计算机网络课程设计报告.docx

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计算机网络课程设计报告

实验报告

实验名称：

计算机网络课程设计

学生姓名：

xxxxxxxxxxxxxxx

专业：

xxxxxxxxxxxxxxx

班级：

xxxxxxxxxxxxxxx

学号：

xxxxxxxxxxxxxxx

指导教师：

xxxxxxxxxxxxxxx

实验成绩：

实验地点：

实验时间：

2016年5月6日

一、实验目的与实验要求

1、实验目的

将书本上抽象的概念与具体实现技术结合，通过网络软件编程的实践，深入理解理论课上学习到的ARP、IP、TCP等重要网络协议的原理，通过自己动手编程封装与发送这些数据包，加深对网络协议的理解，掌握协议帧的结构和工作原理及其对协议栈的贡献。

2、实验要求

网络课程设计包含两个部分的内容：

题目一是数据包的封装发送和解析（ARP/IP/TCP），要求使用Winpcap技术和Socket技术，根据ARP/IP/TCP帧的结构，封装数据包发送到局域网中。

另外要捕获网络中的TCP/IP/ARP数据包，解析数据包的内容，并将结果显示，并同时写入日志文件。

题目二是从可选题目中选择一个，可选题目均是网络应用小程序，要求小组使用网络编程技术设计并实现一个网络应用程序，加深对网络协议协的理解，并锻炼网络编程能力。

二、实验设备（环境）及要求

1、实验硬件设备：

计算机型号：

联想ThinkPadT430u

处理器型号：

Inteli5主频：

1.8Hz

网卡型号：

（1）RealtekPCIeGBE

（2）Broadcom802.11n

2、实验软件要求：

操作系统：

Windows10

应用软件：

VisualStudio2015Pro

3、小组成员及分工：

三、实验内容与步骤

1、实验1：

数据包的封装发送和解析（ARP/IP/TCP）

（1）实验内容

1）程序目标：

根据IP帧的结构，封装IP数据包发送到局域网中。

并捕获网络中的IP数据包，解析数据包的内容，并将结果显示，并同时写入日志文件。

2）程序功能：

以命令行形式运行

在标准输出中显示捕获的IP报文的首部字段的内容。

使用winpcap访问网卡，手动封装

定义IP首部的数据结构

填充数据包，发送数据包，捕获数据包

使用winpcap，捕获IP数据包

（2）主要步骤

1）总体设计：

a.获取设备列表并打印，打开所选择的适配器；

b.准备工作：

定义ip相关的结构体、打开要存放结果的文件，设置过滤器，手写ip数据报（内容有无效的MAC源和目的地址，和均为本机地址的ip源地址和目的地址，即发给自己一个ip报文），设置抓到数据报的解析和输出到文件的操作函数（解析ip报，打印并写入文件：

报文的版本、协议、源和目的地址等）。

c.发包、抓包。

d.分析获取的数据。

2）

具体实现：

#defineHAVE_REMOTE

#include"pcap.h"

#include"remote-ext.h"

#include"stdio.h"

#include"stdlib.h"

/*4字节的IP地址*/

typedefstructip_address{

u_charbyte1;

u_charbyte2;

u_charbyte3;

u_charbyte4;

}ip_address;

/*IPv4首部*/

typedefstructip_header{

u_charver_ihl;//版本（4bits）+首部长度（4bits）

u_chartos;//服务类型

u_shorttlen;//总长类型

u_shortidentification;//标识

u_shortflags_fo;//标志位+段偏移量

u_charttl;//存活时间

u_charproto;//协议

u_shortcrc;//首部校验和

ip_addressdaddr;//目的地址

ip_addresssaddr;//源地址

u_intop_pad;//选项与填充

}ip_header;

voidpacket_handler（u_char*param,conststructpcap_pkthdr*header,constu_char*pkt_data）;

/*packethandler函数原型*/

voidpacket_handler（u_char*param,conststructpcap_pkthdr*header,constu_char*pkt_data）;

intmain（）

{

pcap_if_t*alldevs;

pcap_if_t*d;

intinum;

inti=0;

pcap_t*adhandle;

charerrbuf[PCAP_ERRBUF_SIZE];

u_intnetmask;

charpacket_filter[]="ip";//抓包类型

structbpf_programfcode;

pcap_dumper_t*dumpfile;

