TCP和UDP数据包发送与接收.docx
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TCP和UDP数据包发送与接收
实验6TCP和UDP数据包发送与接收
一、实验目的
TCP协议是TCP/IP协议族的核心协议之一。
熟悉TCP包结构对于理解网络层次结构，以及TCP协议与IP协议的关系有着重要意义。
根据TCP协议的基本原理，通过封装与发送一个标准的TCP数据包，了解TCP包结构中各字段的含义与用途，从而深入理解传输层与下面各层的关系。
二、实验要求
（1）掌握TCP/UDP报头结构、各字段含义以及校验和计算方法；
（2）使用Wincap（Lipcap）构造并发送TCP，UDP数据包；
（3）使用原始套接字（RawSocket）发送自定义的TCP，UDP数据包；
（4）使用NDIS协议驱动发送自定义的TCP/UDP数据包。
三、实验内容
实验一SOCKET编程实验
实验内容
1、通过调试、运行“UDPClient”和“UDPServer”实验程序，加强对网络通讯原理的了解。
（或“简单Client”和“简单Server”实验程序,下同）
2、学习分析实验程序功能结构，了解基于SOCKET编程的网络通信软件的基本设计方法。
3、在所提供的”UDPClient”和“UDPServer”实验程序基础上，完善程序功能。
4、通过实验学习和了解SOKCET通信的实现方法。
实验结果分析与总结
（1）总结运行”UDPClient”和“UDPServer”实验程序的运行情况。
UDPClient运行结
UDPServer运行结果
（2）设计交互程序的运行结果如下：
（3）总结程序设计的情况，列出所设计或修改部分的源代码清单。
附上程序源代码。
Client端修改的代码如下：
//（3）开始接收或发送过程
printf（"\n-------------waitingformessagefromSeaver-------------\n"）;
//进入一个循环
while
（1）
{
//输入并发送信息给服务器
buffer[0]='\0';//先清空发送缓冲区
printf（"\nInputdatagramsendinfo（quit退出）:
"）;//输入发送字符串
scanf（"%s",buffer）;
sendto（socketid,buffer,sizeofbuffer,0,（structsockaddr*）&server,server_len）;
//发送信息
//控制循环退出
if（strcmp（buffer,"quit"）==0）//输入为quit则结束
{printf（"\nsendinfoquit"）;
return0;
}
//接收服务器返回信息
buffer[0]='\0';//先清空接收缓冲区
if（recvfrom（socketid,buffer,sizeofbuffer,0,（structsockaddr*）&server,&server_len）!
=SOCKET_ERROR）//接收返回信息
{
printf（"Receiveddatagramfrom--%s\n",buffer）;
}
}
closesocket（socketid）;//关闭SOCKET连接
WSACleanup（）;//退出使用wsock32.dll动态链接库
return0;
}
Seaver端修改的代码如下：
printf（"\n-------------waitingformessagefromclient-------------\n"）;
//进入一个循环
while
（1）
{
buffer[0]='\0';
if（recvfrom（socketid,buffer,sizeofbuffer,0,（structsockaddr*）&client,&client_len）!
=SOCKET_ERROR）
{
printf（"Receiveddatagramfrom--%s\n",buffer）;
//给cilent发信息
//charack[100]="recvok!
