計算機網絡課程設計_報告.doc

實 驗 報 告實驗名稱： 計算機網絡課程設計 學生姓名： xxxxxxxxxxxxxxx 專 業(yè)： xxxxxxxxxxxxxxx 班 級： xxxxxxxxxxxxxxx 學 號： xxxxxxxxxxxxxxx 指導教師： xxxxxxxxxxxxxxx 實驗成績： 實驗地點： 實驗時間： 2016 年 5 月 6 日一、實驗目的與實驗要求1、實驗目的將書本上抽象的概念與具體實現技術結合，通過網絡軟件編程的實踐，深入理解理論課上學習到的ARP、IP、TCP等重要網絡協(xié)議的原理，通過自己動手編程封裝與發(fā)送這些數據包，加深對網絡協(xié)議的理解，掌握協(xié)議幀的結構和工作原理及其對協(xié)議棧的貢獻。2、實驗要求網絡課程設計包含兩個部分的內容：題目一是數據包的封裝發(fā)送和解析（ARP/IP/TCP），要求使用Winpcap技術和Socket技術，根據ARP/IP/TCP幀的結構，封裝數據包發(fā)送到局域網中。另外要捕獲網絡中的TCP/IP/ARP數據包，解析數據包的內容，并將結果顯示，并同時寫入日志文件。題目二是從可選題目中選擇一個，可選題目均是網絡應用小程序，要求小組使用網絡編程技術設計并實現一個網絡應用程序，加深對網絡協(xié)議協(xié)的理解，并鍛煉網絡編程能力。二、實驗設備（環(huán)境）及要求1、實驗硬件設備：計算機型號：聯(lián)想ThinkPad T430u處理器型號：Intel i5 主頻：1.8Hz網卡型號：(1)Realtek PCIe GBE (2)Broadcom 802.11n2、實驗軟件要求：操作系統(tǒng)：Windows10應用軟件：Visual Studio 2015 Pro3、小組成員及分工：三、實驗內容與步驟1、實驗1：數據包的封裝發(fā)送和解析（ARP/IP/TCP）（1）實驗內容1) 程序目標：根據IP幀的結構，封裝IP數據包發(fā)送到局域網中。并捕獲網絡中的IP數據包，解析數據包的內容，并將結果顯示，并同時寫入日志文件。2) 程序功能：以命令行形式運行在標準輸出中顯示捕獲的IP報文的首部字段的內容。使用winpcap訪問網卡，手動封裝定義IP首部的數據結構填充數據包，發(fā)送數據包，捕獲數據包使用winpcap，捕獲IP數據包（2）主要步驟1) 總體設計：a. 獲取設備列表并打印，打開所選擇的適配器；b. 準備工作：定義ip相關的結構體、打開要存放結果的文件，設置過濾器，手寫ip數據報（內容有無效的MAC源和目的地址，和均為本機地址的ip源地址和目的地址，即發(fā)給自己一個ip報文），設置抓到數據報的解析和輸出到文件的操作函數（解析ip報，打印并寫入文件：報文的版本、協(xié)議、源和目的地址等）。c. 發(fā)包、抓包。d. 分析獲取的數據。2) 具體實現：#define HAVE_REMOTE#include pcap.h#include remote-ext.h#include stdio.h#include stdlib.h/*4字節(jié)的IP地址*/typedef struct ip_addressu_char byte1;u_char byte2;u_char byte3;u_char byte4;ip_address;/*IPv4首部*/typedef struct ip_headeru_char ver_ihl; /版本（4bits）+首部長度（4bits）u_char tos; /服務類型u_short tlen; /總長類型u_short identification; /標識u_short flags_fo; /標志位+段偏移量u_char ttl; /存活時間u_char proto; /協(xié)議u_short crc; /首部校驗和ip_address daddr; /目的地址ip_address saddr; /源地址u_int op_pad; /選項與填充ip_header;void packet_handler(u_char *param, const struct pcap_pkthdr *header, const u_char *pkt_data);/* packet handler 函數原型 */void packet_handler(u_char *param, const struct pcap_pkthdr *header, const u_char *pkt_data);int main()pcap_if_t *alldevs;pcap_if_t *d;int inum;int i=0;pcap_t *adhandle;char errbufPCAP_ERRBUF_SIZE;u_int netmask;char packet_filter = ip; /抓包類型struct bpf_program fcode;pcap_dumper_t *dumpfile;/* 獲取本機設備列表 */if (pcap_findalldevs_ex(PCAP_SRC_IF_STRING, NULL, &alldevs, errbuf) = -1)fprintf(stderr,Error in pcap_findalldevs: %sn, errbuf);exit(1);/* 打印適配器列表 */for(d=alldevs; d; d=d-next)printf(%d. %s, +i, d-name);if (d-description)printf( (%s)n, d-description);elseprintf( (No description available)n);if(i=0)printf(nNo interfaces found! Make sure WinPcap is installed.n);return -1;printf(Enter