FTP客户端的设计与实现

德州学院物电学院2015届电子信息科学与技术专业毕业设计1FTP客户端的设计与实现摘要FTP是Internet上用来传送文件的协议。它是为了我们能够在Internet上互相传送文件而制定的文件传送标准，规定了Internet上文件如何传送。通过FTP协议，我们就可以跟Internet上的FTP服务器进行文件的上传或下载。本设计以实现一个简单易用的FTP客户端为目标，通过分析FTP协议的基本工作原理和FTP的数据传输原理，研究如何使用VC++语言对FTP客户端进行设计，用VisualStudio2010设计和实现了FTP客户端的开发。关键词FTP的工作原理；VC++；FTP客户端1绪论1.1课题背景FTP是互联网上使用最广泛的文件传输协议[1]。在互联网早期曾占据整个互联网通信的三分之一，它解决了在不同操作系统下处理文件格式的不兼容性。传统方式需要在DOS下输入命令，对于普通用户是件极困难的事。但有了FTP客户端软件后，只要轻点几下鼠标就可以完成所有操作。FTP客户端应该包含以下功能：登录，浏览目录，上传和下载[2]。它已成为人们不可缺少的软件之一。1.2研究现状FTP服务是Internet上最早应用于主机之间进行数据传输的基本服务之一。起初，FTP并不是应用于IP网络上的协议，而是20世纪60~80年代美国国防部组建的ARPANET网络中，用于计算机间的文件传输的协议。FTP服务的一个非常重要的特点是其实现可以独立于平台，也就是说在UNIX、DOS、Windows等操作系统中都可以实现FTP的客户端和服务器[3]。尽管目前已经普遍采用HTTP方式传送文件，但FTP仍然是跨平台直接传送文件的主要方式。目前市面上可通过正规渠道获得的成熟的FTP软件如Server-U、Cuteftp、Transmit、Flashfxp等都是国外开发的，需要注册、付费使用。从其他渠道获取的FTP软件，则存在安全方面的问题。国内也很难找到免费、安全的FTP软件。虽然操作系统有自带的FTP软件，但它是基于命令行的，没有友好的用户操作界面，对用户的计算机技能要求较高，一般的用户也不会用，而且不支持断点续传和文件夹的上传、下载等功能[4]。因此，设计与实现一个开源的、适合大众需求的FTP客户端和服务器软件是有必要的，是符合社会发展需要的。德州学院物电学院2015届电子信息科学与技术专业毕业设计21.3研究方法本设计主要用VC++语言开发FTP客户端软件[5]。根据以前所学的相关知识：包括计算机网络技术，TCP/IP详解等；查阅Windows应用程序开发资料，学习VC++语言，FTP通信过程，进而实现FTP软件的功能。2FTP协议分析2.1FTP内容简介文件传输协议（FileTransferProtocol，FTP）[RC959]是因特网上使用最为广泛的文件传输协议[6]。FTP提供交互式的访问，允许文件具有存取权限（如访问文件必须经过授权和有效指令），并允许用户指明文件的类型和格式（如指明是否使用ASCII码）。FTP屏蔽了各计算机系统的细节，因而适合于在异构网络/主机间传输文件。当用户（在Windows操作系统中有同名的应用程序，可以使用Windows中的“运行”对话框或在DOS命令行状态下运行）启动FTP与TCP/IP的网络主机进行文件传输[7]。实际上要用到两个程序：本地机上的FTP客户程序，它提出传输文件的请求；运行在远程主机上的FTP服务器程序，它响应用户请求并把指定的文件传输到相应的主机上。从根本上说，FTP协议就是在网络中各种不同的计算机之间按照TCP/IP协议来传输文件。FTP协议采用客户机/服务器(Client/Sever)模式，由FTP客户端程序和FTP服务器端程序组成。使用时，先启动FTP客户端程序与远程主机建立连接，然后向远程主机发出传输命令，远程主机在收到命令后就给予响应，并执行正确的命令。FTP是基于TCP的文件传送协议，其传输的可靠性由TCP来保障。