Khóa luận Instant Messenger cho thiết bị di động với chức năng tự động phát hiện sự hiện diện của các nút mạng

TRƯỜNG ………………….

KHOA……………………….

----------

Báo cáo tốt nghiệp

Đề tài:

Instant Messenger cho thiết bị di động với chức năng tự

động phát hiện sự hiện diện của các nút mạng

1

Lời cảm ơn

Khóa luận tốt nghiệp này là thành quả lớn nhất mà em hoàn thành trong suốt 4

năm học đại học. Ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân còn có sự giúp đỡ của rất

nhiều người.

Đầu tiên con xin cảm ơn bố mẹ đã nuôi dưỡng chăm sóc con đến ngày hôm nay

Em xin cảm ơn các thầy cô khoa công nghệ thông tin và các thầy cô giảng dạy tại

trường đại học Công nghệ đã truyền đạt cho em những kiến thức trong quá trình học

tập

Em xin cảm ơn Tiến sĩ Trần Thị Minh Châu – Giảng viên khoa công nghệ thông

tin trường đại học công nghệ đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em để em hoàn thành

khóa luận này

Em xin chân thành cảm ơn tất cả.

Hà Nội tháng 5 năm 2010

2

Tóm tắt khóa luận

Mạng MANET là mạng không dây dạng phi thể thức. Các thiết bị tự động tự cấu

hình thành một mạng mà không cần dùng đến các thiết bị định tuyến hoặc thu phát

không dây. Mạng MANET rất hữu ích trong việc chia sẻ tài nguyên ở các khu vực nhỏ

như các trường đại học, hội nghị,… do đó các ứng dụng trong mạng Manet rất được

quan tâm.

Có một bài toán đặt ra là làm sao phát hiện ra được sự hiện diện của một nút

mạng trong mạng MANET. Thực tế của bài toán này được đưa ra trong tình huống

một nhóm cộng tác đang làm việc tại một nơi không có các hạ tầng cơ sở mạng như

Internet hay sóng di động, khi đó họ sẽ liên lạc với nhau thế nào để biết được có người

đang ở gần mình để có thể trao đổi trực tiếp. Đây là vấn đề rất đáng quan tâm bởi vì

giải quyết được vấn đề này sẽ giúp cho một nhóm làm việc có thể cộng tác với nhau ở

bất kì nơi nào dù là vùng sâu vùng xa không biết đến Internet.

Giải pháp cho bài toán này do tiến sĩ Trần Thị Minh Châu đưa ra là sử dụng cấu

trúc dữ liệu BloomFilter làm cơ sở để tập hợp và phát tán các thông tin về sự tồn tại

của nút mạng. Khóa luận này áp dụng giải pháp đó để nhận diện sự có mặt của các nút

mạng trong mạng MANET cho phần mềm Instant Messenger.

3

Mục lục

Lời cảm ơn.......................................................................................... 1

Tóm tắt khóa luận............................................................................... 3

Chương mở đầu .................................................................................. 6

Danh sách hình ................................................................................... 8

Chương 1. Giới thiệu ....................................................................... 9

1.1. Giới thiệu về thiết bị không dây.................................................. 9

1.2. Giới thiệu về phần mềm.............................................................. 9

1.2.1. Mục tiêu ................................................................................. 9

1.2.2. Chức năng .............................................................................. 9

Chương 2. Kiến thức cơ sở............................................................ 11

2.1. Mạng WLAN và mạng MANET............................................... 11

2.2. Bloom Filter.............................................................................. 13

2.3. Soft State Bloom Filter ............................................................. 15

2.4. Lập trình mạng với Java............................................................ 16

2.4.1. Nền tảng Java ....................................................................... 16

2.4.2. Lập trình mạng với Java ....................................................... 17

Chương 3. Thiết kế và cài đặt phần mềm....................................... 20

3.1. Hàm băm (Hash Function)........................................................ 20

3.1.1. Địa chỉ broadcast.................................................................. 21

3.1.2. TimeOut và Refresh ............................................................. 23

3.2. Merge thông tin......................................................................... 24

4

3.3. Tuổi của thông tin..................................................................... 24

3.4. Kiểm tra sự tồn tại của Friend trong mạng ................................ 24

3.5. Dữ liệu...................................................................................... 26

3.6. Cài đặt ...................................................................................... 27

Chương 4. Thử nghiệm phần mềm ................................................ 28

4.1. Giao diện của phần mềm:.......................................................... 28

4.2. Chọn Interface: ......................................................................... 28

4.3. Giao diện chính: Instant Message.............................................. 28

4.4. Giao diện thêm bạn:.................................................................. 29

4.5. Giao diện chạy phần mềm:........................................................ 31

4.6. Giao diện tạm dừng:.................................................................. 32

4.7. Giao diện liên hệ:...................................................................... 32

4.8. Giao diện giúp đỡ: .................................................................... 33

Chương 5. Kết luận........................................................................ 34

Tài liệu tham khảo............................................................................ 35

Các module xử lý.............................................................................. 36

BloomFilter.java................................................................................... 36

NinterfaceNames.java........................................................................... 39

FriendList.java...................................................................................... 40

InstantMessage.java.............................................................................. 41

Contact.java.......................................................................................... 50

Help.java .............................................................................................. 51

index.java ............................................................................................. 52

5

Chương mở đầu

Sự phát triển của công nghệ thông tin đã góp phần làm cho xã hội ngày một

phong phú thêm. Ở các nước đang phát triển như Việt Nam, công nghệ thông tin đã và

đang trở thành một ngành công nghiệp hàng đầu và được sự quan tâm rất lớn của tất cả

các bộ ngành. Công nghệ thông tin đã len lỏi vào tất cả các cơ quan từ nhà nước đến tư

nhân từ các tập đoàn đến các công ty riêng. Công nghệ thông tin đã ảnh hưởng một

cách tích cực đến nhiều hoạt động tại Việt Nam.