the interface number (1-%d):,i);scanf(%d, &inum);if(inum i)printf(nInterface number out of range.n);/* 釋放設備列表 */pcap_freealldevs(alldevs);return -1;/* 跳轉到選中的適配器 */for(d=alldevs, i=0; inext, i+);/* 打開設備 */if ( (adhandle= pcap_open(d-name, / 設備名 65536, / 65535保證能捕獲到不同數據鏈路層上每個數據包的全部內容PCAP_OPENFLAG_PROMISCUOUS, / 混雜模式1000, / 讀取超時時間NULL, / 遠程機器驗證errbuf / 錯誤緩沖池 ) ) = NULL)fprintf(stderr,nUnable to open the adapter. %s is not supported by WinPcapn, d-name);/* 釋放設備列表 */pcap_freealldevs(alldevs);return -1;/* 打開堆文件*/dumpfile = pcap_dump_open(adhandle, D:save.txt);if(dumpfile=NULL)fprintf(stderr,nError opening output filen);return -1;/* 檢查數據鏈路層，只考慮以太網 */if(pcap_datalink(adhandle)!=DLT_EN10MB)fprintf(stderr, nThis program works only on Ethernet networds.n);/* 釋放設備列表 */pcap_freealldevs(alldevs);return -1;if(d-addresses != NULL)/獲得接口第一個地址的掩碼netmask = (struct sockaddr_in *)(d-addresses-netmask)-sin_addr.S_un.S_addr;else/如果接口沒有地址，那么我們假設一個C類的掩碼netmask=0xffffff; /編譯過濾器if(pcap_compile(adhandle,&fcode,packet_filter,1,netmask)0)fprintf(stderr,nUnable to compile the packet filter. Check the syntax.n);/釋放設備列表pcap_freealldevs(alldevs);return -1;/設置過濾器if(pcap_setfilter(adhandle,&fcode)description);/釋放設備列表pcap_freealldevs(alldevs);/*手寫數據包*/u_char packet100;/*假設在以太網上，設置MAC的目的地址為1:1:1:1:1:1*/packet0=1;packet1=1;packet2=1;packet3=1;packet4=1;packet5=1;/*設置MAC的源地址為2:2:2:2:2:2*/packet6=2;packet7=2;packet8=2;packet9=2;packet10=2;packet11=2;/*設置ip類型*/packet12=0x08;packet13=0x00;packet14=0x45;packet15=0x20;packet16=0x00;packet17=0x28;packet18=0xcb;packet19=0x16;packet20=0x00;packet21=0x00;packet22=0x2e;packet23=0x06;packet24=0x3e;packet25=0xe6;packet26=0xc0;/192packet27=0xa8;/168packet28=0x01;/1packet29=0x64;/100packet30=0xc0;packet31=0xa8;packet32=0x01;packet33=0x64;packet34=0x8f;packet35=0x50; /*填充剩下的內容*/for(i=36;its.tv_sec;ltime=localtime(&local_tv_sec);strftime( timestr, sizeof timestr, %H:%M:%S, ltime);/打印數據包的時間戳和長度printf(%s,%.6d len:%dn, timestr, header-ts.tv_usec, header-len);/獲得IP數據包頭部的位置ih = (ip_header*)(pkt_data+14);/以太網頭部長度/* 打印 IP 地址和 UDP 端口 */printf(版本+首部長度:%u,ih-ver_ihl);printf(協(xié)議:%u,ih-proto);printf(首部校驗和:%u,ih-crc);printf(目的地址:%u.%u.%u.%u, ih-daddr.byte1,ih-daddr.byte2,ih-daddr.byte3,ih-daddr.byte4); printf(源地址:%u.%u.%u.%un, ih-saddr.byte1,ih-saddr.byte2,ih-saddr.byte3,ih-saddr.byte4);FILE *fp;fp=fopen(D:jiexi.txt, a+);fprintf(fp,解析結果：);fprintf(fp,版本+首部長度:%u,ih-ver_ihl);fprintf(fp,協(xié)議:%u,ih-proto);fprintf(fp,首部校驗和:%u,ih-crc);fprintf(fp,目的地址:%u.%u.%u.