/*获取本机设备列表*/

if（pcap_findalldevs_ex（PCAP_SRC_IF_STRING,NULL,&alldevs,errbuf）==-1）

{

fprintf（stderr,"Errorinpcap_findalldevs:

%s\n",errbuf）;

exit

（1）;

}

/*打印适配器列表*/

for（d=alldevs;d;d=d->next）

{

printf（"%d.%s",++i,d->name）;

if（d->description）

printf（"（%s）\n",d->description）;

else

printf（"（Nodescriptionavailable）\n"）;

}

if（i==0）

{

printf（"\nNointerfacesfound!

MakesureWinPcapisinstalled.\n"）;

return-1;

}

printf（"Entertheinterfacenumber（1-%d）:

",i）;

scanf（"%d",&inum）;

if（inum<1||inum>i）

{

printf（"\nInterfacenumberoutofrange.\n"）;

/*释放设备列表*/

pcap_freealldevs（alldevs）;

return-1;

}

/*跳转到选中的适配器*/

for（d=alldevs,i=0;inext,i++）;

/*打开设备*/

if（（adhandle=pcap_open（d->name,//设备名

65536,//65535保证能捕获到不同数据链路层上每个数据包的全部内容

PCAP_OPENFLAG_PROMISCUOUS,//混杂模式

1000,//读取超时时间

NULL,//远程机器验证

errbuf//错误缓冲池

））==NULL）

{

fprintf（stderr,"\nUnabletoopentheadapter.%sisnotsupportedbyWinPcap\n",d->name）;

/*释放设备列表*/

pcap_freealldevs（alldevs）;

return-1;

}

/*打开堆文件*/

dumpfile=pcap_dump_open（adhandle,"D:

\\save.txt"）;

if（dumpfile==NULL）

{

fprintf（stderr,"\nErroropeningoutputfile\n"）;

return-1;

}

/*检查数据链路层，只考虑以太网*/

if（pcap_datalink（adhandle）!

=DLT_EN10MB）

{

fprintf（stderr,"nThisprogramworksonlyonEthernetnetwords.n"）;

/*释放设备列表*/

pcap_freealldevs（alldevs）;

return-1;

}

if（d->addresses!

=NULL）

//获得接口第一个地址的掩码

netmask=（（structsockaddr_in*）（d->addresses->netmask））->sin_addr.S_un.S_addr;

else

//如果接口没有地址，那么我们假设一个C类的掩码

netmask=0xffffff;

//编译过滤器

if（pcap_compile（adhandle,&fcode,packet_filter,1,netmask）<0）

{

fprintf（stderr,"nUnabletocompilethepacketfilter.Checkthesyntax.n"）;

//释放设备列表

pcap_freealldevs（alldevs）;

return-1;

}

//设置过滤器

if（pcap_setfilter（adhandle,&fcode）<0）

{

fprintf（stderr,"nErrorsettingthefilter.n"）;

//释放设备列表

pcap_freealldevs（alldevs）;

return-1;

}

printf（"\nlisteningon%s...\n",d->description）;

//释放设备列表

pcap_freealldevs（alldevs）;

/*手写数据包*/

u_charpacket[100];

/*假设在以太网上，设置MAC的目的地址为1:

1:

1:

1:

1:

1*/

packet[0]=1;

packet[1]=1;

packet[2]=1;

packet[3]=1;

packet[4]=1;

packet[5]=1;

/*设置MAC的源地址为2:

2:

2:

2:

2:

2*/

packet[6]=2;

packet[7]=2;

packet[8]=2;

packet[9]=2;

packet[10]=2;

packet[11]=2;