Hệ thống mạng không dây WLAN là một phát triển vượt bậc của ngành công

nghệ thông tin. Hiện nay nó là sự lựa chọn cho nhiều môi trường văn phòng bởi cùng

một lúc có thể kết nối máy in, Internet và các thiết bị máy tính khác mà không cần dây

cáp truyền dẫn. Nhờ đó mà ta giảm thiểu được số lượng dây chạy trong phòng, từ

phòng này sang phòng khác. Số lượng dây không đáng kể nên không làm thay đổi

cảnh quan, thẩm mĩ nơi ở và nơi làm việc, hội họp.

WLAN là công nghệ đang được lựa chọn để ứng dụng rất nhiều trong rất nhiều

các lĩnh vực. Và các phần mềm ứng dụng trong WLAN cũng được phát triển một cách

rất đáng chú ý. Mục đích chính của khóa luận này là xây dựng một ứng dụng trong

mạng WLAN. Đề tài của khóa luận là : Instant Messenger cho thiết bị di động với

chức năng tự động phát hiện sự hiện diện của các nút mạng sẽ đề cập đến các vấn đề

sau:

 WLAN và mạng MANET

 Java và các hỗ trợ về mạng

 Xây dựng phần mềm Instant Messenger

Khóa luận này cài đặt giải pháp của tiến sĩ Trần Thị Minh Châu để nhận diện sự

có mặt của các nút mạng trong mạng MANET cho phần mềm Instant Messenger

Khóa luận gồm 5 chương:

 Chương 1: Giới thiệu về thiết bị không dây, giới thiệu về phần mềm ( mục

tiêu, chức năng, phạm vi hoạt động)

6

 Chương 2: Các mảng kiến thức cơ sở đề cập đến mạng WLAN và mạng

MANET, cấu trúc dữ liệu BloomFilter và Soft State BloomFilter, Java lập

trình mạng

 Chương 3: Thiết kế và cài đặt phần mềm đề cập đến các vấn đề liên quan

đến việc thiết kế và cài đặt phần mềm

 Chương 4: Thử nghiệm phần mềm đề cập đến việc thử nghiệm phần mềm

trong một mạng máy tính

 Chương 5: Kết luận đưa ra những cái đã làm được, chưa làm được và

hướng phát triển tiếp theo

7

Danh sách hình

Hình 1. Mô hình mạng ad-hoc.................................................................... 12

Hình 2. Sơ đồ chức năng ............................................................................ 10

Hình 3. Bloom filter .................................................................................. 14

Hình 4. Soft state Bloom filter.................................................................... 16

Hình 5: Chọn interface ............................................................................... 28

Hình 6: Giao diện chính ............................................................................. 28

Hình 7: Giao diện thêm bạn........................................................................ 29

Hình 8: Giao diện thêm bạn........................................................................ 30

Hình 9: Giao diện chạy phần mềm.............................................................. 31

Hình 10: Giao diện tạm dừng ..................................................................... 32

Hình 11: Giao diện liên hệ.......................................................................... 32

Hình 12: Giao diện giúp đỡ ........................................................................ 33

8

Chương 1.Giới thiệu

1.1. Giới thiệu về thiết bị không dây

Một thiết bị không dây là thiết bị có khả năng giao tiếp với các thiết bị khác mà

không cần phải có dây nối. Ngày nay thiết bị không dây ngày càng phát triển. Với mục

tiêu dễ dàng sử dụng mọi lúc mọi nơi nên thiết bị không dây đã trở thành một phần

quan trọng trong cuộc sống. Chúng ta có thể dùng điện thoại hoặc một chiếc máy tính

xách tay để kết nối Internet đó là một điều rất thuận tiện khi mà những chiếc dây mạng

rất loằng ngoằng và không phải lúc nào cũng hữu ích.

Ngày nay công nghệ không dây đang phát triển mạnh mẽ do đó kéo theo sự phát

triển mạnh mẽ của thiết bị không dây. Trong tương lai có lẽ chúng ta sẽ có một thế

giới toàn các thiết bị không dây và sử dụng hoàn toàn công nghệ không dây.

