FTP客户端的设计与实现.doc
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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
FTP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。
1.3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。
控制连接（21号端口）
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。
服务器
电脑
数据连接（20号端口）
FTP用户界面
FTP客户端
FTP服务器
本地文件系统
远程文件系统
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
20
FTP-DATA
文件传输协议数据
21
FTP
文件传输协议控制
23
TELNET
远程登录协议
25
SMTP
简单邮件传输协议
53
DOMAIN
域名服务器
80
HTTP
超文本传输协议
110
POP3
邮局协议
119
NNTP
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：
用户
用户接口
FTP命令和应答
SPI
USERPI
控制连接
数据连接
文件系统
SDTP
UDTP
文件传输系统
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更安全，C++的编译系统能检查出更多的类型错误。
另外，由于C语言的广泛使用，因而极大的促进了C++的普及和推广。
因此，我选择使用C++语言来实现[15]。
3.3客户端功能模块
FTP客户端作为用户连接FTP服务器的工具，需要具备一些基本功能模块，如登录和连接、浏览本地目录和文件、上传和下载等，其中最主要的三大功能模块如下：
①登录和连接功能模块：
将用户本机与指定的IP地址连接，验证用户名和密码，在FTP
服务器上进行连接。
②上传功能模块：
用户可以自行选择本机上存储的文件，上传至FTP服务器。
在用户选择
所需要上传的文件，单击文件，然后点击上传，即可将文件上传至服务器。
在上传过程
中，用户也可以暂停、继续和删除文件。
③下载功能模块：
连接用户指定的FTP服务器，获取服务器目录下的文件列表。
当用户选
择项目为文件时，单击选定文件，然后选择下载，文件即可下载到指定的文件夹。
即用户可已选择任何自己想要下载的文件，通过FTP客户端进行下载。
在下载过程中，用户也可以暂停、继续和删除文件。
有了这三个基本的功能模块，客户端的基本应用功能即可实现。
3.4客户端界面设计
为了使用户能够方便的使用FTP客户端，在设计中将数据输入和信息显示整合在一个页面中，全部客户端仅包含一个主要的窗口，客户端如下图3-1所示。
窗口中分别有以下四个部分：
①数据输入部分：
用来让用户输入服务器地址，用户名，密码。
②服务器连接部分：
点击快速登录，即可连接服务器。
③服务器文件信息显示部分：
主要用来显示服务器下存储的文件，方便用户清楚的了解服
务器中存储了哪些文件。
④操作按钮部分：
用户可以通过单击左侧文件，点击上传，然后根据提示来实现文件上传；
用户可以通过单击右侧文件，点击下载来实现文件下载的具体操作。
整个上传下载过程
中，用户可以暂停、继续和删除文件。
图3-1客户端界面
3.5数据流程图
3.5.1客户端连接流程图
用户输入服务器地址、用户名及密码
运行客户端时，首先是连接服务器，需要输入服务器IP地址及用户名和密码点击快速登录按钮后开始连接服务器。
下图3-2为客户端连接流程图。
点击快速登录
显示本地目录下的文件
是否连接成功
左侧选择本地目录
是
在右侧服务器信息显示模块显示信息
否
在右侧服务器信息显示模块不显示信息
图3-2客户端连接流程图
3.5.2上传模块流程图
选择本地目录下的磁盘
当用户想要上传文件时，用户可以选择需要上传的文件，单击文件，点击上传。
在上传过程中可以进行暂停、继续和删除操作。
下图3-3为上传模块流程图。
服务器列表会显示刚才上传的文件
选择该磁盘下的文件
点击上传
服务器目标目录下有上传文件
是
上传是否成功
上传时可以选择暂停、继续和删除
否
服务器目标目录下没有上传文件
图3-3上传模块流程图
3.5.3下载模块流程图
当用户在服务器文件列表中选择想要下载的文件后，单击需要下载的文件，然后点击下载，文件将会下载到本机上的指定文件夹下，将服务器上的文件下载至本机。
下图3-4为下载模块流程图。
选择要下载的文件
继续选择需要下载的文件
选定需要下载的文件夹
指定文件夹下有下载的文件
点击下载
是
下载时可以暂停、继续和删除文件
否
下载是否成功
指定文件夹下没有下载的文件
图3-4下载模块流程图
4FTP软件设计与实现
4.1软件总体设计与分析
根据需求分析，按照系统开发的基本观点对功能进行分解，从功能上可对模块作如下划分：
①连接管理模块:
主要完成主机与服务器之间的连接操作。
②文件管理模块:
主要完成目录的选择，选择文件等。