/*设置ip类型*/

packet[12]=0x08;

packet[13]=0x00;

packet[14]=0x45;

packet[15]=0x20;

packet[16]=0x00;

packet[17]=0x28;

packet[18]=0xcb;

packet[19]=0x16;

packet[20]=0x00;

packet[21]=0x00;

packet[22]=0x2e;

packet[23]=0x06;

packet[24]=0x3e;

packet[25]=0xe6;

packet[26]=0xc0;//192

packet[27]=0xa8;//168

packet[28]=0x01;//1

packet[29]=0x64;//100

packet[30]=0xc0;

packet[31]=0xa8;

packet[32]=0x01;

packet[33]=0x64;

packet[34]=0x8f;

packet[35]=0x50;

/*填充剩下的内容*/

for（i=36;i<100;i++）

{

packet[i]=i%256;

}

/*发送数据包*/

if（pcap_sendpacket（adhandle,packet,100/*size*/）!

=0）

{

fprintf（stderr,"nErrorsendingthepacket:

n",pcap_geterr（adhandle））;

return0;

}else{

printf（"Sendsuccessed"）;

}

/*开始捕获*/

pcap_loop（adhandle,0,packet_handler,（unsignedchar*）dumpfile）;//回调方式捕获数据包

pcap_close（adhandle）;

return0;

}

/*每次捕获到数据包时，libpcap都会自动调用这个回调函数*/

voidpacket_handler（u_char*param,conststructpcap_pkthdr*header,constu_char*pkt_data）

{

structtm*ltime;

chartimestr[16];

ip_header*ih;

u_intip_len;

time_tlocal_tv_sec;

//保存数据包到文件中

pcap_dump（（u_char*）param,header,pkt_data）;

/*将时间戳转换成可识别的格式*/

local_tv_sec=header->ts.tv_sec;

ltime=localtime（&local_tv_sec）;

strftime（timestr,sizeoftimestr,"%H:

%M:

%S",ltime）;

//打印数据包的时间戳和长度

printf（"%s,%.6dlen:

%d\n",timestr,header->ts.tv_usec,header->len）;

//获得IP数据包头部的位置

ih=（ip_header*）（pkt_data+14）;//以太网头部长度

/*打印IP地址和UDP端口*/

printf（"版本+首部长度:

[%u]",ih->ver_ihl）;

printf（"协议:

[%u]",ih->proto）;

printf（"首部校验和:

[%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.%u]\n",ih->saddr.byte1,ih->saddr.byte2,ih->saddr.byte3,ih->saddr.byte4）;

FILE*fp;

fp=fopen（"D:

\\jiexi.txt","a+"）;

fprintf（fp,"解析结果：

"）;

fprintf（fp,"版本+首部长度:

[%u]",ih->ver_ihl）;

fprintf（fp,"协议:

[%u]",ih->proto）;

fprintf（fp,"首部校验和:

[%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.%u]\n",ih->saddr.byte1,ih->saddr.byte2,ih->saddr.byte3,ih->saddr.byte4）;

fclose（fp）;

