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:

 }
  1. 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("^.*[email protected].*?.([a-z]*?)$",user_email):
		a = True
	else:
		a =False
	return a

def test_phone(user_phone):
	if re.match("^1d{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。
在这里插入图片描述

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:
在这里插入图片描述

注册界面
在这里插入图片描述
聊天界面
在这里插入图片描述

文件上传界面
在这里插入图片描述

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

关注【2贰进制】公众号,并回复相关关键词,具体关键词可在下面一篇对照手册查看:
手册链接地址:
https://blog.csdn.net/meenr/article/details/121452685

本图文内容来源于网友网络收集整理提供,作为学习参考使用,版权属于原作者。
THE END
分享
二维码
< <上一篇
下一篇>>