数据通信与计算机网络课程设计.docx

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数据通信与计算机网络课程设计

第一部分数据通信与计算机网络课程设计（要求）

一、课程设计的性质、目的和任务

性质：

独立设课

目的和任务：

1、掌握数据通信和计算机网络的基本原理

2、掌握数据通信和计算机网络设计、分析和实现方法

3、提高学生编制网络通信程序、网络应用服务程序的能力

二、课程设计的基本内容和要求

基本内容：

网络数据通信的基本方法及实现。

基本要求：

根据选定的项目，课题小组成员认真查阅相关资料，发挥学生的主体作用，提出设计方案，老师参与，进行讨论和分析，最终确定设计方案。

在此基础上，合理分工，协同完成项目的设计与实现，最后完成课程设计的报告撰写。

三、课程设计的内容学时安排

序号

实验项目

学时分配

实验类型

每组人数

内容提要

1

ARP协议数据包的捕获解析设计与实现

1周

设计性

3-6人

通过本实验，掌握网络协议数据包捕获和解析编程的技术

2

基于Socket的在线数据传输设计与实现

1周

设计性

3-6人

基于Socket套接口，实现通信双方的在线键盘数据传输服务。

目的使学生掌握网络在线数据交换的设计方法。

3

基于Socket的文件传输服务（FTP）设计与实现

1周

设计性

3-6人

基于Socket套接口，实现文件数据传输服务。

目的使学生掌握文件传输服务的设计方法。

4

基于Socket的HTTP文件传输服务设计与实现

1周

设计性

3-6人

基于Socket套接口，实现HTTP文件数据传输服务。

目的使学生掌握Web网络服务的设计方法。

5

基于Socket的Telnet服务设计与实现

1周

设计性

3-6人

基于Socket套接口，实现Telnet服务。

目的使学生掌握远程登录网络访问服务的设计方法。

6

滑动窗口协议的模拟

1周

设计性

3-6人

通过实现对于滑动窗口协议的模拟，加深对滑动窗口协议的理解。

7

简单的端口扫描

1周

设计性

3-6人

实现一个扫描器，必须能够完成以下所有功能：

使用TCPconnect、TCPSYN和TCPFIN进行端口扫描，使用ICMPecho扫描实现IP扫描。

并把扫描得知的结果记录下来。

注：

一、滑动窗口协议的模拟

1关于滑动窗口，请阅读网络教材（实现—选择性重发）；

2运行时启动两个线程client和server。

其中sever初始应该为监听状态；

3可指定滑动窗口数目m（m＝2n，n为大于1的整数）和要发送的帧总数，停等的超时时间间隔以及发送类型（正常发送，即没有缺帧和错序发送帧的现象），发送速率等参数；

4client向server发起连接，成功则转入5;

5client端发出帧，帧的内容可同序号或者为“111”“222”…“aaa”“bbb”…或者是一段文章中的部分内容;

