【正文】 基于IP網(wǎng)絡(luò)公務(wù)電話系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文目 錄前 言 1第一章 緒 論 2第一節(jié) IP網(wǎng)絡(luò)電話發(fā)展歷史及趨勢(shì) 2一、IP網(wǎng)絡(luò)與IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 2二、基于IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的IP電話 3三、網(wǎng)絡(luò)IP公務(wù)電話的需求以及模擬方式 3第二節(jié) 課題主要工作 4第三節(jié) 本章小節(jié) 4第二章 相關(guān)技術(shù)及原理 5第一節(jié) Visual C++ 5一、Visual C++ 5二、MFC Windows程序設(shè)計(jì) 6第二節(jié) 網(wǎng)絡(luò)通信知識(shí) 6一、 IP 地址 6二、TCP/IP 四層模型 6三、網(wǎng)絡(luò)組建方式 7四、C/S模式 7第三節(jié) 基于Windows套接字的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序編程 8一、套接字接口 8二、Socket套接字網(wǎng)路編程步驟 9三、基于消息的異步套接字 12第四節(jié) 鏈表結(jié)構(gòu) 12第五節(jié) 多線程編程 13第六節(jié) 本章小結(jié) 14第三章 開發(fā)可行性及需求分析 15第一節(jié) 開發(fā)的可行性 15第二節(jié) 需求分析 15第三節(jié) 本章小結(jié) 16第四章 IP網(wǎng)絡(luò)公務(wù)電話系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 17第一節(jié) 設(shè)計(jì)目標(biāo) 17第二節(jié) 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì) 17一、界面操作層 18二、業(yè)務(wù)邏輯層 18三、數(shù)據(jù)傳輸層 18第三節(jié) 類的設(shè)計(jì) 19一、類設(shè)計(jì)的基本情況 19二、各個(gè)類的基本介紹 19三、類設(shè)計(jì)圖 20第四節(jié) 信令機(jī)制設(shè)計(jì) 22第五節(jié) 界面操作設(shè)計(jì) 23第六節(jié) 話機(jī)狀態(tài)設(shè)計(jì) 25第七節(jié) 系統(tǒng)程序線程設(shè)計(jì) 26第八節(jié) 本章小節(jié) 27第五章 IP網(wǎng)絡(luò)電話關(guān)鍵程序?qū)崿F(xiàn) 28第一節(jié) 用于語(yǔ)音傳輸?shù)拿嫦蚍沁B接的套接字 28第二節(jié) 用于信令傳輸?shù)拿嫦蜻B接的套接字 29第三節(jié) 通話過程的實(shí)現(xiàn) 30一、單呼處理 30二、組呼處理 31第四節(jié) 本章小節(jié) 32第六章 IP網(wǎng)絡(luò)電話系統(tǒng)測(cè)試 33第一節(jié) 界面操作介紹 33第二節(jié) 初始化配置 35第三節(jié) 撥號(hào)流程 37第四節(jié) 單呼通話過程的建立 37第五節(jié) 組呼通話過程的建立 44第六節(jié) 本章小節(jié) 46結(jié) 論 47致 謝 48參考文獻(xiàn) 49附 錄 50一、英文原文： 50二、英文翻譯： 55三、源程序（關(guān)鍵代碼）： 59 83 前 言Internet是人類在20世紀(jì)創(chuàng)造的最龐大、最復(fù)雜的通信系統(tǒng)，在過去的幾十年里，一批又一批的人在不斷的為這個(gè)屬于全世界人類的系統(tǒng)增添新的技術(shù)，使它能夠適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，讓世界融合成為一個(gè)信息一體化的整體。Internet與傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)有著本質(zhì)的區(qū)別，也是它最突出的優(yōu)點(diǎn)，那就是設(shè)計(jì)上的通用性和開放性。各種各樣的應(yīng)用程序以及不同類型的業(yè)務(wù)都可以通過這個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)承載，它不僅采用了標(biāo)準(zhǔn)的開放的TCP/IP協(xié)議，還提供開放的API。這使得Internet成為越來(lái)越多的行業(yè)和產(chǎn)業(yè)首選的業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的公務(wù)電話需要用有線設(shè)備將話機(jī)介入PSTN中，并且業(yè)務(wù)開發(fā)會(huì)受到傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)的各種限制，不具備開放性和通用性，而且不能夠方便靈活，只能在有電話線路的地方，而且在規(guī)定的局域網(wǎng)內(nèi)才能夠進(jìn)行單呼和組呼。