%u, ih-daddr.byte1,ih-daddr.byte2,ih-daddr.byte3,ih-daddr.byte4); fprintf(fp,源地址:%u.%u.%u.%un, ih-saddr.byte1,ih-saddr.byte2,ih-saddr.byte3,ih-saddr.byte4);fclose(fp);2、實驗2：子網內文件傳送（1）實驗內容（明確的實驗內容）設計并實現一個局域網內部的文件傳送工具，使用TCP協(xié)議進行可靠文件傳輸。以圖形界面運行，不同結點上文件自動同步（2）主要步驟（詳細的實驗步驟（系統(tǒng)/方法/算法等），圖文結合）1) 問題定義：實現一個局域網內的文件傳送與聊天的軟件2) 需求分析：局域網內的文件傳送應當具備以下功能：l 在線用戶的及時發(fā)現和更新l 選擇一對一或者一對多對話模式l 與選擇用戶進行聊天和文件傳輸l 用戶下線通知與更新用戶列表3) 系統(tǒng)設計：參考飛鴿傳書的實現原理，總結設計方案如下：l 架構設計：本系統(tǒng)采用本地應用程序設計，僅適用于在同一局域網的主機通信；l 互相發(fā)現：本系統(tǒng)運行時啟動局域網廣播線程，發(fā)出包含主機名稱、主機IP以及新加入標識符的廣播表明自己新加入；l 用戶列表：監(jiān)聽到其他用戶的廣播信息后更新列表，顯示當前在線的用戶名和用戶IP；l 更新列表：在系統(tǒng)退出時會廣播本機信息，標識表明自己離開，其余在線用戶接收到信息后更新提示該用戶下線；l 選擇用戶：可以單獨選擇或者多項選擇用戶列表中的用戶；l 發(fā)送消息：選擇用戶后，在輸入框中輸入聊天信息，點擊“發(fā)送”按鈕系統(tǒng)會發(fā)送UDP數據包給對應用戶的ip地址，端口是8011；l 接受消息：系統(tǒng)實時監(jiān)聽8011端口以接受不同用戶發(fā)來的消息并展示在聊天窗口中；l 發(fā)送文件：選擇指定用戶，點擊“發(fā)送文件”按鈕，選擇本機相應文件后，與目標用戶建立TCP連接，發(fā)送字節(jié)流。端口為8011；l 接受文件：監(jiān)聽到有TCP連接請求時建立實時連接，系統(tǒng)提示用戶是否接收文件，選擇接收后選擇相應路徑與文件名后進行接收，接收成功后再聊天窗口顯示提示信息。4) 詳細設計：1 局域網用戶列表的建立：軟件啟動后定時的使用UDP協(xié)議向55這個廣播地址發(fā)送廣播包,端口設置為8001。廣播包內容包含主機名、IP、標識符等信息，已啟動軟件的用戶通過8001端口收到此廣播包后，就會在自己的用戶列表中添加這個用戶的用戶名、IP地址等信息，從而局域網內的本系統(tǒng)用戶都能建立起用戶列表；2 傳送與接收信息：傳送聊天信息時同樣使用UDP協(xié)議，用戶填寫消息后點擊按鈕調用發(fā)送消息的函數，然后通過8011端口發(fā)送UDP包。系統(tǒng)在啟動時通過開辟新線程來監(jiān)聽8011端口，時刻監(jiān)聽發(fā)送到本機的信息。3 發(fā)送文件：用戶發(fā)送文件時建立一個帶參數的線程來發(fā)送文件，調用相應的TCP發(fā)送函數來發(fā)送文件，使用的是8001端口，由于協(xié)議不同因此與之前的廣播并不沖突；4 接收文件：軟件啟動時開啟一個線程用來接收文件，此線程在正常工作條件下處于阻塞監(jiān)聽狀態(tài)，直到收到建立TCP連接的請求，之后提示用戶收到文件選擇是否接受，之后選擇保存路徑，進行接收。5 用戶離開：用戶離線時發(fā)送一個離線廣播包到55的8001端口，包中含有LEAVE的標識符，收到此廣播包的用戶，根據包中的IP地址刪除用戶列表中相應的用戶信息，并在聊天窗口顯示“XXX用戶已經離開”；6 聊天記錄保存：考慮到用戶有保存聊天記錄的需求，在聊天記錄右側點擊“保存”按鈕，可以將當前聊天記錄保存為txt文件到用戶指定目錄中。或點擊“清空”，清空當前用戶聊天記錄。5) 具體實現：（C#）using System;using System.Collections.Generic;using System.ComponentModel;using System.Data;using System.Drawing;using System.IO;using System.Linq;using System.Net;using System.Net.Sockets;using System.Text;using System.Threading;using System.Threading.Tasks;using System.Windows.Forms;namespace IPMessage public partial class frmMain : Form /用戶實體 public class User private string localname; /用戶名 public string localName get return localname; set localname = value; private string localip; /用戶IP public string localIP get return localip; set localip = value; /用戶數組聲明 public static List Userslist = new List(); /獲得本機名和本機IP public User getInfo() User u = new User(); string localName = Dns.GetHostName();/獲取主機名 /Console.WriteLine(主機名：0, localName); u.localName = localName; IPHostEntry localHost = Dns.GetHostEntry(localName); /輸出對應的IP地址 IPAddress localIP = null; for (int i = 0; i 1) bool exist = false; if (Userslist!