③文件传输模块:
主要完成主机与服务器连接成功后文件的上传与下载。
④传输控制模块:
主要进行文件传输过程中的暂停、继续和删除。
4.2主要模块具体设计
4.2.1连接管理设计
①客户端与服务器连接
FTP是建立在TCP之上的连接，端口号使用21。
若客户端与服务器之间成功连接，
服务器将返回字符串，如：
220GMS（Version5.0）。
前三个字符220表示客户端与服务器成功连接，后面的字符会因服务器的不同而不同，但我们只关心前三个字符。
②用户名和密码认证
客户端发送用户名给服务器，如：
USERhe，如果服务器找到用户名he,将返回字符串，如：
331Usernameokay,needpassword。
接着客户端应发送密码给服务器，如：
PASS123，密码正确，返回：
230Userloggedin，proceed，如果用户名或密码认证没有通过，返回如：
530Notloggedin。
其主要程序如下：
voidCMainFrame:
:
LoginFTP（）
{CStringcsServer,csPassword,csUser,csPort;
m_ConnectBar.GetDlgItemText（IDC_FTPSERVER,csServer）;
m_ConnectBar.GetDlgItemText（IDC_FTPPORT,csPort）;
m_ConnectBar.GetDlgItemText（IDC_PASSWORD,csPassword）;
m_ConnectBar.GetDlgItemText（IDC_USER,csUser）;
if（!
csServer.IsEmpty（）&&!
csPassword.IsEmpty（）&&
!
csUser.IsEmpty（）&&!
csPort.IsEmpty（））
{try
{m_pFtp=Session.GetFtpConnection（csServer,csUser,csPassword,atoi（csPort））;
m_bLoginSucc=TRUE;
CStringcsCurDir;
m_pFtp->GetCurrentDirectory（csCurDir）;
if（m_pFtpView!
=NULL）
{m_pFtpView->m_RemoteFiles.m_FtpServer=csServer;
m_pFtpView->m_RemoteFiles.m_Port=csPort;
m_pFtpView->m_RemoteFiles.m_User=csUser;
m_pFtpView->m_RemoteFiles.m_Password=csPassword;
m_csServer=csServer;
m_csPassword=csPassword;
m_csUser=csUser;
m_nPort=atoi（csPort）;
m_pFtpView->m_RemoteFiles.m_BaseDir=csCurDir;
m_pFtpView->m_RemoteFiles.DisplayPath（""）;
SetTimer（1,5000,NULL）; }
}
catch（CInternetException&e）
{m_bLoginSucc=FALSE;
deletem_pFtp; }
deletem_pFtp; }
}
4.2.2文件管理设计
文件管理设计主要是完成文件选择和显示。
使用户根据自己的不同需要选择不同的文件夹，进行文件的上传与下载。
其主要程序如下：
voidCSortListCtrl:
:
OnDblclk（NMHDR*pNMHDR,LRESULT*pResult）
{intnItem=GetSelectionMark（）;
if（nItem!
=-1）
{if（m_nListType==0） //进入本地系统子目录
{//判断是否为目录
intnFlag=GetItemData（nItem）;
if（nFlag==1）
{//获取完整的目录信息
CStringcsFoder=GetItemText（nItem,0）;
csFoder+="\\";
//获取目录
m_CurDir+=csFoder;
DisplayPath（m_CurDir）;}}
else //进入FTP服务器子目录
{//判断是否为目录
intnFlag=GetItemData（nItem）;
if（nFlag==1）
{//获取完整的目录信息
CStringcsFoder=GetItemText（nItem,0）;
csFoder+="/";
//获取目录
m_CurDir+=csFoder;
DisplayPath（m_CurDir）;}}}
*pResult=0;}
4.2.3文件传输设计
该模块主要进行文件的上传与下载。
这里主要应用了多线程的断点续传。
多线程下载的原理是这样的：
通常服务器同时与多个用户连接，用户之间共享带宽。
如果N个用户的优先级都相同，那么每个用户连接到该服务器上的实际带宽就是服务器带宽的N分之一。
可以想象，如果用户数目较多，则每个用户只能占有可怜的一点带宽。
如果你通过多个线程与服务器连接，那么你就可以榨取到较高的带宽了。
其主要程序如下：
//上传文件的线程函数
DWORD
升级会员 