然而，基于IP網(wǎng)絡(luò)的Internet的應(yīng)用程序公務(wù)電話，則可以很好的克服這一點(diǎn)。只要一臺(tái)電腦里面安裝了設(shè)計(jì)好的應(yīng)用程序，連接到Internet的，不論接入方式，不論組網(wǎng)方式，只需要能夠分配到一個(gè)IP地址，就能和另外的任意臺(tái)電腦進(jìn)行通信，很好的完成公務(wù)電話的各種功能。這樣的公務(wù)電話不僅方便靈活，而且設(shè)備簡(jiǎn)單。本文根據(jù)這一優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了一種基于Socket套接字的網(wǎng)絡(luò)IP公務(wù)電話的應(yīng)用程序開發(fā)研究。實(shí)現(xiàn)了在Internet上進(jìn)行公務(wù)電話的單呼功能和組呼功能。論文分為四個(gè)部分：第一章綜合闡述了本次設(shè)計(jì)運(yùn)用到的IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及Windows的程序設(shè)計(jì)；第二章介紹了本次程序開發(fā)的總體設(shè)計(jì)；第三章介紹了程序的操作流程；第四章對(duì)這次程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵代碼和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了分析和討論。最后在結(jié)論中提出了對(duì)程序的進(jìn)一步擴(kuò)展的方案。第一章 緒 論第一節(jié) IP網(wǎng)絡(luò)電話發(fā)展歷史及趨勢(shì)一、IP網(wǎng)絡(luò)與IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IP網(wǎng)絡(luò)，即是基于Internet protocol的網(wǎng)絡(luò)。它的主導(dǎo)思想是在沒有發(fā)送端和接收端幫助的情況下，具有源地址和目的地址的的數(shù)據(jù)包能夠獨(dú)立地穿越由路由器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)[1]。從物理上看，Internet是由不同類型的物理組件作為節(jié)點(diǎn)，通過傳輸線路相互連接而構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，這些物理組件主要有主機(jī)、交換機(jī)和路由器。近年來(lái)為了解決網(wǎng)絡(luò)安全問題，又加入了必要的安全設(shè)備，例如防火墻，ICS/IPS等[2]。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都是通過尋址的方式將各個(gè)數(shù)據(jù)包從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，最終傳到指定的地址上。IP網(wǎng)絡(luò)最大的特點(diǎn)就是它在路由的時(shí)候，沒有指定的路線，而是各個(gè)路由器通過自己當(dāng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)線路情況，根據(jù)特定的某種算法決定下一個(gè)路由的方向，也就是說，同樣一個(gè)數(shù)據(jù)包從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳到另一節(jié)點(diǎn)在不同時(shí)候可能會(huì)有多種路徑。就像交通運(yùn)輸一樣，人們一直在努力去尋求一種最為理想的運(yùn)輸方式，使得在同樣的時(shí)間內(nèi)，最有效的使用交通資源。為了制定一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，1977年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了OSI七層模型，但由于這個(gè)系統(tǒng)過于龐大、復(fù)雜，后來(lái)的TCP/IP協(xié)議棧獲得了技術(shù)人員的廣泛應(yīng)用[12]。TCP/IP模型分為四層，物理層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。每一層都是在原有的數(shù)據(jù)包外附加了一部分開銷，用來(lái)完成特定的功能。其中在網(wǎng)絡(luò)傳輸中，路由器可以通過處理網(wǎng)絡(luò)層的開銷字節(jié)來(lái)完成路由的功能。在IP網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧中，網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議完成的功能最為簡(jiǎn)單，標(biāo)準(zhǔn)最為統(tǒng)一，這也是IP網(wǎng)絡(luò)能夠承載各式各樣的業(yè)務(wù)的原因。