=null) foreach (User us in Userslist) if (us.localIP = sArray2) exist = true; break; if (exist = false & sArray0=NEW) User u = new User(); u.localName = sArray1; u.localIP = sArray2; if (u != null) Userslist.Add(u); this.rbChatContent.AppendText(新上線用戶：+u.localName + n); this.lbUser.Items.Add(u.localName + | + u.localIP); Thread.Sleep(100); else if(sArray0 = LEAVE) User u = new User(); u.localName = sArray1; u.localIP = sArray2; if (u != null) Userslist.Remove(u); this.rbChatContent.AppendText(用戶： + u.localName + 離開+n); this.lbUser.Items.Remove(u.localName + | + u.localIP); Thread.Sleep(200); / / 通過TcpClient滿足多用戶發(fā)送文件 / / public void tcpSend(List ips) FileStream fs = new FileStream(filePath, FileMode.Open); foreach(string ip in ips) TcpClient client = new TcpClient(); client.Connect(ip, 8001); NetworkStream ns = client.GetStream(); int size = 0; long len = 0; while (len fs.Length) byte buffer = new byte1024; size = fs.Read(buffer, 0, buffer.Length); ns.Write(buffer, 0, size); len += size; fs.Flush(); ns.Flush(); fs.Close(); ns.Close(); / / 使用TcpClient接收文件 / public void RecevieFile() TcpListener listener = new TcpListener(IPAddress.Any, 8001); listener.Start(); while(true) try int size = 0; int len = 0; TcpClient client = listener.AcceptTcpClient(); if (client.Connected) this.rbChatContent.AppendText(連接成功); NetworkStream stream = client.GetStream(); if (stream != null) DialogResult rs; rs = MessageBox.Show(你收到一個文件,是否接收？,提示,MessageBoxButtons.YesNo); if (rs = DialogResult.Yes) SaveFileDialog sfd = new SaveFileDialog(); if (sfd.ShowDialog(this) = System.Windows.Forms.DialogResult.OK) string fileSavePath = sfd.FileName;/獲得用戶保存文件的路徑 FileStream fs = new FileStream(fileSavePath, FileMode.Create, FileAccess.Write); byte buffer = new byte1024; while (size = stream.Read(buffer, 0, buffer.Length) 0) fs.Write(buffer, 0, size); len += size; fs.Flush(); stream.Flush(); stream.Close(); client.Close(); this.rbChatContent.AppendText(文件接受成功 + fileSavePath + n); catch(Exception ex) MessageBox.Show(ex.ToString(); / / 主函數 / public frmMain() InitializeComponent(); Thread seThread = new Thread(this.broadMessage); seThread.Start(); Thread reThread = new Thread(this.reciveBroad); reThread.Start(); Thread rfThread = new Thread(this.RecevieFile); rfThread.Start(); Thread rmThread = new Thread(this.listenMsg); rmThread.Start(); /離開發(fā)送廣播 private void frmMain_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e) isBroad = false; this.br