广播搜索在线用户，并在发现其他在线应用程序后，自动建立TCP连接，实现消息的收发。本程序展示了如何在Windows环境下使用Winsock API进行网络编程，提供了对UDP和TCP协议的实际应用，体现了网络通信中的多线程处理、广播通信和实时消息传递的关键技术点。

二、好友探测功能

在局域网内探测并发现其他在线用户是局域网聊天软件最主要的核心功能。该过程涉及到局域网广播（UDP广播）和TCP连接两个关键步骤。

下面将详细介绍实现这一功能的方法和设计思路。

2.1 使用UDP广播探测在线用户

1.1 UDP广播的概念

UDP（用户数据报协议）是一种无连接的、轻量级的传输协议，适用于发送小数据包。UDP广播允许将数据包发送到局域网内的所有设备，所有在监听特定端口的设备都能够接收到广播消息。这种特性使得UDP广播非常适合用于探测和发现局域网内的在线设备。

1.2 探测思路

在程序启动时，客户端会通过UDP广播发送一个上线通知消息，表示自己已在线。其他监听同一端口的客户端接收到这一消息后，可以获知该客户端的IP地址，并识别出它在线。具体的实现步骤如下：

创建UDP套接字：为UDP通信创建一个套接字，并配置为允许广播。
发送广播消息：程序向局域网内的广播地址（通常为255.255.255.255）发送一个消息，例如"HELLO, I’M ONLINE"。这个消息会被局域网内所有监听相同端口的设备接收。
监听UDP消息：每个客户端都持续监听来自局域网内的UDP消息。一旦接收到广播消息，客户端会记录发送方的IP地址和端口，以确认该客户端在线。

2.2 建立TCP连接实现通信

2.1 TCP连接的必要性

UDP广播虽然可以有效地发现在线用户，但由于其无连接的特点，不适合用于长时间的可靠通信。因此，在发现其他在线用户后，程序需要通过TCP（传输控制协议）建立可靠的点对点连接。TCP是一种面向连接的协议，能够确保数据的完整性和顺序传输，非常适合用于聊天消息的传递。

2.2 连接建立的流程

接收广播后尝试连接：当客户端接收到来自其他用户的UDP广播后，会通过TCP连接到该用户。客户端会使用从UDP消息中获取的IP地址和预定义的TCP端口号，发起连接请求。
接受连接请求：已经在线的客户端会开启一个TCP监听套接字，等待来自其他客户端的连接请求。一旦有请求到达，程序将接受连接，并启动一个独立的线程处理与该客户端之间的消息通信。
消息收发：通过建立的TCP连接，用户可以实时发送和接收聊天消息，确保消息在网络不稳定的情况下仍能可靠传输。

2.3 多线程处理的必要性

由于UDP广播接收、TCP连接监听和消息收发等操作需要同时进行，程序采用了多线程的设计。每个功能模块都运行在独立的线程中，确保它们可以并行处理，互不干扰。这样不仅提高了程序的响应速度，还增强了用户体验，确保通信的实时性。

2.4 总结

通过UDP广播发现局域网内的在线用户，然后利用TCP协议建立可靠的通信连接，这是局域网聊天软件的核心设计思路。UDP广播的轻量和广泛性使得在线用户的探测变得高效，而TCP连接则保证了后续通信的可靠性。多线程的引入进一步优化了程序的性能，使得该局域网聊天软件在实际应用中表现出色。