在協(xié)議棧的傳輸層中，有兩種服務(wù)質(zhì)量不同的協(xié)議：面向連接的TCP協(xié)議和面向非連接的UDP協(xié)議。這兩種協(xié)議有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但同時(shí)通過這兩種協(xié)議的綜合使用，能夠滿足不同用戶的需求。TCP協(xié)議是通過一種面向連接的，可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，它具有：向應(yīng)用進(jìn)程提供面向連接的服務(wù)；通過三次握手，提供全雙工數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，但不支持廣播和組播。提供面向字節(jié)流的服務(wù)[3]。UDP協(xié)議則是一種面向無(wú)連接的、不可靠的數(shù)據(jù)傳輸。但它具有自己的特點(diǎn)：不存在連接上的時(shí)延；一臺(tái)服務(wù)器可以向多個(gè)用戶同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)；UDP的開銷比TCP斷；吞吐量不受流量算法的控制。 二、基于IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的IP電話IP網(wǎng)絡(luò)雖然具有良好的開放性和通用性，但由于它的網(wǎng)絡(luò)層是用數(shù)據(jù)報(bào)形式以面向無(wú)連接的方式傳輸?shù)?，所以IP網(wǎng)絡(luò)只能提供“盡最大努力”的服務(wù)，不能保證數(shù)據(jù)何時(shí)到達(dá)以及能提供多少數(shù)據(jù)，導(dǎo)致傳輸?shù)目煽啃院蜁r(shí)延成為了它必有的內(nèi)傷，這一缺點(diǎn)對(duì)于語(yǔ)音數(shù)據(jù)傳輸以及可視通信是致命的。隨著科技的發(fā)展，人們實(shí)現(xiàn)了基于IP網(wǎng)路的電話，也就是VOIP。這種技術(shù)將語(yǔ)音信息轉(zhuǎn)化為可在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，并且能夠通過對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，增加了傳輸?shù)目煽啃?，降低了時(shí)延。到目前，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟，通過IP電話網(wǎng)關(guān)，我們就能實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)與PSTN的融合，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電話與IP電話、以及電腦的通信。三、網(wǎng)絡(luò)IP公務(wù)電話的需求以及模擬方式公務(wù)電話是傳輸設(shè)備的一種基本功能，隨著無(wú)線通信技術(shù)的普及和覆蓋，基于PCM方式的傳統(tǒng)公務(wù)電話的重要性在不斷的降低。然而在比較偏遠(yuǎn)的山區(qū)還有一些特殊的場(chǎng)合，將公務(wù)電話在IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)，能夠發(fā)揮非常重要的作用。有了公務(wù)電話，我們能在任何一個(gè)能夠連接IP網(wǎng)絡(luò)的用戶終端通過公務(wù)電話的應(yīng)用程序進(jìn)行通信。 IP公務(wù)電話網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖所示，通信設(shè)備的網(wǎng)元組成一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，提供第一層和第二層的路由和報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)。我們可以將這些網(wǎng)元當(dāng)作是二層或三層交換機(jī)或者路由器，由它們組成的IP網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)公務(wù)電話板卡和網(wǎng)元的接入就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，每個(gè)公務(wù)電話分配一個(gè)IP地址，這些公務(wù)電話可以完全用電腦的windows開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序來(lái)模擬。第二節(jié) 課題主要工作本次課題是在研究IP網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)組建以及應(yīng)用程序編程的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行的一次網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的開發(fā)。