在TCP/IP协议族中还有一个基于UDP的文件传送协议TFTP，它与FTP同属于文件共享协议，即在传输过程中复制整个文件，其特点是：若要传输一个文件，就必须先获得本地的文件副本。若要修改文件，就只能对文件的副本进行修改，然后再将修改后的文件副本传回到原主机[8]。一般说来，因特网上有两大类FTP文件服务器。一类是所谓的“匿名FTP服务器”，这类服务器的目的是向公众提供文件资源服务，不要求用户事先在该服务器上进行注册。另一类是非匿名FTP服务器，要进入这类服务之前，用户必须先向服务器系统管理员申请用户名和密码，非匿名FTP服务器通常供内部使用或提供咨询服务。2.2FTP工作原理FTP（FileTransferProtocol），是文件传输协议的简称。用于Internet上的控制文件的双德州学院物电学院2015届电子信息科学与技术专业毕业设计3向传输。同时，它也是一个应用程序。用户可以通过它把自己机器与世界各地所有运行FTP协议的服务器相连，访问服务器上的资源和信息。FTP协议在TCP/IP协议栈中的位置如表2-1：表2-1TCP/IP协议栈HTTPFTPTELNSMTPDNSTFTPNMP应用层TCPUDP传输层IP互联网络层X25ISDNLANWLANFDDIATM网络接口层当启动FTP从远程计算机拷贝文件时，事实上启动了两个程序：一个本地机器上的FTP客户端程序，它向FTP服务器提出拷贝文件的请求。另一个是启动在远程计算机的上的FTP服务器程序，它响应请求把你指定的文件传送到你的计算机中[9]。在典型的FTP会话过程中，用户一般坐在本地主机前进行同远程主机之间的文件传输。为了能够访问远程账户，用户必须提供用户标识和密码。在通过了身份验证之后，用户就可以在本地主机和远程主机之间传输文件了。用户通过FTP的用户代理与FTP进行交互。用户首先需要远程提供主机名或IP地址，以便本地FTP的客户进程能够同远程主机上的FTP服务器进程建立连接。然后，用户提供其标识和密码。一旦验证通过，用户即可在两个系统之间传输文件。FTP使用两个并行的TCP协议来传输文件，一个称为控制连接，另一个称为数据连接。控制连接用来在两台主机之间传输控制信息，如用户标识、密码、操作远程主机文件目录的命令、发送和取向文件的命令等。而数据连接则真正用来发送文件[10]。FTP的控制和数据连接如图2-1所示。图2-1FTP工作原理示意图当用户启动一次与远程主机的FTP会话时，FTP首先建立一个TCP连接到FTP服务电脑服务器控制连接（21号端口）FTP用户界面数据连接（20号端口）FTP客户端FTP服务器本地文件系统远程文件系统德州学院物电学院2015届电子信息科学与技术专业毕业设计4器的21号端口。FTP的客户端则通过该连接发送用户标识和密码等，客户端还可以通过该连接发送命令以改变远程系统的当前工作目录。当用户要求传送文件时，FTP服务器则在其20号端口上建立一个数据连接，FTP在该连接上传送完毕一个文件后会立即断开该连接。如果再一次FTP会话过程中需要传送另一个文件，FTP服务器则会建立另一个连接。在整个FTP会话过程中，控制连接是始终保持的，而数据连接则会随着文件的传输不断的打开和关闭。2.3FTP工作模式FTP采用C/S（客户端/服务器）模式进行通信，但与其他的C/S模式网络通信协议又有一个很大的区别。通常在进行HTTP通信或是TELNET通信的时候，只需要一个端口进行通信。即客户端只需要连接一个端口进行数据通信。如TELNET的默认端口是23，用户从头到尾都只需使用这个端口。但是FTP通信除了有一个默认端口21之外，还需要其他的端口。其中默认端口（21）主要进行控制连接，进行命令协议和服务器端的响应码的传输；另外一个非标准端口主要进行数据传递，如文件的上载、下载等[11]。至于非标准端口的产生则要根据用户选择的连接模式而定：如果客户选择的是主动模式（PORT），则需要用户端提供给服务器一个IP地址和一个非标准端口；而如果用户采用被动模式（PASV），则服务器端需要提供给客户端一个IP地址和一个非标准端口。