Python实战项目 - Python程序设计(期末大作业、课程设计、毕业设计)-用Python开发的基于TCP通讯协议的实时通讯和文件共享应用

基于Python与TCP协议的私人聊天室

用Python开发的基于TCP通讯协议的实时通讯和文件共享应用

1、项目概述：

在如今的大数据时代，科技飞速发展，人们的生活逐渐变得便利快捷，大家都更喜欢简单方便快捷的东西，从以前的车马很慢，到现在的实时通讯沟通，让言语不拘于距离，不止于步伐。为了针对工作生活的的需求，提高工作效率，学习效率，而又不在拘泥于距离，针对以上问题，本项目以Python为开发语言，采用轻量tkinter作为前GUI端页面对每个单元功能板块进行设计，多线程进行各个功能实时并行，人性化美观的人机交互界面，数据以json格式TCP协议为基础，自定协议进行响应传输，利用mysql对用户数据进行存储修改，为了和现在的信息时代的特点个性符合，同时也具备严密的登录和注册功能，实现在线聊天和文件共享。

2、项目背景和意义

通信产业有强劲的生命力，依然处在蓬勃发展阶段之中，各种新的技术日新月异，层出不穷。但是蓬勃的发展中也有一些亟待解决的问题，这些都是现代通信的不足。日新月异，通讯不止于书信，不止于电话，现代最方便最快捷的就是线上实时聊天通讯，能有效便捷的沟通，工作学习都将得到进一步的快速提升。

3、项目组成及核心原理

3.1 项目总体框架

(1).用户注册

(2).用户登录

(3).进入聊天实时通讯

(4).上传共享文件

(5).下载共享文件

3.2 项目核心算法设计

3.2.1 用户信息表

用户信息表utf8编码，主键为uid1

drop table user;
create table user (
uid1 int unsigned auto\_increment,
username varchar(20) not null unique,
password char(32) not null,
phone char(11) not null,
email char(32),
primary key(uid1)
)engine=InnoDB auto\_increment=1001 default charset=utf8;

Uid1: 用户id，唯一且不为空，自增长型，从1001开始增长。

Username:用户名，字符型，唯一且不为空。

Password:用户密码，字符型，不能为空。

Phone:用户手机号，字符型，可为空。

Email:用户邮箱，字符型，可为空。

3.2.2 文件存储表

文件存储表utf8编码，uid为主键

drop table file;
create table file (
uid int unsigned auto\_increment,
fliename varchar(20) not null,
own char(36) not null,
data char(50) not null,
lx char(32),
primary key(uid)
 )engine=InnoDB auto\_increment=1 default charset=utf8;

Uid：文件id，自增长，从1开始。
Filename：文件名字，字符型，不可为空。
Own：上传文件的用户名称，字符型，不可为空。
Data：上传时间，字符型，不可为空。
Lx文件类型，字符型，可为空。

4、项目详细设计

4.1 基于TCP的自拟通讯协议

tcp特点
面向连接：通信双方必须先建立连接才能进行数据的传输，双方都必须为该连接分配必要的系统内核资源，以管理连接的状态和连接上的传输。双方间的数据传输都可以通过这一个连接进行。完成数据交换后，双方必须断开此连接，以释放系统资源。这种连接是一对一的，因此TCP不适用于广播的应用程序，基于广播的应用程序请使用UDP协议。
可靠传输：TCP采用发送应答机制，TCP发送的每个报文段都必须得到接收方的应答才认为这个TCP报文段传输成功，超时重传发送端发出一个报文段之后就启动定时器，如果在定时时间内没有收到应答就重新发送这个报文段。TCP为了保证不发生丢包，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认（ACK）；如果发送端实体在合理的往返时延（RTT）内未收到确认，那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。
错误校验由发送端计算,然后由接收端验证,其目的是为了检测数据在发送端到接收端之间是否有改动,如果接收方检测到校验和有差错，则直接丢弃这个数据包。

（1）. 基于TCP通信
（2）. 定长包头
（3）. json数据格式发
（4）. 客户端主动发送请求，服务端回应请求
（5）. 采用三个服务端，处理用户请求
（6）. 验证注册服务端，聊天发送接收服务端，文件上传下载服务端

4.2 通信格式

4.2.1 用户登录

1. 客户端用户登录校验
   ​
   示例：

 {
op:0,
 args:{
 user\_name:152xxxxxx89
 user\_pwd:

 }

2. 服务端发送:
   test:0表示校验成功，1表示校验失败
   op:0表示用户登录
   ​
   示例

{
op:0,
test:0
}

4.2.2 用户发送验证码

1.用户端发送
示例：

 {
 op:0,
 test:0
 }

2.服务端响应
test:0表示成功，3表示手机号已存在,1表示网络问题,2表示手机号有问题
示例：
{
op:1,
test:0
}

4.3 用户注册

4.3.1 手机号验证

用户注册模块使用了第三方库requests用于调用手机号发送验证码API接口，第三方平台为网易云信，用于验证手机号码，requests是使用Apache2 licensed 许可证的HTTP库。用python编写。比urllib2模块更简洁。Request支持HTTP连接保持和连接池，支持使用cookie保持会话，支持文件上传，支持自动响应内容的编码，支持国际化的URL和POST数据自动编码。在python内置模块的基础上进行了高度的封装，从而使得python进行网络请求时，变得人性化，使用Requests可以轻而易举的完成浏览器可有的任何操作。现代，国际化，友好。requests会自动实现持久连接keep-alive。

4.3.2 正则验证

此外对于注册的每一个字段，都使用了正则表达式。

def test\_name(user\_name):
	if re.match("^\S{
     1,6}$",user\_name):
		a = True
	else:
		a = False
	return a

def test\_pwd(user\_pwd):
	if re.match("^\s\*?$",user\_pwd) or re.match("^[a-z]\*?$",user\_pwd) or re.match("^[0-9]\*?$",user\_pwd) or len(user\_pwd)\>16 or len(user\_pwd)\<12:
		a=False
	else:
		a = True
	return a

def test\_email(user\_email):
	if re.match("^.\*?@.\*?\.([a-z]\*?)$",user\_email):
		a = True
	else:
		a =False
	return a

def test\_phone(user\_phone):
	if re.match("^1\d{
     10}$",user\_phone):
		a = True
	else:
		a = False
	return a

有着较为严密的标准，用户密码至少由数字和字母组合，最低6位，最高16位，用户名为任意非空字符，最短为1，最长为6的限制，以确保存入数据库的数据合法准确。

4.3.3 密码加密存储

对存入的密码采用了md5加密方法，以确用户的重要隐私，不会泄露。Md5全称: message-digest algorithm 5翻译过来就是: 信息 摘要 算法5

加密和摘要，是不一样的加密后的消息是完整的；具有解密算法，得到原始数据；摘要得到的消息是不完整的；通过摘要的数据，不能得到原始数据；

MD5长度：有人说md5,128位，32位，16位，到底md5多长？md5的长度，默认为128bit，也就是128个0和1的二进制串。这样表达是很不友好的。将二进制转成了16进制，每4个bit表示一个16进制，所以128/4 = 32 换成16进制表示后，为32位了。

为什么网上还有md5是16位的呢？网上有很多帖子，md5 32位 16位 加密 区别。仔细观察admin生成的32位和16位的md5值。
查询结果：

md5(admin,32) =21232f297a57a5a743894a0e4a801fc3
md5(admin,16) = 7a57a5a743894a0e

其实16位的长度，是从32位md5值来的。是将32位md5去掉前八位，去掉后八位得到的。

MD5的作用

①一致性检验，最上面那个例子

②数字签名，还是最上面那个例子。只是把md5看出了一个指纹，按了个手印说明独一无二了。

③安全访问认证，这个就是平时系统设计的问题了。

在用户注册时，会将密码进行md5加密，存到数据库中。这样可以防止那些可以看到数据库数据的人，恶意操作了。
md5是唯一的吗？

md5作为数据库中的主键可行吗？这就涉及到一个问题，md5值是唯一的吗？答案是，不唯一。
也就是一个原始数据，只对应一个md5值；但是一个md5值，可能对应多个原始数据。md5是不可逆的，也就是没有对应的算法，从生产的md5值逆向得到原始数据。但是如果使用暴力破解，那就另说了。为防止破解，为更加严谨的开发，密码数据存入数据库就采用了密码+用户名然后md5加密的方案