1.2. Giới thiệu về phần mềm

1.2.1. Mục tiêu

Chúng ta đã quen với cách làm việc theo nhóm liên lạc với nhau thông qua mạng

internet nhưng chúng ta hãy nghĩ đến một hoàn cảnh khi chúng ta đang ở một vùng sâu

vùng xa nào đó không có internet, không có sóng di động có nghĩa là không có hạ tầng

cơ sở mạng vậy khi đó chúng ta sẽ liên lạc với nhau bằng cách nào. Một giải pháp là

sử dụng phần mềm Instant Messenger này. Phần mềm này sẽ cung cấp dịch vụ liên lạc

theo nhóm. Các thành viên trong nhóm sẽ biết các thành viên khác có ở gần mình hay

không để có thể làm việc trực tiếp với nhau mà không cần thông qua các dịch vụ

internet. Việc cộng tác làm việc vẫn có thể diễn ra trong những môi trường không có

hạ tầng cơ sở mạng.

Mục tiêu của chương trình là tạo ra một phần mềm phát hiện ra sự hiện diện của

các nút mạng trong mạng MANET. Phần mềm sử dụng các công nghệ hỗ trợ cho thiết

bị di động, phần mềm được tối ưu hóa để có thể hỗ trợ một cách tốt nhất cho máy tính

xách tay.

1.2.2. Chức năng

Sơ đồ chức năng:

9

Hình 2. Sơ đồ chức năng

Phạm vi hoạt động:

Phần mềm thiết kế để sử dụng cho máy tính xách tay và dùng trong mạng

MANET do đó phạm vi hoạt động của nó cũng là trong mạng MANET được thiết lập

bởi các máy tính xách tay

10

Chương 2.Kiến thức cơ sở

Ngày nay có rất nhiều ngôn ngữ lập trình bậc cao hỗ trợ tốt cho phần lập trình

mạng. Java là một ngôn ngữ như vậy. Java rất thuận tiện cho việc lập trình chia sẻ các

tài nguyên trên mạng. Và đó là lý do tại sao Java đã được sử dụng để viết các module

cho phần mềm Instant Messenger này. Trong chương này sẽ đề cập đến hai mảng

kiến thức cơ sở quan trọng của việc thiết kế phần mềm Instant Messenger này đó là

cấu trúc dữ liệu Bloom filter cái rất quan trọng trong việc lưu thông tin bạn bè cùng

với truy vấn xem người bạn nào đang có mặt trong mạng và đề cập các vấn đề nền

tảng của Java cùng những hỗ trợ của nó trong việc lập trình mạng.

2.1. Mạng WLAN và mạng MANET

Mạng WLAN (Wireless Local Area Network – mạng nội bộ không dây) là một

hệ thống truyền thông số liệu linh hoạt được thực hiện trên sự mở rộng của mạng LAN

hữu tuyến. Mạng WLAN gồm các thiết bị được nối lại với nhau có khả năng giao tiếp

thông qua sóng radio hay tia hồng ngoại trên cơ sở sử dụng các giao thức chuẩn riêng

của mạng không dây thay vì các đường truyền dẫn bằng dây. Mạng WLAN đang thực

sự thay thế cho mạng máy tính có dây, cung cấp khả năng xử lý linh động hơn và tự do

hơn cho các hoạt động kinh doanh. Người dùng có thể truy cập vào mạng Intranet của

nội bộ công ty hoặc mạng Internet từ bất cứ địa điểm nào trong khuôn viên của công ty

mà không bị ràng buộc bởi các kết nối vật lý.

Mạng MANET (Mobile Ad-hoc NETwork - mạng di động phi thể thức): là mạng

không dây tự cấu hình của các thiết bị di động. Các máy tính trong mạng này có thể

chia sẻ tài nguyên nhưng không thể truy cập tài nguyên của mạng hữu tuyến nếu

không cấu hình một máy tính hoạt động như cầu nối tới mạng có dây.

11

Hình 1.¹Mô hình mạng ad-hoc.

Không cần dùng đến các thiết bị định tuyến (wireless router), hay thu phát không

dây (Wireless Access Point). Mỗi nút mạng có thể truyền thông với nút mạng khác,

không cần thiết điểm truy cập điều khiển truy cập môi trường truyền thông.

Trong mạng MANET sự phức tạp của mỗi nút mạng là cao hơn bởi vì mọi nút

phải thực thi các cơ chế truy cập môi trường truyền thông, các cơ chế điều khiển ẩn

hoặc bộc lộ các vấn đề thiết bị đầu cuối và có lẽ là các cơ chế ưu tiên để cung cấp một

dịch vụ đảm bảo chất lượng. Mạng không dây kiểu này tỏ ra mềm dẻo hơn hết, ví dụ:

cần thiết cho các hội nghị đột xuất, các sự thay thế nhanh của cơ sở hạ tầng hoặc các

kịch bản truyền thông đi xa từ bất kỳ cơ sở hạ tầng nào.

Chế độ IEEE Ad-hoc: Chế độ này thì các nút di động truyền thông trực tiếp với

nhau mà không cần tới một cơ sở hạ tầng nào cả. Trong chế độ này thì các liên kết

không thể thực hiện qua nhiều chặng.

Ưu điểm của mạng MANET:

Số lượng thiết bị di động lớn. Có thể sử dụng cho rất nhiều thiết bị như là PDA,

Máy tính xách tay hay điện thoại di động.

