基于C#实现（WinForm）P2P聊天小程序
计算机网络大作业-P2P聊天小程序
一、功能介绍
1.1 登录
用户凭用户名和密码登录系统，可以更换服务器 IP 和端口，以防网络不畅通，连接服务器有 3 秒的超时时延。
1.2 查询好友是否在线，添加好友/接受好友请求
用户可以通过好友学号添加好友，如果好友在线，发出好友请求，对方可以选择接受或拒绝好友请求。
1.3 与好友文字聊天
添加好友后，可双击好友名打开聊天窗口，与好友进行文字聊天。
1.4 文件传输
在聊天窗口，用户可以向好友发送文件，好友收到文件名和大小后决定是否接收。
1.5 多人文字聊天
用户可以选择多个用户发起群聊，成为群主。群聊窗口打开后，群成员们可以多人聊天
1.5.1 文件分发
在群聊窗口中，每个群成员都可以上传文件，群成员上传的文件信息展示在群文件列表中。每个群成员都可以在群文件列表中双击下载文件。
1.5.2 UDP 协议通信
完成了使用 UDP 协议的文字聊天功能，这个功能的实现是在一个单独的工程中，因为如果两个客户端使用不同的协议，则二者不能通信，所以一个工程中最好使用统一的通信协议。
1.6 设计模拟服务器
为了调试的方便，我设计了模拟服务器（助教在课程群里说这可以作为选做之一）。
模拟服务器能完成助教提供服务器的所以功能，同时在 UI 界面显示收到的消息。
二、通信设计
2.1 与服务器的通信
登录、查询好友状态等操作需要与服务器进行通信。由于这些操作一般不需要与其他操作同时进行（不需要并行），可以让用户等待服务器的回应，所以用简单的串行同步通信完成。
2.2 添加好友
每个客户端都需要设置一个好友请求的监听端口（异步监听与异步接收），当监听并收到到好友请求时，用户选择是否接收好友请求，根据用户的选择向对方的好友请求监听端口发送回应。
2.3 单人聊天
每个客户端都需要设置一个聊天请求的监听端口（异步监听与异步接收）。
在用户双击好友名时，会向对方的聊天请求监听端口发送聊天请求。当客户端聊天请求的监听端口接收到连接时，马上向对方发送自己另一个可用的端口号，并在这个端口号开启监听，对方便会向这个端口号发起连接。
双方在新的端口连接成功后，创建聊天窗口，并传入这个 TCP 连接，双方之后的通信（异步接收与发送）都在这个 TCP 连接内完成。
2.4 发起群聊
每个客户端都需要设置一个群聊请求的监听端口（异步监听与异步接收）。
当用户选择多个好友并点击“发起群聊”按钮时，会向所选的每个好友的群聊监听端口发送群聊请求。
当客户端群聊请求的监听端口接收到连接时，马上向对方发送自己另一个可用的端口号，并在这个端口号开启监听，群聊发起方便会向这个端口号发起连接。
2.5 群聊
在群聊过程中，为了保证群主的权限，以及避免冗余的传输，群主将承担消息中转站的作用。每个人的消息将发送给群主，群主再将这些消息发送给除发送人以外的每个群成员。文件的信息（包括文件名和文件大小）会像文字消息一样分发，但文件内容会存储在群主本地，当有用户请求文件时向其发送。
2.6 UDP 文字聊天
UDP 文字聊天中，有单独的接收线程，如果接收到一条消息，则向对方发送 ack n；如果接收到 ack k，则记录下来。
当发送消息 n 时，开启 5 秒的定时器 n，如果定时器 n 当时，还没有收到 ack n，则向用户提示并重新发送。
2.7 模拟服务器
模拟服务器的设计采用了经典的服务器监听设计，服务器在端口8000进行监听，当有客户端发送消息时开辟一个新的线程对其内容进行处理并回复。
三、通信协议
3.1 添加好友
在添加好友的端口，由于接收方有拒绝接收好友请求的功能，所以需要一个通信协议。双方消息类型有三类：添加好友请求、接受好友请求、拒绝好友请求。message 为消息内容。
| 消息类型 | message |
| 添加好友请求 | ‘_f’+ 对方用户名 |