三、代码实现

下面是完整的代码。在VS2022里运行测试。

#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <process.h>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")#define UDP_PORT 8888
#define TCP_PORT 8889
#define BROADCAST_ADDR "255.255.255.255"
#define BUFFER_SIZE 1024typedef struct ClientInfo {SOCKET socket;struct sockaddr_in address;
} ClientInfo;void udp_broadcast_listener(void* param);
void tcp_connection_listener(void* param);
void tcp_message_listener(void* param);int main() {WSADATA wsaData;SOCKET udp_socket, tcp_socket;struct sockaddr_in udp_addr, tcp_addr;char buffer[BUFFER_SIZE];struct sockaddr_in client_addr;int addr_len = sizeof(client_addr);// 初始化 Winsockif (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) {printf("WSAStartup failed\n");return 1;}// 创建 UDP 套接字udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);if (udp_socket == INVALID_SOCKET) {printf("UDP socket creation failed\n");WSACleanup();return 1;}// 配置 UDP 广播地址memset(&udp_addr, 0, sizeof(udp_addr));udp_addr.sin_family = AF_INET;udp_addr.sin_port = htons(UDP_PORT);udp_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(BROADCAST_ADDR);// 启动 UDP 广播监听线程_beginthread(udp_broadcast_listener, 0, NULL);// 启动 TCP 连接监听线程_beginthread(tcp_connection_listener, 0, NULL);// 向局域网内广播自己上线strcpy(buffer, "HELLO, I'M ONLINE");sendto(udp_socket, buffer, strlen(buffer), 0, (struct sockaddr*)&udp_addr, sizeof(udp_addr));while (1) {fgets(buffer, BUFFER_SIZE, stdin);buffer[strcspn(buffer, "\n")] = 0;  // 移除换行符sendto(udp_socket, buffer, strlen(buffer), 0, (struct sockaddr*)&udp_addr, sizeof(udp_addr));}closesocket(udp_socket);WSACleanup();return 0;
}void udp_broadcast_listener(void* param) {SOCKET udp_socket;struct sockaddr_in udp_addr, sender_addr;char buffer[BUFFER_SIZE];int addr_len = sizeof(sender_addr);// 创建 UDP 套接字udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);if (udp_socket == INVALID_SOCKET) {printf("UDP socket creation failed in listener\n");return;}// 配置 UDP 地址memset(&udp_addr, 0, sizeof(udp_addr));udp_addr.sin_family = AF_INET;udp_addr.sin_port = htons(UDP_PORT);udp_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;// 绑定套接字if (bind(udp_socket, (struct sockaddr*)&udp_addr, sizeof(udp_addr)) == SOCKET_ERROR) {printf("UDP socket binding failed\n");closesocket(udp_socket);return;}while (1) {int recv_len = recvfrom(udp_socket, buffer, BUFFER_SIZE, 0, (struct sockaddr*)&sender_addr, &addr_len);if (recv_len > 0) {buffer[recv_len] = '\0';printf("Received UDP broadcast from %s: %s\n", inet_ntoa(sender_addr.sin_addr), buffer);// 如果接收到"HELLO, I'M ONLINE"，尝试建立TCP连接if (strcmp(buffer, "HELLO, I'M ONLINE") == 0) {SOCKET tcp_socket;struct sockaddr_in tcp_addr;tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (tcp_socket == INVALID_SOCKET) {printf("TCP socket creation failed\n");continue;}// 配置 TCP 地址memset(&tcp_addr, 0, sizeof(tcp_addr));tcp_addr.sin_family = AF_INET;tcp_addr.sin_port = htons(TCP_PORT);tcp_addr.sin_addr.s_addr = sender_addr.sin_addr.s_addr;if (connect(tcp_socket, (struct sockaddr*)&tcp_addr, sizeof(tcp_addr)) == SOCKET_ERROR) {printf("TCP connection failed to %s\n", inet_ntoa(tcp_addr.sin_addr));closesocket(tcp_socket);}else {printf("Connected to %s\n", inet_ntoa(tcp_addr.sin_addr));// 启动 TCP 消息监听线程ClientInfo* client = (ClientInfo*)malloc(sizeof(ClientInfo));client->socket = tcp_socket;client->address = tcp_addr;_beginthread(tcp_message_listener, 0, client);}}}}closesocket(udp_socket);
}void tcp_connection_listener(void* param) {SOCKET tcp_socket, client_socket;struct sockaddr_in tcp_addr, client_addr;int addr_len = sizeof(client_addr);// 创建 TCP 套接字tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (tcp_socket == INVALID_SOCKET) {printf("TCP socket creation failed\n");return;}// 配置 TCP 地址memset(&tcp_addr, 0, sizeof(tcp_addr));tcp_addr.sin_family = AF_INET;tcp_addr.sin_port = htons(TCP_PORT);tcp_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;// 绑定套接字if (bind(tcp_socket, (struct sockaddr*)&tcp_addr, sizeof(tcp_addr)) == SOCKET_ERROR) {printf("TCP socket binding failed\n");closesocket(tcp_socket);return;}// 开始监听if (listen(tcp_socket, 5) == SOCKET_ERROR) {printf("TCP socket listen failed\n");closesocket(tcp_socket);return;}printf("TCP connection listener started...\n");while (1) {client_socket = accept(tcp_socket, (struct sockaddr*)&client_addr, &addr_len);if (client_socket == INVALID_SOCKET) {printf("TCP accept failed\n");continue;}printf("Accepted connection from %s\n", inet_ntoa(client_addr.sin_addr));// 启动 TCP 消息监听线程ClientInfo* client = (ClientInfo*)malloc(sizeof(ClientInfo));client->socket = client_socket;client->address = client_addr;_beginthread(tcp_message_listener, 0, client);}closesocket(tcp_socket);
}void tcp_message_listener(void* param) {ClientInfo* client = (ClientInfo*)param;char buffer[BUFFER_SIZE];int recv_len;while ((recv_len = recv(client->socket, buffer, BUFFER_SIZE, 0)) > 0) {buffer[recv_len] = '\0';printf("Message from %s: %s\n", inet_ntoa(client->address.sin_addr), buffer);}printf("Connection closed by %s\n", inet_ntoa(client->address.sin_addr));closesocket(client->socket);free(client);
}