6选择发送类型为“缺帧”，模拟因网络拥塞造成丢帧的情况，开始发送情况同“正常发送”的情况。

不同的是在帧x发送前用户可以选择丢失，则客户端继续接收帧x+1，x+2…并且对帧x+1，x+2…发出确认并缓存该帧；

7服务器端等待一段相当长的时间（超时），重发帧x；

8选择发送类型为“错序发送”。

将一组待发送的帧按照指定（错序）顺序发送。

具体实现同“缺帧”情况；

9以上各种情况下，client和server窗口中应实时显示帧的发送和接受情况，包括序号，到达时间，内容等。

以及窗口的填充和清空情况；

10使用socket编程；

11本实验要求实现的是一个简化了许多的滑动窗口协议。

对于所有包，在生成序列号后进行发送。

接收方为每个包设定一个定时器，记录包的到达情况。

如发送方发送速度过快，或某包定时器超时，则发送方应重发。

接受方窗口满时，接受到的包应被拷贝至硬盘（以下部分可以自由设计，仅做参考）。

12主要的数据结构：

包：

classpacket{

protect：

intnum；//数据包的序号

cstringcontent；//数据包内容

……

//method

……

}

消息：

classmessage{

protect：

intno；//消息的序号

cstringcontent；//消息内容

intid；//消息的方向

//method

……

}

13程序主要流程

14方法：

voidcreate_windows（）；//模拟滑动窗口协议中发送，接受窗口

voidcreate_packet（）；//模拟滑动窗口协议中包

boolcreate_timer（）；//模拟滑动窗口协议中的定时器

intwaitfornext（）；//等待下一个包

voidresend（）；//重发

voidreceive（）；//数据包到达，接受数据包

voidwrite（）；//数据包全部到达，写入硬盘

注：

本实验主要目的是为了加深同学们对于滑动窗口协议的了解，而不是底层的网络编程。

所以在这里，“包”的概念可以是一组题为“1”、“2”、“3”等等的文件（由程序动态创建）。

如果是在两台机器上实现，其中一台机器作为发送方，另一台则是接收方，双方进行通讯。

如果接收方窗口大小为6，则当编号为7的包（文件）到达时，接受方应作相应处理，包括通知发送方暂停发送，缓存收到的包，清空滑动窗口等。

当然，对于出错的情况，比如包丢失，不按序到达等情况编程者应有所考虑，所以在模拟接收方的机器上，应提供选择待发送包序号的界面。

一个简单的选择发送包的界面如下：

15按序发送

16错序发送（包4未发送）

二、简单的端口扫描

1、基本概念

●三次握手Three-way Handshake  

 一个虚拟连接的建立是通过三次握手来实现的   

1. （B） --> [SYN] --> （A）  

 假如服务器A和客户机B通讯. 当A要和B通信时，B首先向A发一个SYN （Synchronize） 标记的包，告诉A请求建立连接.   

注意:

 一个 SYN包就是仅SYN标记设为1的TCP包（参见TCP包头Resources）. 认识到这点很重要，只有当A受到B发来的SYN包，才可建立连接，除此之外别无他法。

因此，如果你的防火墙丢弃所有的发往外网接口的SYN包，那么你将不能让外部任何主机主动建立连接。

2. （B） <-- [SYN/ACK] <--（A）   

接着，A收到后会发一个对SYN包的确认包（SYN/ACK）回去，表示对第一个SYN包的确认，并继续握手操作.  

 注意:

 SYN/ACK包是仅SYN 和 ACK 标记为1的包.

3. （B） --> [ACK] --> （A）   

B收到SYN/ACK 包,B发一个确认包（ACK），通知A连接已建立。

至此，三次握手完成，一个TCP连接完成  。

 Note:

 ACK包就是仅ACK 标记设为1的TCP包. 需要注意的是当三此握手完成、连接建立以后，TCP连接的每个包都会设置ACK位  。

 这就是为何连接跟踪很重要的原因了. 没有连接跟踪,防火墙将无法判断收到的ACK包是否属于一个已经建立的连接.一般的包过滤（Ipchains）收到ACK包时,会让它通过（这绝对不是个好主意）. 而当状态型防火墙收到此种包时，它会先在连接表中查找是否属于哪个已建连接，否则丢弃该包  

●四次握手Four-way Handshake   

四次握手用来关闭已建立的TCP连接   

1. （B） --> ACK/FIN --> （A）   

2. （B） <-- ACK <-- （A）   

3. （B） <-- ACK/FIN <-- （A）   

4. （B） --> ACK --> （A）  

注意:

 由于TCP连接是双向连接, 因此关闭连接需要在两个方向上做。

ACK/FIN 包（ACK 和FIN 标记设为1）通常被认为是FIN（终结）包.然而, 由于连接还没有关闭, FIN包总是打上ACK标记. 没有ACK标记而仅有FIN标记的包不是合法的包，并且通常被认为是恶意的。

最常见的非法组合是SYN/FIN 包. 注意:

由于 SYN包是用来初始化连接的, 它不可能和 FIN和RST标记一起出现. 这也是一个恶意攻击。

表 3-2 TCP 状态表  

状 态 

描 述

CLOSED  

关闭状态，没有连接活动或正在进行  

LISTEN  

监听状态，服务器正在等待连接进入  

SYN RCVD  

收到一个连接请求，尚未确认

SYN SENT 

已经发出连接请求，等待确认 

ESTABLISHED

连接建立，正常数据传输状态 

FIN WAIT 1  

（主动关闭）已经发送关闭请求，等待确认

 FIN WAIT 2  

（主动关闭）收到对方关闭确认，等待对方关闭请求 

TIMED WAIT 

完成双向关闭，等待所有分组死掉

 CLOSING  

双方同时尝试关闭，等待对方确认

CLOSE WAIT

（被动关闭）收到对方关闭请求，已经确认  

LAST ACK  

（被动关闭）等待最后一个关闭确认，并等待所有分组死掉

●正常状态转换 

1服务器端首先执行 LISTEN 原语进入被动打开状态（ LISTEN ），等待客户端连接；  

·2当客户端的一个应用程序发出 CONNECT 命令后，本地的 TCP 实体为其创建一个连接记录并标记为 SYN SENT 状态，然后给服务器发送一个 SYN 报文段；  · 

3服务器收到一个 SYN 报文段，其 TCP 实体给客户端发送确认 ACK 报文段同时发送一个 SYN 信号，进入 SYN RCVD 状态；  

·4客户端收到 SYN + ACK 报文段，其 TCP 实体给服务器端发送出三次握手的最后一个 ACK 报文段，并转换为 ESTABLISHED 状态；  

· 5服务器端收到确认的 ACK 报文段，完成了三次握手，于是也进入 ESTABLISHED 状态。

在此状态下，双方可以自由传输数据。

当一个应用程序完成数据传输任务后，它需要关闭 TCP 连接。

假设仍由客户端发起主动关闭连接。

6客户端执行 CLOSE 原语，本地的 TCP 实体发送一个 FIN 报文段并等待响应的确认（进入状态 FIN WAIT 1 ）；  

·7服务器收到一个 FIN 报文段，它确认客户端的请求发回一个 ACK 报文段，进入 CLOSE WAIT 状态；  

· 8客户端收到确认 ACK 报文段，就转移到 FIN WAIT 2 状态，此时连接在一个方向上就断开了；  

· 9服务器端应用得到通告后，也执行 CLOSE 原语关闭另一个方向的连接，其本地 TCP 实体向客户端发送一个 FIN 报文段，并进入 LAST ACK 状态，等待最后一个 ACK 确认报文段；  

