竇立君　韓坷罕　閆志剛

【 摘 要 】 論文詳細介紹了如何基于Qt開發(fā)具有用戶注冊、用戶資料維護、用戶列表下發(fā)、登錄校驗、消息轉發(fā)、文件傳輸等功能的安全即時通訊軟件服務器端。

【 關鍵詞 】 qt；消息轉發(fā)；服務器端；文件傳輸

Design of Network Chat Software Server Based on Qt

Dou Li-jun 1 Han Ke-han 1 Yan Zhi-gang 2

（1.Nanjing Forestry University JiangsuNanjing 210037；2.Dongfang Electronics Co.，Ltd. ShandongYantai 264000）

【 Abstract 】 The paper describes in detail how to develop a secure instant messaging server， which is based on Qt， which is user registration， user data maintenance， user list， login verification， message forwarding， file transfer and so on.

【 Keywords 】 qt； message forwarding； server； file transfer

1 引言

隨著聊天軟件應用在人們生活中各方面，人們也變得越來越重要重視聊天軟件的存在，因為聊天軟件在很大程度上為人民的生活辦公提供了便利，人們可以通過互聯(lián)網進行信息的有效收集和整理，以及與不同地方的人交流。

目前的聊天軟件基本都是由服務器端和客戶端兩部分組成，客戶端有Web版的和本地版的，無論哪種版本，它們都需要通過與服務器端的通信來實現最終功能。

本文通過對服務器端的功能分析、安全性、工作流程、關鍵代碼設計等方面，來闡述安全聊天軟件服務器端的設計過程。

2 系統(tǒng)分析

服務器聊天系統(tǒng)很重要的組成部分，所以對于服務器的功能需求分析是非常重要的，正確完整的分析，是成功構建一個聊天系統(tǒng)服務器的第一步。

能夠成功地分析好服務器的需求，對于后面設計服務器的模塊工作是不可或缺的，所以在這里，首先進行的就是關于這個即時聊天系統(tǒng)服務器的需求分析。

2.1 登錄校驗

輸入：來自客戶端的用戶名和密碼；

處理流程：與數據庫中的用戶名和密碼匹配，并反饋結果給客戶端；

輸出：匹配成功或失敗。

2.2 用戶注冊

輸入：來自客戶端的用戶名和密碼；

處理流程：在數據庫中寫入新用戶名和密碼，并反饋結果給客戶端；

輸出：新建成功或失敗。

2.3 消息轉發(fā)

輸入：客戶端所發(fā)送的聊天信息；

處理流程：根據所要發(fā)送到的用戶名進行轉發(fā)，用戶不在線時另作處理；

輸出：轉發(fā)信息給發(fā)往方。

2.4 文件傳輸

輸入：客戶端所發(fā)送的文件數據；

處理流程：直接轉發(fā)到發(fā)往方；

輸出：轉發(fā)數據給發(fā)往方。

2.5 用戶資料維護

輸入：客戶端所發(fā)送的更新請求；

處理流程：按請求更新數據庫中對應的數據；

輸出：更新成功或失敗。

2.6 用戶列表下發(fā)

輸入：用戶登錄成功；

處理流程：當某用戶登錄成功后，下發(fā)在線用戶列表給該用戶；

輸出：在線用戶列表。

根據服務器端的需求分析，進行功能模塊的劃分：封包解析模塊、封包生成模塊、封包分發(fā)模塊、數據存儲模塊、用戶注冊模塊、用戶登錄模塊、文本信息轉發(fā)模塊、離線文本信息轉發(fā)模塊、文件傳輸模塊、用戶列表下發(fā)模塊、用戶資料模塊、超時檢測模塊，這些模塊既有獨立完成相關功能，也有相互協(xié)調，合作完成最終任務。