Trong mạng cơ bản thì cơ sở hạ tầng, các trạm trung gian, thu phát sóng là yếu tố

quan trọng quyết định chất lượng của mạng, còn trong mạng MANET các nút mạng

kết nối thông qua các nút mạng (không cần đến các trạm thu phát), các nút mạng có

¹Nguồn [5]

12

thể di chuyển tự do trong cấu trúc mạng do đó nó có tính chất cơ động cao và do đó

làm giảm bớt sự phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng, làm cho mạng dễ phát triển dễ dàng, tốc

độ phát triển của mạng nhanh

Những thách thức đối với mạng MANET:

 Chi phí cho việc sử dụng phổ tần số

 Việc định tuyến/ Quản lý các nút mạng:

 Thêm vào mạng

 Thoát khỏi mạng

 Hiệu quả sử dụng nguồn điện

 Giao thức điều khiển truyền

 Tính di động của các Nút

 Băng thông

Trong một mạng MANET các nút di chuyển tự do vì thế tô pô mạng có thể bị

thay đổi một cách nhanh chóng và không thể dự đoán đc. Hơn nữa các nút trong mạng

ad hoc bị giới hạn phạm vi truyền làm cho một số nút không thể giao tiếp trực tiếp với

một nút khác. Vì các tuyến đường trong mạng ad hoc nhiều khả năng sẽ phải trải qua

nhiều chặng nên mỗi nút mạng phải đóng vai trò như một router.

Việc thiết kế giao thức cho mạng MANET là không hề đơn giản. Đầu tiên, trong

mạng ad hoc các nút có thể di chuyển làm cho các thành phần cũng như tô pô mạng

thay đổi thường xuyên. Thứ hai là do tính đa dạng và bất thường của các liên kết

không dây làm cho việc mất gói tin xảy ra thường xuyên.

2.2. Bloom Filter

Bloom filter[1] là cấu trúc dữ liệu dùng để kiểm tra xem một phần tử có phải là

thành viên của một tập hay không. Một Bloom filter rỗng là một mảng gồm m bit.

13

Hình 3. Bloom filter²

Giả sử ta gọi S là tập gồm n phần tử, Bloom filter gồm m phần tử mảng giống

như hình trên mỗi phần tử mảng là 1 bit. k là số hàm băm độc lập với nhau hoạt động

như sau: mỗi lần băm nó cho ra một giá trị nằm trong khoảng từ 0…m-1. Ban đầu thì

m phần tử mảng được gán giá trị là 0.

Giả sử ta muốn thêm một phần tử x vào Bloom filter này ta sẽ băm x bằng k hàm

băm và cho ta k giá trị. Các phần tử mảng tại k giá trị đó sẽ được gán bằng 1. Ta hãy

xem hình trên. Hình trên thể hiện một Bloom filter có 3 hàm băm. Khi băm phần tử x

cho ra 3 giá trị là 1,5,14 thì các phần tử mảng tại các giá trị đó được gán giá trị là 1.

Với y và z cũng tương tự như vậy.

Khi ta muốn truy vấn một phần tử nào đó xem nó có là thành viên của tập S này

hay không ta cũng sẽ băm phần tử đó ra và kiểm tra xem tại các vị trí băm đó thì giá trị

phần tử mảng là 0 hay là 1. Tuy nhiên như thế sẽ dẫn đến các khả năng được gọi là

False positive tức là giả sử ta kiểm tra một phần tử t nào đó xem nó có tồn tại trong tập

S không. Ta băm t với 3 hàm băm và giả sử cho giá trị là 1,3,4 khi ta kiểm tra các phần

tử mảng tại vị trí này thì thấy giá trị nó là 1 tuy nhiên trên hình trên thì ta thấy t không

tồn tại tức là thực ra nó không tồn tại nhưng ta lại tìm đươc sự tồn tại của nó. Do đó

các hàm băm phải được tạo sao cho khả năng False positive là nhỏ nhất. Khi ta đã biết

m và thì k thường được chọn là 1 giá trị nguyên và đươc tính bằng công thức :

m

k = ln2.( )

n

²Nguồn[5]

14

Cái khó của một Bloom filter dạng chuẩn là kiểu cấu trúc dữ liệu mà ta chi có

thể thêm phần tử vào mà không thể loại phần tử đó ra.

Ta có thể dùng các thuật toán mã hóa SHA1 hoặc MD5 để tạo các hàm băm. Có

thể sử dụng cách như sau để tạo hàm băm thứ i:

H_i(x)=MD5(x+i)

2.3. Soft State Bloom Filter

Trong một mạng máy tính luôn luôn có những lúc một vài nút di chuyển ra khỏi

mạng hoặc là khi khoảng cách giữa các nút xa thêm. Có rất nhiều trường hợp ta cần

phải xét đến việc một nút không còn tồn tại trong mạng.

Một Bloom filter dạng chuẩn không hỗ trợ việc loại bỏ một phần tử do đó cần

phải sửa đổi vì hệ thống cần phải loại bỏ một nút nếu như nó không còn tồn tại ở một

thời điểm nào đó. Soft state Bloom filter là dạng Bloom filter để thực hiện yêu cầu đó

của hệ thống [2].

Như ta đã tìm hiểu ở bên trên. Mỗi phần tử mảng của Bloom filter bao gồm 1 bit.