這次程序能夠完成IP公務(wù)電話的單呼以及組呼的功能，即能夠使聯(lián)網(wǎng)的任意兩臺(tái)電腦相互進(jìn)行語(yǔ)音通信，并且能使一個(gè)組內(nèi)的所有電腦進(jìn)行通話。在編寫程序之前，我進(jìn)行了系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)、類設(shè)計(jì)、信令機(jī)制設(shè)計(jì)、界面設(shè)計(jì)、話機(jī)狀態(tài)設(shè)計(jì)以及線程設(shè)計(jì)，此外，為了完成單呼和組呼的功能，我還分別做了單呼和組呼通話過程的流程分解，具體的描述了通話過程中邏輯流程。本文主要介紹了本次開發(fā)中所運(yùn)用到的相關(guān)技術(shù)和原理，需求分析，總體設(shè)計(jì)以及測(cè)試過程，并且對(duì)關(guān)鍵部分的程序代碼進(jìn)行了分析和解釋。第三節(jié) 本章小節(jié)本章首節(jié)主要介紹了Internet Protocol 網(wǎng)絡(luò)的基本情況，并且對(duì)TCP/IP協(xié)議棧、VOIP技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，最后分析了IP公務(wù)電話的需求以及實(shí)現(xiàn)方式。第二節(jié)對(duì)本次設(shè)計(jì)以及本次論文進(jìn)行了概括。本次設(shè)計(jì)是一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的開發(fā)。第二章 相關(guān)技術(shù)及原理第一節(jié) Visual C++ 一、Visual C++VC++是微軟公司開發(fā)的一種功能強(qiáng)大的軟件開發(fā)工具，它不僅是一個(gè)C++編譯器，而且也是一個(gè)基于Windows系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）[16]。因此，它可以將高級(jí)語(yǔ)言轉(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言，并且可以提供包括APPWizard、Class Wizard等工具，方便程序員進(jìn)行自己的編程。我們可以很輕松的編寫完C/C++程序代碼后進(jìn)行編輯、調(diào)試和運(yùn)行。不僅如此，這個(gè)軟件可以輕松調(diào)用MFC這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而使你能夠很輕松的駕馭windows的程序設(shè)計(jì)。如果你新建一個(gè)MFC的工程，你會(huì)發(fā)現(xiàn)開發(fā)環(huán)境里面已經(jīng)自動(dòng)生成了許多MFC的框架文件，里面已經(jīng)封裝了你所需要的在windows系統(tǒng)里面能夠涉及到的所有框架結(jié)構(gòu)，你只需要專心將你的程序邏輯編寫完成，整個(gè)框架設(shè)計(jì)就不需要你自己去設(shè)計(jì)了。VC++主要由三個(gè)部分組成：Developer Studio、MFC、PlatformSDK。其中Developer Studio是一種集成開發(fā)環(huán)境，它能提供包括VC++、VC、VB、VJ以及VID的編譯器，而且可以提供很多Wizard，它就是我們完成很多功能的幕后英雄[17]。PlatformSDK是一個(gè)Windows操作系統(tǒng)的開發(fā)包，它配合MASM，能夠方便編程人員查閱關(guān)于MFC在內(nèi)的開發(fā)函數(shù)。由于VC++是用C++語(yǔ)言來(lái)編寫程序，所以它也是面向?qū)ο蟮某绦蚓幊獭Ｋ^面向?qū)ο?，就是以?duì)象為基礎(chǔ)，以事件或消息來(lái)驅(qū)動(dòng)對(duì)象執(zhí)行處理的程序設(shè)計(jì)技術(shù)。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是程序可分為類的定義和類的調(diào)用兩部分。程序中通過向?qū)ο蟀l(fā)送消息來(lái)實(shí)現(xiàn)一切操作，對(duì)象接受到消息后，進(jìn)行消息響應(yīng)，完成操作[17]。二、MFC Windows程序設(shè)計(jì)MFC(MicrosoftFoundationClasses) 是微軟公司開發(fā)的一個(gè)C++的類庫(kù)，它里面封裝了大部分基于windows操作系統(tǒng)的 API函數(shù)。MFC是由很多類組成的這些類之間有繼承和派生的關(guān)系，其中Cobject類作為很多類的父類，CCmdTarget和CWnd是其派生出來(lái)的兩個(gè)大類。這樣，對(duì)我們程序員編寫windows的應(yīng)用程序節(jié)省了許多重復(fù)復(fù)雜的步驟并且節(jié)約了時(shí)間。Cdialog是CWnd類派生出來(lái)的一個(gè)重要的類，也就是對(duì)話框窗口類，本次的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的界面操作類都是基于這個(gè)類派生出來(lái)的。