";
//sendto（socketid,ack,sizeofack,0,（structsockaddr*）&client,client_len）;
}
buffer[0]='\0';
printf（"\nInputdatagramsendinfo（quit退出）:
"）;//输入发送字符串
scanf（"%s",buffer）;
sendto（socketid,buffer,sizeofbuffer,0,（structsockaddr*）&client,client_len）;//发
if（strcmp（buffer,"quit"）==0）//输入为quit则结束
{
printf（"\nsendinfoquit"）;
return0;
}
//Sleep（500）;
}
closesocket（socketid）;
WSACleanup（）;
return0;
}
总结：
在Client端接收返回信息发送信息和Seaver接收返回信息发送信息前都要进行清空接收缓冲区。
（1）掌握TCP/UDP报头结构、各字段含义以及校验和计算方法；
（a）TCP报头结构
TCP头部
数据（data）
各字段含义：
●源端口（SourcePort）和目的端口（DestinationPort）：
分别代表本次TCP通信发起主机和目的主机所使用的端口号；
●序列号（SequenceNumber）:
该字段用来标识TCP源端设备向目的端设备发送的字节流，它表示在这个报文段中的第几个数据字节。
序列号是一个32位的数。
●确认号（AcknowledgeNumber）：
TCP使用32位的确认号字段标识期望收到的下一个段的第一个字节，并声明此前的所有数据已经正确无误地收到，因此，确认号应该是上次已成功收到的数据字节序列号加1。
收到确认号的源计算机会知道特定的段已经被收到。
确认号的字段只在ACK标志被设置时才有效。
●数据偏移（DataOffset）:
这个4位字段包括TCP头大小。
由于首部可能含有选项内容，因此TCP首部的长度是不确定的。
首部长度的单位是32比特或4个八位组。
首部长度实际上也指示了数据区在报文段中的起始偏移值。
●保留（Reserved）:
6位置0的字段。
为将来定义新的用途保留。
、
●控制位（ControlBits）:
共6位，每一位标志可以打开一个控制功能。
URG（UrgentPointerFieldSignificant,紧急指针字段标志）:
表示TCP包的紧急指针字段有效，用来保证TCP连接不被中断，并且督促中间齐备尽快处理这些数据。
ACK（Acknowledgementfieldsignificant,确认字段标志）:
取1时表示应答字段有效，也即TCP应答号将包含在TCP段中，为0则反之。
PSH（PushFunction,推功能）：
这个标志表示Push操作。
所谓Push操作就是指在数据包到达接收端以后，立即送给应用程序，而不是在缓冲区中排队。
RST（Resettheconnection,重置连接）：
这个标志表示感谢连接复位请求，用来复位那些产生错误的连接，也被用来拒绝错误和非法的数据包。
SYN（Synchronizesequencenumbers,同步序列号）:
表示同步序号，用来建立连接。
FIN（Nomoredatafromsender）:
表示发送端已经发送到数据末尾，数据传送完成，发送FIN标志位的TCP段，连接将被断开。
●窗口（Window）:
目的主机使用16位的窗口字段告诉源主机它期望每次收到的数据通的字节数。
●校验和（Checksum）:
TCP头包括16位的校验和字段用于错误检查。
源主机基于部分IP头信息，TCP头和数据内容计算一个校验和，目的主机也要进行相同的计算，如果收到的内容没有错误过，两个计算应该完全一样，从而证明数据的有效性。
●紧急指针（UrgentPointer）:
紧急指针字段是一个可选的16位指针，指向段内的最后一个字节位置，这个字段只在URG标志被设置时才有效。
●选项（Option）:
至少1字节的可变长字段，标识哪个选项（如果有的话）有效。
如果没有选项，这个字节等于0,说明选项的结束。
这个字节等于1表示无需再有操作；等于2表示下四个字节包括源机器的最大长度（MaximumSegmentSize,MSS）.
