精选_基于TCP和UDP Socket编程实现的网路聊天室支持文件传输_源码打包

# 基于TCP和UDP Socket编程实现的网路聊天室支持文件传输 # 1、环境 ## 1.1 开发平台 Intel i5处理器，4GB内存，500GB机械硬盘，1GBps网卡速率；操作系统为Windows 10，开发平台为Qt creator5.9.2，除Qt的部分动态链接库以外，无其他组件。 ## 1.2 运行平台 服务器运行平台与开发平台相同，由于需要多个用户同时在线，故其中一个用户也运行在开发平台上；其他用户运行在虚拟机上，虚拟机是Vmware workstation上安装的Windows 7虚拟机，内存2GB，磁盘空间50GB。第三方组件为Qt的动态链接库。 # 2、系统功能需求 基于TCP和UDP协议实现一个即时通讯工具，具体功能要求包括： - 工具包括服务器端和客户端 - 具备用户注册、登录、找回密码功能（基于TCP协议） - 两个用户如果同时在线，采用点到点通信方式进行聊天，信息不需要通过服务器中转，服务器也不保存，且消息要在五秒内送达对方（基于TCP协议） - 支持离线消息，且在登录后一分钟内全部收到（基于TCP协议） - 支持点到点可靠文件传输（基于UDP协议） - 存储在服务器端的数据需要进行强加密 - 支持不少于两组用户同时在线交流和传输文件 - 文件传输具有良好的性能，能够充分利用网路带宽 - 人机交互友好，软件易用性强 # 3、系统设计 ## 3.1 系统架构 由于开发环境是qt，而qt中有其独特的信号和槽机制，通过信号的触发来调用槽函数，所以系统的功能函数基本都是槽函数，通过用户的按键等操作来实现调用，所以不像一般的系统都是一个主函数调用若干个子功能函数，本系统中的众多功能函数相对比较分散、独立，各有各的触发开关，执行自己的功能。 ## 3.2 功能模块 由于系统分为服务器和客户端，所以功能模块也需要各自讨论。 ### 3.2.1 服务器 服务器主要功能是接受用户的注册消息、登录消息和离线消息等，所以主要功能模块如下： - **用户连接**：处理用户的tcp连接请求 - **注册功能**：处理用户的注册消息 - **找回密码**：处理用户的找回密码请求 - **获取IP**：用于处理聊天的用户发来的获取IP的请求 - **离线消息**：处理用户发来的离线消息 - **获取用户列表**：获取所有用户，区分在线和离线用户 - **保存&读取数据**：保存已注册用户的所有账号信息并加密，读取用户信息并解密 ### 3.2.2 客户端 客户端的功能远远多于服务器，大体上可以分成tcp模块和udp模块，而这两个模块下又有很多子模块。 - **注册账号**：新用户注册新账号 - **找回密码**：老用户根据密保问题找回密码 - **登录**：最基本的功能，是聊天和发文件的基础 - **文本聊天**：选择好友进行文字聊天 - **文件传送**：选择好友进行文件传输 - **接收聊天信息**：接受好友或服务器发来的聊天信息并显示 - **接收文件**：接受好友发来的文件并保存 - **界面控制**：根据不同的用户状态，在界面上显示或隐藏不同的控件 - **获取好友列表**：获取所有好友，并在列表中显示器账号 ## 3.3 应用层协议 ### 3.3.1 文本传输 用Qbytearray向qtcpsocket中写入数据，为了供数据接收方识别，需要根据数据的功能加上各自的头部，比如注册信息可加上“reg”头部，普通聊天消息可加“msg”，发送方要根据当前用户所处的状态来加不同的头部，而接收方在取出头部后，需要根据头部的值来判断这是何种信息，接下来该执行何种操作，这是应用层协议的关键，双方需要协商好每一种信息使用何种头部。 ### 3.3.2 文件传输 使用qdatastream向qudpsocket中写入从文件中读出的数据，每个包的数据长度自己定义，由于udp只用于文件传输，所以发送和接收方都不会发生混淆，不需要加消息头部标识，但是还是需要在头部添加数据包的序号。接收方采用累积确认法，接受一个包就发送该包对应序号的ack，当收到的数据包不是已确认序号的下一个时，仍发送最后一个已确认序号的ack信号。发送方采用快速重传法，并且使用tcp reno算法控制拥塞窗口大小。当收到三个冗余的ack时，重新发送冗余ack后的所有分组，窗口长度减半，当发生超时，拥塞窗口减为1，再用慢启动恢复窗口长度。 # 4、系统实现 ## 4.1 服务器 **保存&读取数据**：这是服务器一切功能的基础。服务器启动时，从内存中导入已注册用户的信息，形成一个用户链表，表中的每个结点分别对应一个用户，其中存放了用户的账号、密码等个人信息，此外还有是否在线的标记，以及与服务器建立连接的tcp套接字。 在读取文件恢复链表时， 只需要恢复账号密码信息即可，其他在线信息暂且不用管。在保存数据时，也只需要保存账号信息。需要注意的是，对于密码，需要进行加密然后再写入文件，读出文件时使用与之配套的解密算法进行解密。 从内存读取数据并恢复用户链表的流程图如下图所示，保存数据的过程与之类似，但顺序相反。  **用户连接**：当有用户发送连接请求时，服务器要用一个套接字来与之连接。与服务器进行连接的用户有多种情况:注册、找回密码和登录，对于前两种情况，该套接字在操作完成后就失效了，但对于登录的用户，则需要长久保持连接。因此，我们先创建一个套接字建立这一连接，等到确认该用户是登录用户时，就将该套接字挂载到用户链表中的对应节点上，并将链表中用户是否在线的标志变量置为1，并获取登录方的IP地址，也存到用户结点中。若用户是进行注册和找回密码，则需要在一定时间以后销毁该套接字，以免占用内存。 客户端接受用户各类连接信息的流程图如下图所示。  **注册功能**：用户与服务器建立连接，发送注册的账号和密码，服务器到用户链表中查找是否已经存在该用户，假如不存在，则新建一个用户结点，把该用户添加到用户链表中；否则，发送注册失败的消息，告诉用户，该账号已经被注册了。 注册功能是服务器处理各类连接中的一类情况，其操作流程已经包含在服务器处理连接的流程图中。 **找回密码**：用户与服务器建立连接，发送密保问题和答案，并附带新密码。需要注意的是，我们生活中常用的软件附带的找回密码功能，实际上都是让用户设置新密码，而并不是直接把旧的密码告诉用户，因为这样更安全，所以此处也借鉴了这一做法。服务器根据用户账号去用户链表中找到该用户，判断用户的密保问题是否回答正确，若是，则将新密码替换旧密码，并反馈给用户修改成功的信息；否则，告知用户问题回答错误，无法找回密码。 找回密码功能是服务器处理各类连接中的一类情况，其操作流程已经包含在服务器处理连接的流程图中。 **获取IP**：系统要求用户点对点聊天时，消息不经过服务器，那么，用户就必须知道聊天对方的IP地址，才能与之交流，所以用户必须向服务器索要IP。服务器收到获取IP的请求后，根据用户所请求的账号，去用户链表中查找该用户是否在线，若是，则把用户的IP发回