因?yàn)檫@個(gè)類里面包含的成員函數(shù)、成員變量已經(jīng)足夠我們?nèi)ラ_發(fā)一個(gè)基于對(duì)話框的應(yīng)用程序了。我們只需要在這些對(duì)話框里面進(jìn)行我們所需要的程序邏輯設(shè)計(jì)就能完成所需功能。第二節(jié) 網(wǎng)絡(luò)通信知識(shí)一、 IP 地址在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中，最外層是一個(gè)20字節(jié)的開銷字段，在這里面有一個(gè)很重要的信息，那就是源IP地址和目的IP地址。這兩個(gè)地址代表了發(fā)起主機(jī)和目的主機(jī)，是傳輸過程中的路由中一個(gè)很重要的參數(shù)、IPv4的IP地址是一個(gè)32位的二進(jìn)制數(shù)，通常被分割為4個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)，但通常用4個(gè)0到255的整數(shù)來(lái)表示，并用點(diǎn)來(lái)進(jìn)行分割[2]。通過與子網(wǎng)掩碼相與，我們能夠得到相應(yīng)的網(wǎng)段以及同一網(wǎng)段內(nèi)的不同主機(jī)號(hào)。從而區(qū)分不同的用戶。IPv4中采用分類編址，一般分為5類地址，另外還有特殊地址以及保留地址，通過這樣的分配，能夠較為合理的為接入IP網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)分到IP地址。二、TCP/IP 四層模型前面已經(jīng)介紹了IP網(wǎng)絡(luò)的一些基本知識(shí)，我們可以知道，TCP/IP協(xié)議分為四層，即應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)接口層。應(yīng)用層包含了所有網(wǎng)絡(luò)中的高層協(xié)議，也就是能夠提供一組應(yīng)用程序，這些協(xié)議包括遠(yuǎn)程登錄協(xié)議Telnet、文件傳輸協(xié)議FTP、域名服務(wù)DNS、超文本傳輸協(xié)議HTTP、簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議SMTP等[2]；傳輸層則是使應(yīng)用程序之間能夠進(jìn)行通信，前面第一章第一節(jié)已經(jīng)詳細(xì)說明，不再累述；網(wǎng)絡(luò)層就是讓不同的主機(jī)進(jìn)行交互；網(wǎng)絡(luò)接口層是負(fù)責(zé)成幀以及怎樣將幀放在IP網(wǎng)絡(luò)上面進(jìn)行傳輸。三、網(wǎng)絡(luò)組建方式網(wǎng)絡(luò)是由通信節(jié)點(diǎn)以及節(jié)點(diǎn)之間的連接構(gòu)成的，不同的節(jié)點(diǎn)和連接方式構(gòu)成了不同的網(wǎng)絡(luò)。因此，要開發(fā)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，首先應(yīng)該決定網(wǎng)絡(luò)的組建方式。如圖所示，一般有三種組網(wǎng)的方法：圖a為一對(duì)一的客戶端接入服務(wù)器的方式；圖b為多端通信的客戶端接入服務(wù)器方式；圖c為集服務(wù)器客戶端一體的自組織特性網(wǎng)絡(luò)方式。 網(wǎng)絡(luò)的組建方式考慮到本次軟件是由任意兩臺(tái)電腦接入網(wǎng)絡(luò)后就能進(jìn)行通信，因此選用第三種方式，即自組織特性網(wǎng)絡(luò)方式，只要需要通信時(shí)，主叫端就為客戶端，被叫為服務(wù)器端，這樣就能實(shí)現(xiàn)我們的單呼和組呼功能。四、C/S模式在網(wǎng)絡(luò)連接中，有一種常用的模式是客戶機(jī)/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)[12]。其中客戶機(jī)和服務(wù)器都是網(wǎng)絡(luò)中的一種終端設(shè)備，甚至可以一個(gè)電腦可以同時(shí)充當(dāng)一個(gè)客戶機(jī)和另外的客戶機(jī)的服務(wù)器?？蛻魴C(jī)必須要服務(wù)器對(duì)其提供所需的網(wǎng)絡(luò)資源，服務(wù)器也需要接受客戶機(jī)的指令來(lái)完成相應(yīng)的動(dòng)作。它是軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，通過它可以充分利用兩端硬件環(huán)境優(yōu)勢(shì)，將任務(wù)合理分配到客戶端和服務(wù)器端來(lái)實(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的通訊開銷[3]并且提高了效率。服務(wù)器的程序必須在客戶機(jī)的程序的啟動(dòng)之前開始，并且是在客戶機(jī)的響應(yīng)結(jié)束之后整個(gè)進(jìn)程才完全結(jié)束。這種程序設(shè)計(jì)方式適用于目