3 安全性分析

現在大家使用的安全即時通訊軟件基本都是使用數據報協(xié)議UDP。UDP和傳輸控制協(xié)議TCP都是傳輸層協(xié)議，但UDP是一種面向無連接的傳輸協(xié)議，這種協(xié)議在進行雙方數據傳輸時，發(fā)送方只要知道接收方的地址和端口號就可以向接收方發(fā)送數據。這種協(xié)議帶來高速便捷的數據傳輸，但不提供數據傳送的安全保障機制，因此數據包傳輸不可靠，丟包率高。具體實現時要設計一種機制來對用戶傳遞的數據提供一種丟失檢測。

對于文件傳輸，如果是在同一局域網內，或者雙方都具有公網IP，只要直接建立TCP連接就可以傳文件。但是，在互聯(lián)網上，實際的情況比這更要復雜，客戶端有可能處于同一NAT或不同的NAT之內，客戶端之間要直接通信比較困難。在此處的文件傳輸案例中，就可以使用“TCP”打洞技術，或者通過服務器中轉，來穿透NAT進行數據收發(fā)。

4 工作流程

有了完整的模塊劃分，現在需要的就是構建服務器的工作流程，讓服務器運轉起來。本聊天服務器的核心工作流程，簡單地說，就是不斷把消息包分類攤派到各個不同處理模塊上的過程。

服務器在指定的端口上偵聽數據包，當接收到數據包后，首先調用封包解析模塊對數據包進行解析，獲取命令類型后，再根據命令類型的不同來調用不同的模塊。不同的模塊處理完成后，再調用封包生成模塊來打包結果，把處理結果發(fā)送給客戶端。

當接收到的是登錄命令時，將調用登錄管理模塊來判斷是否可以登入系統(tǒng)，不管是否能登入，都把結果打包返回給客戶端。如果能成功登入，則繼續(xù)調用用戶列表下發(fā)模塊，把在線用戶列表打包發(fā)送給客戶端。

當接收到的是注冊命令時，將調用用戶注冊模塊來往系統(tǒng)中添加新用戶，注冊模塊會調用數據存儲模塊進行處理，然后把結果打包返回給客戶端。

當接收到的是資料更新命令時，將調用資料管理模塊，資料管理模塊又會調用數據存儲模塊進行處理，處理完成后，把結果反饋給客戶端。

當接收到的是文本消息時，將調用文本消息轉發(fā)模塊進行處理，該模塊從解析得到的結果中，獲取所要發(fā)送往的客戶端，然后進行轉發(fā)。如果檢測到所要發(fā)往的客戶端不在線，則轉入離線消息模塊處理。

用戶登錄后，客戶端會定時發(fā)送心跳包到服務器，服務器自動維護此在線狀態(tài)列表，并定時執(zhí)行超時檢測模塊，把超時的用戶從在線列表中刪除。

5 關鍵代碼設計

聊天服務器的工作流程比較簡單，即：收到消息→處理消息→轉發(fā)處理后的消息。聊天服務器啟動時在特定的端口監(jiān)聽，當有數據到達時，自動判斷消息類型，進行不同的處理，然后根據處理結果，把它發(fā)送給客戶端。實現中，消息的接收和發(fā)送，以及判斷消息類型，都比較簡單，工作量較大的則是處理消息的部分。因為有很多不同的命令，對應的，也有不同的處理過程，所以設計中，把這些處理過程分離成單獨的處理邏輯，在類中表現為不同的函數。本模塊的設計并不包含圖形用戶界面相關的部分，當最終的服務器軟件需要搭配圖形界面時，只需要在聊天服務器模塊中定義相關的信號，并在合適的時候發(fā)出信號。圖形界面程序就可以通過聊天服務器模塊的信號和它的槽進行連接，來實現顯示更新等功能。