Bây giờ thay vì sử dụng 1 bit cho mỗi phần tử mảng ta dùng l bit cho mỗi phần tử

mảng, và để tránh cho việc tràn bộ nhớ thì l cần phải được chọn giá trị một cách hợp

lý, thường l là nhỏ l =3 hoặc bằng 4 ( như trong khóa luận này l được chọn là 3 ) khi

đó mỗi phần tử mảng được lưu trữ giá trị như một bộ đếm, giá trị bộ đếm này như là

tuổi của phần tử mảng đó. Thay vì ban đầu ta khởi tạo giá trị cho phần tử mảng là 0 thì

l

ta khởi tạo giá trị lớn nhất cho nó là  -1 , giá trị lớn nhất này thể hiện rằng vị trí

này chưa được thiết lập nó giống như việc thiết lập giá trị ban đầu là 0 tại mỗi phần tử

mảng ở một Bloom filter chuẩn. Cái bộ đếm này nó hỗ trợ việc loại bỏ một nút nếu

như nó không tồn tại quá lâu.

Khi một phần tử bị loại bỏ khỏi Bloom filter thì giá trị phần tử mảng khi băm nó

bị giảm.

15

Hình 4. Soft state Bloom filter³

Một False Positive khi truy vấn nút u xảy ra khi tất cả các hàm h₁, …, h_kđều

cho giá trị tại các phần tử mảng mà tại đó giá trị không phải là 2^l- 1

Xác xuất xảy ra False Positive được tính theo công thức sau:

kn



1

k

F = (1 - (1 - )^kn)

 (1 - e

)

m

2.4. Lập trình mạng với Java

2.4.1. Nền tảng Java

Java là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng (tựa C++) do Sun Microsystem đưa

ra vào giữa thập niên 90. Chương trình viết bằng ngôn ngữ lập trình Java có thể chạy

trên bất kỳ hệ thống nào có cài máy ảo Java (Java Virtual Machine).

Ngày nay, đối với Java người ta không còn nhắc đến như là 1 ngôn ngữ lập trình

mà nhắc đến một công nghệ hay một nền tảng phát triển, nó bao gồm các bộ phận:

 Máy ảo Java: JVM

 Bộ công cụ phát triển: J2SDK

³Nguồn: [2]

16

 Các đặc tả chi tiết kĩ thuật (specifications)

 Ngôn ngữ lập trình (programming language)

 Các công nghệ đi kèm như JSP, Servlet, EJB, JDBC, JNDI, JMX, RMI

… và framework như Struts, Spring, JSF, Hibernate, JavaFX ...

Java đã trở thành một trong những ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất cho tất cả

các lập trình viên.

2.4.2. Lập trình mạng với Java

Java là ngôn ngữ rất thích hợp để cài đặt các ứng dụng yêu cầu các giao tiếp giữa

các tài nguyên mạng.

Java.net được bắt đầu từ J2SE 1.4 là gói dùng để cung cấp tất cả các Interface và

các class cho việc cài đặt các ứng dụng mạng.

Lớp đầu tiên trong gói Java.net mà chúng ta quan tâm đến là lớp InetAddress.

Đây là một lớp quan trọng khi lập trình mạng nó dùng để xử lý về địa chỉ IP và

hostname của một máy. Ta có thể dùng phương thức static getByName() để lấy địa chỉ

IP của một máy hoặc cũng có thể dùng phương thức getLocalHost() để lấy địa chỉ Ip

của máy đang sử dụng. Nó sẽ là rất hữu ích khi lập trình mạng.

Trong mạng thì các chương trình giao tiếp với nhau thông qua các Socket. Java

cũng sử dụng cách đó và cung cấp cho chúng ta cả 2 loại Socket là TCP Socket và

DatagramSocket.

TCP Socket

Đây là một giao tiếp kiểu TCP/IP tức là giao tiếp hướng kết nối.

Gói Java.net cung cấp 2 lớp hữu ích cho việc thực hiện kết nối bằng TCP Socket.

Đầu tiên là Class ServerSocket dùng cho Server và lớp Socket dùng cho Client.

Khởi tạo một ServerSocket

ServerSocket ServSock = new ServerSocket(1234);

Ở trên Server có tên là servSock sẽ lắng nghe kết nối ở cổng 1234.

Và Server này dùng phương thức accept để chờ đợi kết nối đến từ Client:

17

ServSock.accept();

Để khởi tạo một Socket cho Client

Socket client = new Socket(1234);

Việc giao tiếp giữa Server và Client được thực hiện qua các Stream.

OuputStream dùng để ghi dữ liệu vào luồng và InputStream để đọc dữ liệu.

Do khóa luận này không sử dụng TCP Socket nên chúng ta sẽ không đi sâu vào

phần này.

UDP Socket

UDP Socket là giao thức quan trọng nhất được sử dụng trong chương trình này.

Chúng ta sẽ tìm hiểu sâu về UDP Socket sau đây.

UDP Socket không giống như TCP socket, UDP Socket là kiểu socket không kết

nối tức là việc gửi dữ liệu đi không đảm bảo là dữ liệu sẽ được nhận. Kiểu kết nối này

thực hiện nhanh hơn kiểu TCP vì nó không cần tạo ra việc bắt tay 3 bước tuy nhiên thì

đây là kiểu kết nối không tin cậy.