下表2-2是几个著名的TCP端口号：表2-2TCP端口号TCP端口号关键字描述20FTP-DATA文件传输协议数据21FTP文件传输协议控制23TELNET远程登录协议25SMTP简单邮件传输协议53DOMAIN域名服务器80HTTP超文本传输协议110POP3邮局协议119NNTP新闻传送协议控制连接是建立在USER-PIT和SERVER-PI之间用于交换命令与应答的通信链路。数据连接是传输数据的全双工连接，传输数据可以发生在服务器DTP和用户DTP之间也可德州学院物电学院2015届电子信息科学与技术专业毕业设计5以发生在两个服务器DTP之间，FTP可以传输非连续的文件，这些文件的一部分称为页。服务器DTP代表一种传输过程，它通常处于“主动”状态，它和侦听端口建立数据连接，它还可以为传输和存储设置参数，并根据PI的指令传输数据。具体工作模式如图2-2所示：图2-2FTP工作模式在开始阶段，标准FTP命令由用户PI产生并通过控制连接传送到服务器进程。服务器PI向用户PI返回标准应答。FTP命令指定数据连接参数和文件系统操作。用户DTP在特定数据端口侦听，服务器开始数据连接并以指定的参数开始数据传输。数据端口不必在开始FTP命令的机器上，但用户或用户FTP进程必须确定它在指定的数据端口上侦听.这个数据连接是全双工的。2.4简单文件传送协议TCP/IP协议族中还有简单文件传输协议，它是一个很小且易于实现的文件传送协议[RFC783,RFC1350].虽然TFTP也使用客户机/服务器方式，但它的传输层使用UDP支持，因此TFTP要自己实现纠错功能。TFTP只支持文件传输，而不支持交互，且没有一个庞大的命令集。TFTP没有列目录的功能，也不能对用户进行身份验证[12]。TFTP的主要优点有两个。第一，TFTP可用于UDP环境。例如，当需要将程序或文件同时向许多计算机下载时往往就需要使用TFTP。第二，TFTP代码所占用的内存空间较小。这对存储容量较小的计算机或某些特殊用途的设备是很重要的。这些设备不需要硬盘，只需要固化了TFTP、UDP、和IP的小容量只读存储器即可。3FTP客户端的设计3.1设计目的FTP早已应用在网络的各个方面，比如我们在访问网络上的资源时，经常会遇到需要SPISDTP用户接口USERPIUDTPFTP命令和应答控制连接数据连接用户文件传输系统文件系统德州学院物电学院2015届电子信息科学与技术专业毕业设计6连接FTP服务器来下载，或者你制作了一个网站，想要将其上传至服务器，让大家能够访问它，这个时候就会用到FTP客户端。一般来说，系统需求分析从以下几个方面来介绍：①用户需求。软件要简单上手，能够匿名或者使用帐号登录到用户指定的服务器上，进行访问和数据的上传和下载。②功能需求。该系统主要包括以下几个方面：登录和连接服务器模块；浏览服务器/本地目录和文件模块；上传和下载文件模块。由这三个模块构成该系统。③性能需求。整个系统操作应当简便，界面友好，运行稳定，执行速度快。系统本身运行对计算机硬件平台和操作系统平台要求适中。因此本文所设计的FTP客户端则适合大多数用户使用，界面设计的很简单，使用户可以一目了然，而且具备FTP客户端的基本功能，可以作为下载、上传文件的工具来使用。3.2开发语言程序中所用到的编程语言就是C++。C++是在C语言的基础上开发的一种通用编程语言，应用广泛[13]。C++支持多种编程范式－－面向对象编程、泛型编程和过程化编程。最新正式标准C++14于2014年8月18日公布。其编程领域众广，常用于系统开发，引擎开发等应用领域，是至今为止最受广大受用的最强大编程语言之一,支持类：类、封装、重载等[14]!C++语言的主要特点表现在两个方面，一是尽量兼容C,二是支持面向对象的方法。它操持了C的简洁、高效的接近汇编语言等特点，对C的类型系统进行了改革的扩充，因此C++比C更安