5.1 聊天服務器端的類定義

為了利用Qt的信號和槽功能，聊天服務器類直接從QObject繼承，具體代碼如下 ：

class ChatServer ： public QObject

{ Q_OBJECT

public：

explicit ChatServer（QObject *parent = 0）；

void start（quint16 port=4500）； //啟動服務

private：

void registerUser（const QString& id， const QString& password， const QHostAddress& addr， quint16 port）；//注冊用戶

bool login（const QString& id， const QString& password， const QHostAddress& addr， quint16 port）；//用戶登錄

void relayMessage（const QString& to， const QString& message， const QFont& font， const QColor& color， const QHostAddress& addr， quint16 port）；//轉發(fā)聊天消息

void sendFriendsList（const QHostAddress& addr， quint16 port）； //發(fā)送用戶列表

void feedback（const QHostAddress& addr， quint16 port）； //反饋

void logout（const QHostAddress& addr， quint16 port）； //注銷

void keepAlive（const QHostAddress& addr， quint16 port）； //激活

QUdpSocket *m_udpSender； //發(fā)送數據的UDP對象

QUdpSocket *m_udpReceiver； //監(jiān)聽數據的UDP對象

QHash m_nameHash； //名字表

QHash m_hostHash； //主機表

QHash m_aliveTimeHash； //激活狀態(tài)表

Storage m_storage； //數據存儲對象

enum {onlineTimeout = 30}； //在線超時時間

private slots：

void processPendingDatagrams（）； //網絡數據處理

void checkTimeout（）； //檢查超時狀態(tài)

}；

在ChatServer類的實現中，需要注意名稱表、主機表以及激活狀態(tài)表的維護，它們是維持服務器工作狀態(tài)的核心。為了實現快速查詢，這幾張表都采用Qt中的哈希表QHash進行存儲。如：名稱表是用戶名到（主機，端口號）的映射，即通過用戶名可以查詢到對應的主機地址和端口號，在轉發(fā)消息時就要使用到名稱表。

5.2 超時檢測

超時檢測功能由定時器自動執(zhí)行，以實現隔固定時間更新一次在線狀態(tài)的功能。當到達時間點時，程序開始遍歷激活狀態(tài)表中的所有用戶，檢查其最后一次的心跳包時間與當前系統(tǒng)時間的差值是否超過指定的預期，如果沒有，則表示用戶仍然正常在線，如果超時，則作自動注銷處理。具體代碼如下：

void ChatServer：：checkTimeout（）

{ QList keys = m_aliveTimeHash.keys（）； //查詢所有用戶名

QDateTime now = QDateTime：：currentDateTime（）； //獲取當前系統(tǒng)時間

for （int i = 0； i < keys.length（）； ++i） //遍歷所有用戶

{ if （m_aliveTimeHash.value（keys.at（i））.secsTo（now） > onlineTimeout） //檢查用戶是否超時

{ qDebug（） << trUtf8（"%1 timeout"）.arg（keys.at（i））；

QStringList list = keys.at（i）.split（" "）；

QHostAddress addr；

addr.setAddress（list.at（0）.toInt（））；

quint16 port = list.at（1）.toInt（）；

logout（addr， port）； //用戶超時的時候作注銷處理

}}}

6 結束語

關鍵代碼介紹之后，其它功能的代碼的接口規(guī)范及實現也就相對容易了，這里就不再作介紹。服務器端軟件設計完成之后，配合客戶端軟件完成了消息的傳遞及轉發(fā)，客戶端文件的傳輸及服務器端日志的記錄等功能。后期，還需要繼續(xù)在數據的傳輸安全性和可靠性方面做好優(yōu)化，做好客戶端其它的擴展功能的支持，提高客戶端用戶對服務器端響應和支持的體驗。

參考文獻

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基金項目：

基于MDA技術的Web應用平臺研究（科技創(chuàng)新）（163070054）； 軟件服務外包專業(yè)實訓體系改革（高教研究）（163070644）。

作者簡介：

竇立君（1977-），男，江蘇泰州人，碩士；主要研究方向和關注領域：計算機應用。