Gói Java.net cung cấp cho ta lớp DatagramSocket và DatagramPacket dùng cho

việc kết nối UDP này. DatagramSocket được tạo ở cả Client và Server để gửi và nhận

các DatagramPacket

Về phía Server khởi tạo một Server như sau:

DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(8888);

Việc gửi và nhận thông qua các DatagramPacket chứa mảng các byte dữ liệu.

Giả sử muốn gửi đi chuỗi “Toi yeu viet nam”:

String s = “Toi yeu viet nam”;

Chuyển chuỗi này thành mảng byte

Byte[] data = s .getByte();

Khởi tạo DatagramPacket để gửi đi:

DatagramPacket outPacket =

new DatagramPacket(data, data.length(),clientAddress);

clientAddress ở đây là địa chỉ Ip của Client mà ta muốn gửi đến.

18

Và sau đó thực hiện việc gửi:

serverSocket.send(outPacket);

Đó là việc gửi dữ liệu ở Server. Tại Client muốn nhận được dữ liệu đó,thì cũng

khởi tạo một DatagramSocket :

DatagramSocket clientSocket = new DatagramSocket(8888);

Để thực hiện việc nhận dữ liệu thì phải khởi tạo một buffer là một mảng các byte

Byte[] buffer = new byte[256] ;

Sau đó khởi tạo một DatagramPacket để chờ :

DatagramPacket inPacket =

new DatagramPacket(buffer, buffer.length);

Và thực hiện việc chờ dữ liệu gửi đến:

clientSocket.receive(inPacket);

Sau đó có thể chuyển dữ liệu lại thành dạng chuỗi đã gửi sau khi nhận:

String message = new String(inPacket.getData(),

0,inPacket.getLength());

UDP là một phương thức không kết nối do đó nó rất hữu ích khi muốn broadcast

dữ liệu trong mạng. Broadcast sử dụng UDP là một trong những phần quan trọng nhất

trong khóa luận này. Thay vì gửi trực tiếp dữ liệu đến một máy có địa chỉ chính xác

nào đó thì ta broadcast dữ liệu trong mạng. Để thực hiện điều này chỉ cần 1 địa chỉ

broadcast của máy.

Để thực hiện việc broadcast dữ liệu này thì ở bước khởi tạo DatagramPacket để

send thì ta khởi tạo DatagramPacket như sau:

outDataPacket = new DatagramPacket(data,

data.length,broadcastAddress, 8000);

Sự khác biệt ở đây là chúng ta đưa vào địa chỉ broadcast của máy chứ không phải

là địa chỉ của Client. Việc nhận dữ liệu broadcast cũng giống như việc nhận dữ liệu

bình thường.

19

Chương 3.Thiết kế và cài đặt phần mềm

Như đã trình bài ở chương mở đầu, mục đích chính của phần mềm này là phát

hiện sự hiện diện của những người bạn của mình trong mạng MANET và khoảng cách

của mình đến người đó là bao nhiêu chặng (hop). Ta biết để biết được một người có

hiện diện trong mạng hay không đơn giản nhất là lắng nghe thông điệp phát ra từ

người đó, nếu như nghe được thông điệp thì người đó tồn tại trong mạng và nếu như

không nghe thấy thông điệp gửi đi từ người đó thì chứng tỏ người đó không tồn tại

trong mạng. Từ đó ta thấy một máy muốn biết sự tồn tại của máy khác thì đơn giản nó

chỉ cần broadcast dữ liệu và mong muốn dữ liệu đó được gửi đến những máy trong

mạng và máy nào trong mạng nhận được sẽ thực hiện công việc tương tự là broadcast

để chứng tỏ sự tồn tại của mình. Vấn đề là lưu dữ liệu của một máy gửi đến trong

mạng để có thể truy vấn xem đó có phải là bạn của mình hay không. Chương trình sử

dụng một Soft State Bloom filter như đã được đặc tả ở trên để lưu thông tin về những

máy tồn tại trong mạng và khi cần xem người bạn nào của mình hiện diện trong mạng

thì chỉ cần truy vấn thông tin trong Bloom filter này. Và chúng ta hãy xem xét các

phần sau:

3.1. Hàm băm (Hash Function)

Chúng ta đã biết một Bloom filter cần phải có k hàm băm hoạt động độc lập và

việc quan trọng là phải tạo được các hàm băm để tỉ lệ False Positive là nhỏ nhất.

Chúng ta cũng đã đề cập đến cách tạo hàm băm sử dụng thuật toán mã hóa MD5. MD5

là một hàm băm dùng để mã hóa với giá trị băm là 128 bit. MD5 là thuật toán mã hóa

mà không thể giải mã. Java có gói java.security chứa Class MessageDigest hỗ trợ thuật

toán mã hóa MD5 này.

