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：

网卡型号：

（1）RealtekPCIeGBE

（2）Broadcom

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""

#include""

#include""

#include""

/*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;%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,%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:

\\"）;

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,"nThisprogramworksonlyonEthernet"）;

/*释放设备列表*/

pcap_freealldevs（alldevs）;

return-1;

}

if（d->addresses!

=NULL）

Checkthe"）;

.\n",d->description）;

dlen:

%d\n",timestr,header->,header->len）;

u.%u.%u]",ih->,ih->,ih->,ih->;

printf（"源地址:

[%u.%u.%u.%u]\n",ih->,ih->,ih->,ih->;

FILE*fp;

fp=fopen（"D:

\\","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->,ih->,ih->,ih->;

fprintf（fp,"源地址:

[%u.%u.%u.%u]\n",ih->,ih->,ih->,ih->;

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;

using;

using;

using;

using;

using;

using;

using;

using;

usingIPMessage

{

publicpartialclassfrmMain:

Form

{

ddressFamily==

{

localIP=[i];

break;

}

}

=（）;

returnu;

}

tart（）;

}

}

}

publicvoidSendMessage（）

{

if==

{

（"请输入你的消息！

"）;

}

elseif==-1）

{

（"请选择用户！

"）;

}

else

{

foreach（objectobjin

{

stringgetdata=（）;

string[]array=（'|'）;

Useru=newUser（）;

=array[0];

=array[1];

Socketsocket=newSocket,,;

IPEndPointiep=newIPEndPoint,8011）;

Userlo=getInfo（）;

stringsend=+"|"++"|"+byte[]sendM=null;

sendM=xt）|*.txt|Allfiles（*.*）|*.*";

=1;

;

（"文件已成功保存"）;

}

}

}

privatevoidbtnClear_Click（objectsender,EventArgse）

{

=null;

}

privatevoidtbSend_Enter（objectsender,EventArgse）

{

}

privatevoidtbSend_KeyDown（objectsender,KeyEventArgse）

{

if==

{

（）;

}

}

}

}

四：

实验结果与分析

实验一

结果

运行程序后，命令窗口首先列出本地网卡列表，在本机测试时，检测出5个网卡，其中序号为3的网卡为以太网卡，序号为4的网卡为无线网卡。

图1-1设备列表信息（1、2、5为本机虚拟机网卡）

当前连接状态为无线连接，因此选择4，窗口提示：

”listeningonNetworkadapter‘Microsoft’onlocalhost…”开始监听，提示”Sendsuccessed”提示手写数据包发送成功，紧接着可以看到抓取到的数据包中包含之前发送的手写数据包，抓取IP包成功。

图1-2实时抓包画面

程序在后台将抓包结果写入文本文档中便于仔细查看：

图1-3抓包解析结果

分析

实验结果展示了设计功能已实现，并且在解析文本中显示成功抓取到手动封装的IP数据包，使用WireShake与解析数据一一进行比对，结果相同，整体来说较好的完成了预期目标。

实验二

结果

双击系统图标，系统运行，检测到本机上线，在列表中显示本机信息，聊天窗口中提示本机上线。

图2-1新用户上线

在列表中选择要联系的主机，在发送窗口点击鼠标，输入要发送的信息敲击“回车”或点击“发送”，即在聊天窗口提示聊天记录。

图2-2聊天

选择用户，点击发送文件（本系统必须首先选择用户，否则无法发送），在打开文件的弹窗中选择要发送的文件，点击确定，文件即开始传送。

图2-3发送文件和接收

接受用户收到连接请求后收到提示，选择接收文件后并选择保存目录后，文件开始传输，传输完毕在聊天窗口提示文件接受成功。

同时显示文件保存目录。

图2-4接收文件成功

需要对聊天记录保存时，点击保存，即可将聊天记录保存为txt文本文件。

图2-5保存聊天记录

分析

本系统基本实现了预期的各项功能，在同样使用UDP连接的列表建立和聊天中，为了避免发生接收误判，将其分为两个不同的端口进行处理。

此外在使用TCP连接传输文件的实现中，发现无法将文件的信息如文件名、文件类型、文件大小等与文件本身一并发送，需要发送两次数据方可实现。

在多用户的发送测试中，聊天发送与单用户类似，但在文件发送即使用TCP传输时需要选择好建立连接的时机和相应线程的建立，否则将出现意想不到的后果。

五：

结论（讨论）

1、实验结论

通过网络软件编程的实践，巩固了计算机网络课上学习到的IP、UDP、TCP等重要网络协议的工作机制和实现过程，通过自己动手编程封装与发送这些数据包，加深了对网络协议的理解。

通过局域网内文件传输和数据传输的实现，进一步体会到UDP协议在面向无连接状态下传播快速的优点，以及TCP建立的可靠连接在保证文件传输稳定过程中的重要作用。

在实际的网络编程中应当灵活运用不同协议的特点进行连接和传输。

2、讨论

在题目二使用广播来建立用户列表时遇到了问题，按照设计预期，系统应该在刚启动时发送一次广播就可以了，但实际上会出现有些软件收不到这些广播，导致不能发现这个刚上线的用户，解决方法是启动好不断发送广播。

同样的问题出现在用户下线时，因为这里只发送一次广播，会导致其他用户的列表上的这个用户一段时间后才会被移除，有的收不到的话就不移除。

这与我们的预期存在一定的差距，未解决这一问题我们还需要进一步的学习。

在多线程编程中发现如果将监听和广播作为摸个线程不间断运行，将可能导致对现有网络资源的抢占，添加线程睡眠（）后，此问题得到解决