| 接受好友请求 | ‘_y’+ 对方用户名 |
| 拒绝好友请求 | ‘_n’+ 对方用户名 |
3.2 单人聊天
单人聊天时，双方之间发送的消息可能有三类：文字消息、文件内容、文件名。
将一方收到的字节流设为 message，采用下面的通信协议：
| 消息类型 | message[0] | message[1:end] |
| 文字消息 | 1 | 文字（string） |
| 文件内容 | 2 | 文件内容（bytes） |
| 文件名 | 3 | 文件名（string） |
3.3 群聊
群聊的情况比较复杂，群聊中分两种用户：群主与群成员。
群主从群成员处收到的消息有 5 种，设群主收到的字节流为 message，采用下面的通信协议：
| 消息类型 | message[0] | message[1:end] |
| 文字消息 | 0 | 文字（string） |
| 文件内容 | 2 | 文件内容（bytes） |
| 文件长度和文件名 | 3 | 文件长度（string）+”_”+ 文件名（string） |
| 用户退出消息 | 4 | “q”（string） |
| 请求文件 | 5 | 文件长度（string）+”_”+ 文件名（string） |
群主需要向群成员发送几种消息，包括聊天信息（某位成员发送的信息）、群成员名（群聊刚建立以及有成员退出群聊时，群主向每位成员发送全部成员名）、文件内容（当群成员向群主申请文件时，群主向该成员发送文件内容）、文件信息（当群里有其他成员上传文件时，群主向大家发送文件信息）、群组解散、没有找到文件（群主没有找到成员申请的文件）。
设群成员收到的字节流为 message，采用下面的通信协议：
| 消息类型 | message[0] | message[1:end] |
| 文字消息 | 0 | 作者名（string）+“_”+ 消息内容（string） |
| 成员名 | 1 | 所有成员名（string）拼接，群主名在第一个。 |
| 文件内容 | 2 | 文件内容（bytes） |
| 文件消息 | 3 | 文件长度（string）+“”+ 上传者名字（string） +””+ 文件名（string） |
| 群组解散 | 4 | “q” |
| 没有找到文件 | 5 |
四、界面设计
本项目的界面包括客户端和模拟服务器两大部分，客户端包括登录界面、好友列表界面、聊天窗口和群聊窗口。
4.1 客户端
在登录界面、用户可输入用户名、密码、服务器 IP 和端口。这些都有默认值，用户只需进行修改。
在好友列表界面，用户可实现添加好友、发起聊天、发起群聊功能。用户添加的好友会显示在好友列表，用户双击好友名发起聊天。用户在好友列表单击选中若干好友，点“发起群聊”按钮发起群聊。
在聊天窗口，用户可输入并发送文字信息，也可以向对方发送文件。
在群聊窗口，用户可以输入文字信息和上传文件。用户上传的文件显示在群里所有人的文件列表内，每个人都可以双击某文件来下载。
4.2 模拟服务器
模拟服务器能完成助教提供服务器的所以功能，同时在 UI 界面显示收到的消息。
五、总结
这次大作业完成了相对比较完整的聊天软件的设计，体验了自己设计软件通信、软件界面的感受，属实不易。在完成大作业的过程中遇到不少问题，比如两个客户端通信的时序问题、双方握手的协议问题等。
软件的一个界面内可能需要完成多个任务、需要监听多个端口，这就要求设计者有一个清晰的思路和鲁棒的通信方式，否则很容易陷入混乱。比如两个客户端在好友列表界面发起聊天，如果直接将二者发起聊天的 socket 连接传入聊天窗口进行通信，会出现通信与监听混乱的问题。所以需要当二者第一次连接后，在新的端口重新进行连接。
总之，通过完成这次大作业，我对课本理论知识的理解得到了提高，动手能力和解决问题的能力得到锻炼。将理论知识应用到实际中，给我带来了很大的成就感。