Chúng ta cũng đã nhắc đến cách tạo ra k hàm băm tức là hàm băm thứ i sẽ lấy

theo kiểu :

H_i(x)=MD5(x+i)

Đây là cách tạo hàm băm đơn giản nhất mà lại hiệu quả. Trong khóa luận này

chúng ta phải thực hiện băm một chuỗi với k hàm băm.Việc thực hiện băm một chuỗi

sử dụng thuật toán MD5 như sau:

20

 Mã hóa chuỗi đó bằng thuật toán MD5

 Tính toán chuỗi đó ra giá trị dạng long

 Sử dụng hàm băm theo phương pháp chia lấy dư để lấy giá trị băm được

Sử dụng Class này để tạo ra hàm băm:

digestFunction = MessageDigest.getInstance("MD5");

public static long createHash(byte[] data) {

long h = 0;

byte[] res;

digestFunction.update(data, 0, data.length);

res = digestFunction.digest();

for (int i = 0; i < 4; i++) {

h <<= 8;//h*(2^8)==h*256

h |= ((int) res[i]) & 0xFF;//== h =h|((int) res[i]) &

0xFF

}

return h;

}

Sau đó băm giá trị đầu vào với k hàm băm

for (int x = 0; x < k; x++) {

hash = createHash(valString + Integer.toString(x));

}

Đây là giá trị băm được và sau đó dùng cách đơn giản là láy số dư của hash cho

số phần tử mảng để có được giá trị lưu vào Bloom filter đây là cách sử dụng hàm băm

theo phương pháp chia:

hash = hash % (long) sizeofSet;

hash ở đây là vị trí phần tử mảng đươc gán giá trị trong Bloom filter

3.1.1. Địa chỉ broadcast

Ta đã biết được một phần của thuật toán là việc liên tục broadcast thông tin mà

mình có được đến những nút xung quanh trong mạng. Việc broadcast này là chứng tỏ

sự tồn tại của mình trong mạng và cũng để gửi những thông tin mà mình biết về tất cả

các nút trong mạng cho những nút có thể nhận.

21

Như đã tìm hiểu ở trên, khi broadcast dữ liệu trong mang ta cần phải có địa chỉ

broadcast của máy. Khi ta có địa chỉ Ip và subnet mask ta có thể dễ dàng tính được địa

chỉ broadcast của máy. Tuy nhiên Java hỗ trợ việc lấy địa chỉ broadcast của máy rất

đơn giản.

Ta lấy địa chỉ broadcast như sau:

public String getBroadcastAddress() {

String broadcastAddress = "";

try {

Enumeration<NetworkInterface> en =

NetworkInterface.getNetworkInterfaces();

while (en.hasMoreElements()) {

NetworkInterface ni = en.nextElement();

if (ni.isLoopback()) {

continue;

}

for (InterfaceAddress interfaceAddress :

ni.getInterfaceAddresses()) {

if

(ni.getName().equalsIgnoreCase(interfaceName)) {

InetAddress broadcast = interfaceAddress.getBroadcast();

broadcastAddress =

broadcast.getHostAddress();

}

} catch (Exception e) {

}

return broadcastAddress;

}

Ở đây interfaceName là tên của một interface và việc lấy địa chỉ Broadcast ở đây

là lấy địa chỉ broadcast của một interface xác định

22

3.1.2. TimeOut và Refresh

Việc broadcast được thực hiện liên tục, 2 lần liên tiếp cách nhau một khoảng thời

gian được gọi là TimeOut.

Trong mỗi lần Timeout đó thì sẽ thực hiện 3 bước:

Bước 1:

Tăng giá trị mỗi phần tử mảng lên 1 nếu như giá trị này chưa ở mức 2^l-1 tức là

giá trị của phần tử mảng đó đã được thiết lập trước đó rồi

public void decay() {

for (int i = 0; i < bitset.size(); i++) {

if ((Integer) bitset.get(i) < 7) {

bitset.set(i, (Integer) bitset.get(i) + 1);

}

Bước 2:

Refresh thông tin về nút bằng cách băm chính mình ( hostname của máy) và gán

các giá trị tại các vị trí phần tử mảng băm được là 0

Việc này đơn giản chỉ là add lại chính bản thân nó:

public Vector add(String valString) {

long hash = 0;

Vector hashArray = new Vector();

for (int x = 0; x < k; x++) {

hash = createHash(valString + Integer.toString(x));

hash = hash % (long) sizeofSet;

hashArray.add(Math.abs((int) hash));

bitset.setElementAt(0, Math.abs((int) hash));

}

return hashArray;

}

Bước 3:

Broadcast dữ liệu mới update sang nút hàng xóm

23

3.2. Merge thông tin

Dữ liệu được broadcast là thông tin về các nút trong mạng mà máy biết do đó khi

nhận được thôn tin từ một nút khác thì phải thực hiện việc thêm thông tin đó vào

những thông tin mình đã có. Việc thêm thông tin này được gọi là Merge thông tin hay

đơn giản là nó chỉ là Merge cái thông tin ở trong Bloom filter của mình với thông tin

nhận được.

Việc nối này thực ra là nối hai mảng phần tử mảng của 2 Bloom filter. Việc nối

thực ra chỉ là việc so sánh giá trị tại cùng vị trí phần tử mảng của 2 Vector và lấy giá

trị nhỏ hơn và lưu vào một Bloom filter

public void merge(Vector receive) {

int size = receive.size();

for (int i = 0; i < size; i++) {

if ((Integer) bitset.get(i) > (Integer)

receive.get(i)) {

bitset.set(i, receive.get(i));

}

Ta có thể thấy ở trên. Thực hiện việc so sánh giá trị các phần tử mảng tương ứng

và chọn giá trị nhỏ hơn.

