基于QT的UDP文件原型客户端服务端设计_基于udp协议设计的大文件传输软件-包含服务器与客户端

作者：Cpp五条 | 2024-03-24 22:09:35

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基于udp协议设计的大文件传输软件-包含服务器与客户端

Udp File Protocal

Network Homework By Qt

实现设计及结果

实验完成内容

基础功能

下层使用UDP协议（即使用数据报套接字完成本次程序）；
完成客户端和服务器端程序；
实现可靠的文件传输：能可靠下载文件，能同时下载文件。

增设功能

通过三次握手、四次挥手、超时重传实现UDP可靠文件传输
实现多用户多线程
用户权限设置，限制用户访问文件的范围
同时实现上传、下载、新建文件夹、删除文件、获取目录、刷新等操作
通过sha-256安全散列算法，发送端给文件二进制打上哈希值，接受端验证，若哈希值不同则请求重传，实现文件校验功能。
服务端实现模拟丢包和模拟失真，来验证超时重传和哈希证两个功能的效果。

实验设计

UDP报文设计

仿照tcp协议，设置seq，ack字段，并参考web应用前后端分离的传输模式，将UDP请求封装成json数据。

发送端数据格式如下

{
    "cmd": "...",   
    "seq": "...",
    "ack": "...",
    "data": {}
}
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cmd字段为具体请求命令，seq,ack同tcp，data为具体数据，命令包含如下请求：

cmd命令字段	功能	包含关键字	解释
hello	握手请求	syn	TCP握手的SYN
goodbye	挥手请求	fin	TCP挥手的FIN
auth	登录	user, password,anoy	用户名，密码，是否匿名登录
ls	请求当前获取子目录和文件	currentPath	当前位于的目录
mkdir	创建一个空文件夹	name, currentPath	创建名称，当前目录
delete	删除一个文件或文件夹	filePath	文件名称（完整路径）
upload	上传一个文件	fileName, filePath, num, whole, bin	文件名称，要上传的路径，块数，总块数，文件数据（Base64）
download	下载一个文件	fileName, num, whole, bin	文件名称，块数，总块数，文件数据（Base64）
ack	确认发送端的一个数据包	—	—
resend	请求重新发送上一个数据包	—	—

客户端数据格式如下

{
    "status": "...",
    "msg": "...", 
    "seq": "...",
    "ack": "...",
    "data": {}
}
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status为状态码，msg为请求状态或错误

status	msg
200	ok
400	bad request
401	Unauthorized
403	Forbidden

文件传输设计

设发送端为A，接收端为B。

A将文件分成若干块发送，块大小在类中的blockSize由类变量设置。A在发送一块后，B接收到后返回ack确认命令，A直到收到B的响应后才发送下一块，若超时则重传（见下一条）。

由于A发送的数据包含其块数的信息和总数，所以B知道文件是否发送完成。

注：为防止传输过程中的中断导致文件不完整，B先将接收的文件块存到临时目录下，直到发送完成后再复制到实际目录下。

可靠UDP传输的体现

三次握手：客户端发送hello命令，服务端返回确认信息，然后客户端再发命令，建立连接
四次挥手：A端发送goodbye命令，B端返回确认，B端发送goodbye，A端返回确认，连接断开。
超时重传：传输文件时，若3s无响应，则进行重传；重传3次仍无响应，则停止。

文件哈希校验与重传机制

sha-256是一种安全散列算法，哈希碰撞率低，哈希结果为一个256位二进制。本实验中，发送端A对发送的每一块文件计算一个sha-256哈希值 $hash_1$ ，附在data中；接收端B接受后，计算接收到的二进制文件哈希值 $hash_2$ ，对比 $hash_1$ , $hash_2$ 是否相同，若不同则请求A重传。

这样可以有效解决二进制文件在传输过程中出现错误的情况。

具体实现在sha256类中。

多线程机制

服务端通过记录发送端的IP和端口号唯一映射一个进程，filethread继承QT线程QThread类，接收不同客户端的数据包后，多线程处理。

多用户权限管理设计

用户包含匿名用户、普通用户和管理员用户

用户类别	权限范围
匿名用户	只能对服务器shares文件夹下内容进行查看和操作
普通用户	只能对服务器shares和同用户名的文件夹下内容进行查看和操作
管理员用户	可查看和操作任何文件

用户信息在服务端提前设置好，保存在config.json中。

客户端首先进行登录，若客户端某次操作不在权限范围内，则返回401错误。

实现方法很简单，只需分析目录的前缀，和该用户权限是否一致即可。