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实现 Linux FTP 服务器

概述

本项目旨在实现一个基于 RFC959 FTP 协议的 Linux FTP 服务器，支持基本的 FTP 操作，包括文件上传、下载、列出目录等功能。该服务器需要能够在被动模式（PASV）下正常工作。

知识要点

  1. Linux 系统编程
  2. 网络编程
  3. 多线程编程
  4. 并发编程

任务说明

FTP（文件传输协议）是 TCP/IP 协议族中的一种应用层协议，基于 TCP 传输。

通常情况下，FTP 使用 TCP 的 20 和 21 端口，其中 20 端口用于数据传输，21 端口用于控制信息传输。是否使用 20 端口传输数据取决于 FTP 的传输模式：

  • 主动模式：数据传输使用 20 端口；
  • 被动模式：数据传输端口由服务器和客户端协商决定。

本项目要求实现一个支持被动模式（PASV）的 FTP 服务器，支持基本的上传、下载、列出目录等功能，并使用 2100 端口作为控制连接端口。

任务流程

                                            -------------
                                            |/---------\|
                                            ||   User  ||    --------
                                            ||Interface|<--->| User |
                                            |\----^----/|    --------
                  ----------                |     |     |
                  |/------\|  FTP Commands  |/----V----\|
                  ||Server|<---------------->|   User  ||
                  ||  PI  ||   FTP Replies  ||    PI   ||
                  |\--^---/|                |\----^----/|
                  |   |    |                |     |     |
      --------    |/--V---\|      Data      |/----V----\|    --------
      | File |<--->|Server|<---------------->|  User   |<--->| File |
      |System|    || DTP  ||   Connection   ||   DTP   ||    |System|
      --------    |\------/|                |\---------/|    --------
                  ----------                -------------

                  Server-FTP                   USER-FTP
  1. FTP 客户端通过一个随机端口N（通常大于1024）向 FTP 服务器的 2100 端口发起连接请求。
  2. FTP 服务器的主进程接收到请求后，创建一个服务端控制线程，与客户端控制线程建立控制连接，开始会话。
  3. 当 FTP 客户端需要传输数据文件时，客户端控制线程向服务端控制线程发送 PASV 命令。

  4. 服务端控制线程接收到 PASV 请求后，创建一个数据传输线程，并将生成的端口号告知客户端控制线程，返回 227 entering passive mode (h1,h2,h3,h4,p1,p2)，其中端口号为 p1*256+p2，IP 地址为 h1.h2.h3.h4。

    假设服务器的 IP 地址为 192.168.1.1，生成的端口号为 5000
那么返回的响应将是：227 entering passive mode (192,168,1,1,19,136)
其中 19 和 136 分别是 5000 的高位和低位字节（5000 = 19*256 + 136）

  5. 客户端控制线程收到响应后，创建一个客户端数据传输线程，随机选择一个客户端数据传输端口，连接到服务端的数据传输端口（即前述的 IP 和端口号），然后进行数据文件传输。

  6. 数据传输完成后，服务端数据传输进程通知传输结束，关闭数据连接通道，但保留控制连接通道。
  7. 如果没有其他文件需要传输，控制连接通道也将关闭。

客户端设计

  1. 连接服务器：通过控制连接连接到服务器的 2100 端口。
  2. 请求被动模式（PASV）：发送 PASV 命令请求服务器提供用于数据传输的端口。
  3. 获取文件列表：通过控制连接发送 LIST 命令，并通过数据连接接收文件数据。
  4. 文件上传与下载：
  5. 上传：通过控制连接发送 STOR 命令，并使用数据连接上传文件。
  6. 下载：通过控制连接发送 RETR 命令，并使用数据连接下载文件。
  7. 完成文件传输后，客户端关闭数据连接。

服务器设计

  1. 监听客户端连接：监听 2100 端口，等待客户端建立控制连接。
  2. 处理被动模式请求：当客户端请求进入被动模式时，服务器生成一个随机端口用于数据传输。
  3. 文件传输：通过数据连接传输文件数据。
  4. 完成操作后，关闭本次数据连接。

提高要求（选做）

  • 支持用户身份验证。
  • 支持断点续传。
  • 使用线程池优化服务器性能。
  • 使用非阻塞 I/O 和 epoll 优化服务器性能。
  • 优化大文件传输。

验收要求

  • 实现 FTP 服务器的基本功能，支持被动模式（PASV）。
  • 支持文件上传、下载、列出目录等功能。
  • 支持提高要求中的部分或全部功能。
  • 界面美观。
  • 无资源与内存泄漏。

提交方式

  • 在任务截止时间之前将代码上传到个人仓库。
  • 截止时间：

参考资料