CS305-2023Fall 项目报告.md

1. • CS305-2023Fall 项目报告

     引言

     大家好，

     今天，我们将向大家介绍我们的CS305-2023Fall项目，该项目的重点是基于HTTP/1.1协议实现一个文件管理服务器。我们的项目旨在创建一个强大而高效的服务器，使客户端能够执行各种文件管理操作，例如查看、下载、上传和删除文件。同时我们为了方便测试以及用户的体验，我们还写了一个html文档以供方便展示。

     框架设计

     为了实现我们的目标，我们设计了一个自定义的HTTP服务器框架，并且自主实现了Python中的Socket API（TCPServer.py）。该框架提供了处理传入的HTTP请求、解析请求和生成适当响应的必要功能。它使我们能够构建一个可扩展和可靠的文件管理服务器。

     信息认证和Cookies

     代码使用SQLite数据库连接，分别连接了users.db和cookies.db两个数据库文件。这些数据库用于存储用户信息和会话信息。

     • 验证 Cookie：函数首先检查请求头部中是否包含Cookie字段。如果存在，它将提取出会话 ID，并在cookies.db数据库中查找相应的会话信息。
     • 用户名密码验证：如果未提供 Cookie，函数将检查请求头部中是否包含Authorization字段。如果存在，它将提取出用户名和密码，并在users.db数据库中查找相应的用户信息。
     • 会话创建和更新：如果用户名和密码验证成功，函数将生成一个新的会话 ID，并将会话信息插入到cookies.db数据库中。会话 ID 通过设置Set-Cookie响应头部返回给客户端，同时对于一个cookies,设置他的有效时间为一小时，如果时间超出需要重新返回认证。
     • 异常处理：如果验证失败或发生异常，函数将设置User字段为None，并在响应头部中添加WWW-Authenticate字段，要求进行基本身份验证。

     

     处理和表达HTTP消息

     在我们的框架中，我们使用了几种数据结构来处理和表达HTTP消息的每个部分。主要的数据结构包括：

     1. 请求（Request）：

        • 方法（Method）：表示请求中使用的HTTP方法（例如GET、POST、DELETE）。
        • URL：存储请求的URL。
        • 头部（Headers）：包含请求中的各种头部信息。
        • 主体（Body）：存储请求体的内容（如果有）。

        

     2. 响应（Response）：

        • 状态码（Status code）：指示响应的状态（例如200 OK、404 Not Found）。
        • 头部：存储要包含在响应中的头部信息。
        • 主体：包含响应的内容。

        

     处理接收到的请求

     当服务器接收到一个请求时，我们按照以下流程来处理它：

     1. 解析：我们解析接收到的请求，提取相关信息，例如请求方法、URL、头部和主体。
     2. 映射：我们将请求目标（URL）映射到服务器中相应的函数。这使我们能够确定所请求资源的适当操作。
     3. 执行：映射完成后，我们执行相应的服务器函数来处理请求。这可能涉及任务，如提供目录列表、处理文件下载、处理文件上传或删除文件。
     4. 生成响应：在执行服务器函数之后，我们根据请求的结果生成响应。响应包括适当的状态码、头部和响应主体（如果需要）。

     

     基本部分的实现

     在我们的项目的基本部分中，我们成功实现了以下组件：

     1. 基本HTTP服务器：我们使用Python的Socket API构建了一个HTTP服务器，用于处理传入的请求。服务器能够按照HTTP/1.1协议解析和生成响应。

     2. 目录列表：我们的服务器提供目录列表功能，允许客户端查看目录的内容。当客户端向目录发送GET请求时，服务器会生成一个HTML响应，列出所有的文件和子目录。

     3. 文件下载：客户端可以通过向文件的URL发送GET请求来从服务器下载文件。服务器会读取请求的文件，并将其内容作为响应主体返回。

        

     4. 文件上传：客户端可以通过发送带有文件作为请求主体的POST请求将文件上传到服务器。服务器会处理文件上传，将文件保存到适当的位置，并返回指示上传过程成功或失败的响应。

        

     5. 文件删除：客户端可以通过向文件的URL发送DELETE请求来从服务器删除文件。服务器会处理删除过程，从服务器的存储中删除请求的文件，并返回指示删除过程成功或失败的响应。

        

     Chunked Transfer

     

     按照1024字节为一个单位，然后配上16进制表示的长度和封装发送。

     头部和消息主体示例

     为了说明头部的使用和HTTP消息主体的内容，让我们通过Wireshark查看一些示例：

     1. GET请求：

     

     

     2. POST请求：

     

     

     3. DELETE请求：

     

     

     Bonus

     Breakpoint Transmission

     

     单个文件和多个文件的切片传输需要分别处理，分别设置不同的Content-Type包括request header的内容

     

     

     Encryption

     

     

     加密的具体流程为：

     1. Client 发起连接，接收到Server端生成的RSA公钥
     2. Client 生成AES密钥，并用接收到的公钥加密密钥
     3. Client 发送密文给 Server端，Server用自己的私钥解密，得到key
     4. 双方通过AES对称密钥通信，其中初始向量为硬编码的iv（约定俗成）

     加密后的流量如上图所示，第一段明文PEM格式的RSA公钥，随后的数据传输皆为密文形式。

     SpeedTest for File Downloading

     

     在传输大文件的时候，使用chunked Transfer，不需要等文件完全读取成功之后统一发送，而是以1024个字节为一个单位，封装后发送，节省了时间。

     Other Bonus

     美观简约的交互界面，可以支持上传下载删除包括最开始的认证，以及返回根目录、上级目录，访问文件夹和显示当前目录的功能

     

     

     以及相应的HTML文件(index.html)

     完善的异常处理，包括信息的认证，命令的格式，以及上传下载文件的存在性检查等

     结论

     通过这个项目，我们成功地实现了一个基于HTTP/1.1协议的文件管理服务器。我们的服务器能够处理各种文件管理操作，并提供了目录列表、文件下载、文件上传和文件删除的功能。我们的自定义框架和数据结构使我们能够高效地处理和表达HTTP消息的各个部分。