}

2、实验2：

子网内文件传送

（1）实验内容

（明确的实验内容）

设计并实现一个局域网内部的文件传送工具，使用TCP协议进行可靠文件传输。

以图形界面运行，不同结点上文件自动同步

（2）主要步骤

（详细的实验步骤（系统/方法/算法等），图文结合）

1）问题定义：

实现一个局域网内的文件传送与聊天的软件

2）需求分析：

局域网内的文件传送应当具备以下功能：

●在线用户的及时发现和更新

●选择一对一或者一对多对话模式

●与选择用户进行聊天和文件传输

●用户下线通知与更新用户列表

3）系统设计：

参考飞鸽传书的实现原理，总结设计方案如下：

●架构设计：

本系统采用本地应用程序设计，仅适用于在同一局域网的主机通信；

●互相发现：

本系统运行时启动局域网广播线程，发出包含主机名称、主机IP以及新加入标识符的广播表明自己新加入；

●用户列表：

监听到其他用户的广播信息后更新列表，显示当前在线的用户名和用户IP；

●更新列表：

在系统退出时会广播本机信息，标识表明自己离开，其余在线用户接收到信息后更新提示该用户下线；

●选择用户：

可以单独选择或者多项选择用户列表中的用户；

●发送消息：

选择用户后，在输入框中输入聊天信息，点击“发送”按钮系统会发送UDP数据包给对应用户的ip地址，端口是8011；

●接受消息：

系统实时监听8011端口以接受不同用户发来的消息并展示在聊天窗口中；

●发送文件：

选择指定用户，点击“发送文件”按钮，选择本机相应文件后，与目标用户建立TCP连接，发送字节流。

端口为8011；

●接受文件：

监听到有TCP连接请求时建立实时连接，系统提示用户是否接收文件，选择接收后选择相应路径与文件名后进行接收，接收成功后再聊天窗口显示提示信息。

4）详细设计：

1　局域网用户列表的建立：

软件启动后定时的使用UDP协议向255.255.255.255这个广播地址发送广播包,端口设置为8001。

广播包内容包含主机名、IP、标识符等信息，已启动软件的用户通过8001端口收到此广播包后，就会在自己的用户列表中添加这个用户的用户名、IP地址等信息，从而局域网内的本系统用户都能建立起用户列表；

2　传送与接收信息：

传送聊天信息时同样使用UDP协议，用户填写消息后点击按钮调用发送消息的函数，然后通过8011端口发送UDP包。

系统在启动时通过开辟新线程来监听8011端口，时刻监听发送到本机的信息。

3　发送文件：

用户发送文件时建立一个带参数的线程来发送文件，调用相应的TCP发送函数来发送文件，使用的是8001端口，由于协议不同因此与之前的广播并不冲突；

4　接收文件：

软件启动时开启一个线程用来接收文件，此线程在正常工作条件下处于阻塞监听状态，直到收到建立TCP连接的请求，之后提示用户收到文件选择是否接受，之后选择保存路径，进行接收。

5　用户离开：

用户离线时发送一个离线广播包到255.255.255.255的8001端口，包中含有LEAVE的标识符，收到此广播包的用户，根据包中的IP地址删除用户列表中相应的用户信息，并在聊天窗口显示“XXX用户已经离开”；

6　聊天记录保存：

考虑到用户有保存聊天记录的需求，在聊天记录右侧点击“保存”按钮，可以将当前聊天记录保存为txt文件到用户指定目录中。

或点击“清空”，清空当前用户聊天记录。

5）具体实现：

（C#）

usingSystem;

usingSystem.Collections.Generic;

usingSystem.ComponentModel;

usingSystem.Data;

usingSystem.Drawing;

usingSystem.IO;

usingSystem.Linq;

usingSystem.Net;

usingSystem.Net.Sockets;

usingSystem.Text;

usingSystem.Threading;

usingSystem.Threading.Tasks;

usingSystem.Windows.Forms;

namespaceIPMessage

{

publicpartialclassfrmMain:

Form

{

//用户实体

publicclassUser

{

privatestringlocalname;//用户名

publicstringlocalName

{

get{returnlocalname;}

set{localname=value;}

}

privatestringlocalip;//用户IP

publicstringlocalIP

{

get{returnlocalip;}

set{localip=value;}

}

}

//用户数组声明

publicstaticListUserslist=newList（）;

//获得本机名和本机IP

publicUsergetInfo（）

{

Useru=newUser（）;

stringlocalName=Dns.GetHostName（）;//获取主机名

//Console.WriteLine（"主机名：

{0}",localName）;

u.localName=localName;

IPHostEntrylocalHost=Dns.GetHostEntry（localName）;

//输出对应的IP地址

IPAddresslocalIP=null;

for（inti=0;i

{

if（localHost.AddressList[i].AddressFamily==AddressFamily.InterNetwork）

{

localIP=localHost.AddressList[i];

break;

}

}

u.localIP=localIP.ToString（）;

returnu;

}

//发送广播消息

publicvoidbroadMessage（）

{

Socketsocket=newSocket（AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Dgram,ProtocolType.Udp）;

IPEndPointiep=newIPEndPoint（IPAddress.Parse（"255.255.255.255"）,8001）;

//设置Broadcast值为表示允许套接字发送广播消息，该值默认为不允许

socket.SetSocketOption（SocketOptionLevel.Socket,SocketOptionName.Broadcast,1）;

Useru=get