●填充（Padding）:
这个字段中加入额外的零，以保证TCP头是32的整数倍。
（b）UDP报头结构
源IP地址
目的IP地址
0
17
UDP长度
0151631324763
伪首部
源首部
目的端口
长度
检验和
UDP首部
数据部分
源端口和目的端口：
16比特
源端口是可选的，目的端口必须填写。
若源端口不选，则取值为0；
长度字段记录UDP数据报的总长度，包括UDP首部和用户数据。
长度以八位组为单位；
校验和字段的内容为整个UDP报文加上伪首部的校验和，计算方法与IP数据报首部校验和的算法相同。
校验和计算可选。
该字段全0，则表示不计算校验和，用于高效率传输。
UDP使用全1来表示校验和值为0。
（c）校验和计算方法；
USHORTCheckSum（constchar*buf,intsize）
{
USHORT*buffer=（USHORT*）buf;
unsignedlongcksum=0;
while（size>1）
{
cksum+=*buffer++;
size-=sizeof（USHORT）;
}
if（size）
{
cksum+=*（UCHAR*）buffer;
}
cksum=（cksum>>16）+（cksum&0xffff）;
cksum+=（cksum>>16）;
return（USHORT）（~cksum）;
}
USHORTCheckSum（USHORT*buffer,intsize）
{
unsignedlongcksum=0;
while（size>1）
{
cksum+=*buffer++;
size-=sizeof（USHORT）;
}
if（size）
{
cksum+=*（UCHAR*）buffer;
}
cksum=（cksum>>16）+（cksum&0xffff）;
cksum+=（cksum>>16）;
return（USHORT）（~cksum）;
}
unsignedshortTcpCheckSum（constchar*pTcpData,constchar*pPshData,UINTnTcpCount）
{
unsignedshortsCheckSum=~CheckSum（pTcpData,nTcpCount）;
unsignedlongcheckSum=sCheckSum;
checkSum<<=16;
sCheckSum=~CheckSum（pPshData,12）;
checkSum+=sCheckSum;
returnCheckSum（（char*）&checkSum,4）;
}
unsignedshortUdpCheckSum（constchar*pTcpData,constchar*pPshData,UINTnTcpCount）
{
unsignedshortsCheckSum=~CheckSum（pTcpData,nTcpCount）;
unsignedlongcheckSum=sCheckSum;
checkSum<<=16;
sCheckSum=~CheckSum（pPshData,12）;
checkSum+=sCheckSum;
returnCheckSum（（char*）&checkSum,4）;
}
（2）使用Wincap（Lipcap）构造并发送TCP，UDP数据包；
程序代码：
pcap_t*InitWinpcap（）
{
printf（"PleaseChoosetheAdaptorthroughwhichyousenddata:
\r\n"）;
pcap_if_t*alldevs;
pcap_if_t*d;
intinum;
inti=0;
pcap_t*adhandle;
charerrbuf[PCAP_ERRBUF_SIZE];
/*Retrievethedevicelist*/
if（pcap_findalldevs（&alldevs,errbuf）==-1）
{
fprintf（stderr,"Errorinpcap_findalldevs:
%s\n",errbuf）;
exit
（1）;
}
/*Printthelist*/
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"）;
returnNULL;
}
printf（"Entertheinterfacenumber（1-%d）:
",i）;
scanf（"%d",&inum）;
if（inum<1||inum>i）
{
printf（"\nInterfacenumberoutofrange.\n"）;
/*Freethedevicelist*/
pcap_freealldevs（alldevs）;
returnNULL;
}
/*Jumptotheselectedadapter*/
for（d=alldevs,i=0;inext,i++）;
/*Openthedevice*/
/*Opentheadapter*/
if（（adhandle=pcap_open_live（d->name,//nameofthedevice
65536,//portionofthepackettocapture.
//65536grantsthatthewholepacketwillbecapturedonalltheMACs.
1,//promiscuousmode（nonzeromeanspromiscuous）
1000,//readtimeout
errbuf//errorbuffer
））==NULL）
{
fprintf（stderr,"\nUnabletoopentheadapter.%sisnotsupportedbyWinPcap\n",d->name）;
/*Freethedevicelist*/
pcap_freealldevs（alldevs）;
returnNULL;
}
pcap_freealldevs（alldevs）;
returnadhandle;
}
int_tmain（intargc,_TCHAR*argv[]）
{
if（3!
=argc）
{
printf（"WrongParament!
\r\n"）;
return0;
}
//printf（argv[1]）;
DWORDdwDestIp=inet_addr（argv[1]）;
if（dwDestIp==INADDR_NONE）
{
printf（"WrongIpAddress!
\r\n"）;
return0;
}
if（strlen（argv[2]）>1024）
{
printf（"ToolongParament!