3.3. Tuổi của thông tin

Như chúng ta thấy bước đầu tiên khi broadcast dữ liệu là tăng giá trị phần tử

mảng lên 1 nếu nó chưa có giá trị max. Giai đoạn này được gọi là decay (tức là làm già

thông tin). Giá trị này chính là tuổi của thông tin

3.4. Kiểm tra sự tồn tại của Friend trong mạng

Để xác định xem một nút u có tồn tại hay không ta lại thực hiện việc băm u k lần

bằng k hàm băm của Bloom filter. Sau đó ta lấy giá trị lớn nhất tại mỗi phần tử mảng

mà băm được goi là T(u)

24

Nếu như giá trị T(u)+1=2^lthì nó không tồn tại trong mạng, ngược lại T(u)+1

chình là khoảng cách từ máy hiện tại đến nút u trong mạng

Ở đây thông tin cần truy vấn là tên của người bạn của mình trong một file danh

sách do đó ta phải băm cái chuỗi này bằng k hàm băm của Bloom filter:

/*

* kiem tra xem nick do duoc add chua

*/

public boolean contains(String valString) {

long hash;

for (int i = 0; i < k; i++) {

hash = createHash(valString + Integer.toString(i));

hash = hash % (long) sizeofSet;

if (((Integer) bitset.get(Math.abs((int) hash)) == 7)) {

return false;

}

return true;

}

Ta thấy hàm trên sẽ kiểm tra xem Chuỗi tên người bạn mà ta muốn kiểm tra xem

nó có tồn tại trong Bloom filter hay không

Sau đó ta thực hiện phương thức tiếp theo:

public Vector hopQuery(String queryString) {

Vector vector = new Vector();

if (contains(queryString)) {

long hash;

for (int i = 0; i < k; i++) {

hash = createHash(queryString +

Integer.toString(i));

hash = hash % (long) sizeofSet;

vector.add(bitset.get(Math.abs((int) hash)));

}

return vector;

}

25

if (contains(queryString))nếu như Bloom filter này có chứa chuỗi trên thì

ta lấy giá trị các phần tử mảng mà các hàm băm băm được khi băm chuỗi này.

Giá trị nhận được là một Vector chứa các giá trị băm được bằng k hàm băm đó.

String này không tồn tại trong Bloom filter nếu như Vector là rỗng. Mục đích của việc

này đơn giản chỉ là lấy tập các giá trị đó để có thể tìm được giá trị lớn nhất trong tât cả

các phần tử mảng đó

/*

* khoang cach

*/

public int hop(String queryString) {

int max = -1;

Vector vector = hopQuery(queryString);

if (vector.isEmpty()) {

return -1;

}

for (int i = 0; i < vector.size(); i++) {

int temp = (Integer) vector.get(i);

if (temp > max) {

max = temp;

}

return max + 1;

}

Phương thức hop(String queryString) trả về khoảng cách của nút đang truy

vấn

3.5. Dữ liệu

Dữ liệu của chương trình là tên những người bạn của mình và được tổ chức dưới

dạng file. Thông tin được đặt trong file friend.inp. Chương trình cho phép thêm bạn

vào danh sách những người bạn của mình.

26

3.6. Cài đặt

Phần mềm này sử dụng Java là ngôn ngữ chính. Do đó máy chạy phần mềm phải

cài Java và thực hiện việc cài đặt đơn giản như cài đặt các phần mềm khác.

27

Chương 4.Thử nghiệm phần mềm

Chương trình được chạy thử trên nền MS Windows sử dụng cho các máy tính

xách tay tạo các mạng ad-hoc

4.1. Giao diện của phần mềm:

4.2. Chọn Interface:

Hình 5:Chọn interface

Ở đây giá trị cho phép chọn là tên các interface network của máy. Bạn được phép

chọn interface nào để thực hiện kết nối. Ở hình trên là interface có tên là eth0

4.3. Giao diện chính: Instant Message

Hình 6:Giao diện chính

28

Giao diện này bao gồm 1 menubar với các menu Bạn bè, liên hệ và giúp đỡ cho

phép người dùng chọn các chức năng tương đương từ các menu này. 2 button bắt đầu

và tạm dừng để thực hiện việc bắt đầu chạy chương trình và tạm dừng chương trình.

Để bắt đầu chương trình hãy nhấn vào nút “Bắt đầu” và khi muốn tạm dừng chương

trình thì nhấn vào nút “Tạm dừng”.

Giao diện này còn có thêm một bảng là. Bảng này bao gồm 2 cột. Một cột là tên

của những người bạn trong FriendList của mình. Cột thứ 2 là khoảng cách tới người

bạn đó.

4.4. Giao diện thêm bạn:

Khi chọn chức năng bạn bè sẽ xuất hiện giao diện này

Hình 7:Giao diện thêm bạn

29

Hình 8:Giao diện thêm bạn

Giao diện xuất hiện một Dialog input cho phép người dùng nhập vào một chuỗi.

Ở đây cho phép nhập với số kí tự không giới hạn. Tên nhập ở đây là một hostname của

một máy.

30