4.4 用户登录

用户登录模块采用动态页面和特效使用了PIL第三方库，PIL(Python Image Library)是python的第三方图像处理库，但是由于其强大的功能与众多的使用人数，几乎已经被认为是python官方图像处理库了。其官方主页为:PIL。 PIL历史悠久，原来是只支持python2.x的版本的，后来出现了移植到python3的库pillow,pillow号称是friendly fork for PIL,其功能和PIL差不多，但是支持python3。
标题按钮，利用threading做了颜色动态变换的特效，

cc = ["#FFB6C1",'#FFC0CB', '#DC143C', '#FFF0F5', '#DB7093', '#FF69B4', '#FF1493', '#C71585', '#DA70D6', '#D8BFD8', '#DDA0DD', '#EE82EE', '#FF00FF', '#FF00FF', '#8B008B', '#800080', '#BA55D3', '#9400D3', '#9932CC', '#4B0082', '#8A2BE2', '#9370DB', '#7B68EE', '#6A5ACD', '#483D8B', '#E6E6FA', '#F8F8FF', '#0000FF', '#0000CD', '#191970', '#00008B', '#000080', '#4169E1', '#6495ED', '#B0C4DE', '#778899', '#708090', '#1E90FF', '#F0F8FF', '#4682B4', '#87CEFA', '#87CEEB', '#00BFFF', '#ADD8E6', '#B0E0E6', '#5F9EA0', '#F0FFFF', '#E0FFFF', '#AFEEEE', '#00FFFF', '#00FFFF', '#00CED1', '#2F4F4F', '#008B8B', '#008080', '#48D1CC', '#20B2AA', '#40E0D0', '#7FFFD4', '#66CDAA', '#00FA9A', '#F5FFFA', '#00FF7F', '#3CB371', '#2E8B57', '#F0FFF0', '#90EE90', '#98FB98', '#8FBC8F', '#32CD32','#00FF00', '#228B22', '#008000', '#006400', '#7FFF00', '#7CFC00', '#ADFF2F', '#556B2F', '#9ACD32', '#6B8E23', '#F5F5DC', '#FAFAD2', '#FFFFF0', '#FFFFE0', '#FFFF00', '#808000', '#BDB76B', '#FFFACD', '#EEE8AA', '#F0E68C', '#FFD700', '#FFF8DC', '#DAA520', '#B8860B', '#FFFAF0', '#FDF5E6', '#F5DEB3', '#FFE4B5', '#FFA500', '#FFEFD5', '#FFEBCD', '#FFDEAD', '#FAEBD7', '#D2B48C', '#DEB887', '#FFE4C4', '#FF8C00', '#FAF0E6', '#CD853F', '#FFDAB9', '#F4A460', '#D2691E', '#8B4513', '#FFF5EE', '#A0522D', '#FFA07A', '#FF7F50', '#FF4500', '#E9967A', '#FF6347', '#FFE4E1', '#FA8072', '#FFFAFA', '#F08080', '#BC8F8F', '#CD5C5C', '#FF0000', '#A52A2A', '#B22222', '#8B0000', '#800000', '#FFFFFF', '#F5F5F5', '#DCDCDC', '#D3D3D3', '#C0C0C0', '#A9A9A9', '#808080', '#696969', '#000000']

将各种颜色代码存入列表，再使用random对其进行随机变换。

4.5 聊天界面

此功能实现主要运用了多线程以及以上基于TCP自拟的通讯协议进行实时聊天，为了严谨性每次发消息都会对用户身份进行识别鉴定。整体界面简洁且高效。

4.6 文件共享

这部分整体都是基于tcp，整体问题都是因为tcp的特性，TCP:英文全拼(Transmission Control Protocol)简称传输控制协议，它是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议.TCP通信需要经过创建连接、数据传送、终止连接三个步骤。TCP通信模型中，在通信开始之前，一定要先建立相关的链接，才能发送数据，类似于生活中，打电话。
Tcp最大的缺点，是传输速度过慢，但不是这一功能模块面对的问题，主要问题是数据流传输的形式会出现粘包，导致传输的文件不正确，这里我采用定长包头的方式，先发送文件大小，定长接收，根据文件大小计算接收次数，最后使用md5校对文件是否正确。

5、界面效果图

登录界面，背景以及颜色皆为动态，截图不能展现动态效果：

注册界面

聊天界面

文件上传界面

6、总结

此次项目功能运用到许多的知识例如mysql存取数据，根据tcp自拟协议，tkinterGUI界面设计，PIL图像处理，多线程多进程并发，requests，http请求等等，可以算是QQ的低配版本，也是具有个性化的实际意义，微信QQ虽然好用，但是在这个信息时代隐私俨然已经成了问题，所以重要的工作和谈话使用自制的软件，还是比较具有隐秘性。

7、项目代码

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手册链接地址：
https://blog.csdn.net/meenr/article/details/121452685