\r\n"）;
return0;
}
pcap_t*hWpcapHandle=InitWinpcap（）;
UCHARbLocalMac[6];
DWORDdwDefaultGateway=0;
DWORDdwLocalIP=0;
DWORDdwNetMask=0;
charstrName[64];
PIP_ADAPTER_INFOpAdapterInfo=NULL;
ULONGulLen=0;
gethostname（strName,64）;
:
:
GetAdaptersInfo（pAdapterInfo,&ulLen）;
pAdapterInfo=（PIP_ADAPTER_INFO）:
:
GlobalAlloc（GPTR,ulLen）;
//取得本地适配器结构信息
if（:
:
GetAdaptersInfo（pAdapterInfo,&ulLen）==ERROR_SUCCESS）
{
if（pAdapterInfo!
=NULL）
{
memcpy（bLocalMac,pAdapterInfo->Address,6）;
dwDefaultGateway=:
:
inet_addr（pAdapterInfo->GatewayList.IpAddress.String）;
dwLocalIP=:
:
inet_addr（pAdapterInfo->IpAddressList.IpAddress.String）;
dwNetMask=:
:
inet_addr（pAdapterInfo->IpAddressList.IpMask.String）;
}
else
{
return0;
}
}
else
{
return0;
}
charbDestMac[8];
memset（bDestMac,0xff,6）;
TcpPacket*pTcpPacket;
pTcpPacket=（TcpPacket*）newchar[sizeof（TcpPacket）+strlen（argv[2]）+1];
strcpy（（（char*）pTcpPacket）+sizeof（TcpPacket）,argv[2]）;
ulLen=6;
if（SendARP（dwDestIp,0,（PULONG）bDestMac,&ulLen）!
=NO_ERROR）
{
printf（"GetMacError!
\r\n"）;
return0;
}
memcpy（pTcpPacket->theIpPacket.theEthHead.bDestMac,bDestMac,6）;
memcpy（pTcpPacket->theIpPacket.theEthHead.bSourceMac,bLocalMac,6）;
pTcpPacket->theIpPacket.theEthHead.usEthernetType=0x8;
pTcpPacket->theIpPacket.theIpHead.ucVersionAndHeadLength=0x45;
pTcpPacket->theIpPacket.theIpHead.ucTos=0;
pTcpPacket->theIpPacket.theIpHead.usTotalLength=htons（48+strlen（argv[2]））;
pTcpPacket->theIpPacket.theIpHead.usIdentification=1234;
pTcpPacket->theIpPacket.theIpHead.usFlagsAndFragmentOffset=0;
pTcpPacket->theIpPacket.theIpHead.ucTtl=119;
pTcpPacket->theIpPacket.theIpHead.ucProtocol=6;//tcp
pTcpPacket->theIpPacket.theIpHead.dwSourceAddr=dwLocalIP;
pTcpPacket->theIpPacket.theIpHead.dwDestAddr=dwDestIp;
pTcpPacket->theIpPacket.theIpHead.usCrc=0;
pTcpPacket->theIpPacket.theIpHead.usCrc=CheckSum（（constchar*）（&（pTcpPacket->theIpPacket.theIpHead））,sizeof（IpHead））;
pTcpPacket->theTcpHead.usDestPort=htons（1000）;
pTcpPacket->theTcpHead.usSourcePort=htons（3000）;
pTcpPacket->theTcpHead.dwSeq=ntohl（198327）;
pTcpPacket->theTcpHead.dwAck=0;
pTcpPacket->theTcpHead.ucLength=0x70;
pTcpPacket->theTcpHead.ucFlag=4;
pTcpPacket->theTcpHead.usWindow=0xFFFF;//16位窗口大小
pTcpPacket->theTcpHead.usCrc=0;//16位校验和
pTcpPacket->theTcpHead.usUrgent=0;//16位紧急数据偏移量
pTcpPacket->theTcpHead.unMssOpt=ht
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