· 10客户端收到 FIN 报文段并确认，进入 TIMED WAIT 状态，此时双方连接均已经断开，但 TCP 要等待一个 2 倍报文段最大生存时间 MSL （ Maximum Segment Lifetime ），确保该连接的所有分组全部消失，以防止出现确认丢失的情况。

当定时器超时后， TCP 删除该连接记录，返回到初始状态（ CLOSED ）。

  · 

11服务器收到最后一个确认 ACK 报文段，其 TCP 实体便释放该连接，并删除连接记录，返回到初始状态（ CLOSED ）。

2、几种扫描的原理

●TCPconnect（）扫描：

这是最基本的TCP扫描。

操作系统提供的connect（）系统调用，用来与每一个感兴趣的目标计算机的端口进行连接。

如果端口处于侦听状态，那么connect（）就能成功。

否则，这个端口是不能用的，即没有提供服务。

这个技术的一个最大的优点是，你不需要任何权限。

系统中的任何用户都有权利使用这个调用。

另一个好处就是速度。

如果对每个目标端口以线性的方式，使用单独的connect（）调用，那么将会花费相当长的时间，你可以通过同时打开多个套接字，从而加速扫描。

使用非阻塞I/O允许你设置一个低的时间用尽周期，同时观察多个套接字。

●TCPSYN扫描：

这种技术通常认为是“半开放”扫描，这是因为扫描程序不必要打开一个完全的TCP连接。

扫描程序发送的是一个SYN数据包，好像准备打开一个实际的连接并等待反应一样（参考TCP的三次握手建立一个TCP连接的过程）。

一个SYN/ACK的返回信息表示端口处于侦听状态。

一个RST返回，表示端口没有处于侦听态。

如果收到一个SYN/ACK，则扫描程序必须再发送一个RST信号，来关闭这个连接过程。

●TCPFIN扫描：

有的时候有可能SYN扫描都不够秘密。

一些防火墙和包过滤器会对一些指定的端口进行监视，有的程序能检测到这些扫描。

相反，FIN数据包可能会没有任何麻烦的通过。

这种扫描方法的思想是关闭的端口会用适当的RST来回复FIN数据包。

另一方面，打开的端口会忽略对FIN数据包的回复。

这种方法和系统的实现有一定的关系。

有的系统不管端口是否打开，都回复RST，这样，这种扫描方法就不适用了。

这种方法在区分Unix和NT时，是十分有用的。

●ICMPEcho扫描：

使用ICMPRequest数据包来判断在一个网络上主机是否开机。

如果主机开机，则会回复ICMPEcho数据包。

否则得不到回复。

注释：

从上述所列的课程设计内容中，选择一个必做。

若有能力或业余时间的学生，可选择一个以上的设计内容做。

四、课程设计报告要求

写出课程设计目的，设计内容，实验环境，设计思想和实现流程，源程序、运行结果以及分析。

第二部分涉及到的概念

1、SocketforC：

2、Socketforjava：

第三部分实例

1、ftp客户端程序

代码如下：

packageftpclient;

importjava.awt.*;

importjava.awt.event.*;

importjavax.swing.*;

import.ftp.*;

import.*;

importjava.io.*;

publicclassFtpClientFrameextendsJFrame{

JPanelcontentPane;

LabellabelPrompt=newLabel（）;//状态提示

LabellabelHost=newLabel（）;

TextFieldtextFieldHost=newTextField（）;//主机地址

LabellabelUser=newLabel（）;

TextFieldtextFieldUser=newTextField（）;//用户名

LabellabelPassword=newLabel（）;

TextFieldtextFieldPassword=newTextField（）;//密码

ButtonbuttonLink=newButton（）;//连接按钮

ButtonbuttonDisconnect=newButton（）;//断开按钮

LabellabelFileShow=newLabel（）;

TextAreatextAreaContent=newTextArea（）;//显示文件和目录的文本域

LabellabelFile=newLabel（）;

TextFieldtextFieldFile=newTextField（）;//要下载的文件名输入框

LabellabelDir=newLabel（）;

TextFieldtextFieldDir=newTextField（）;//保存文件的本机目录名

ButtonbuttonDownload=newButton（）;//下载按钮

FtpClientmyFtp=null;//FtpClient对象

TelnetInputStreaminStream=null;//输入流对象

publicFtpClientFrame（）{//构造函数

try{

jbInit（）;//界面初始化并显示

}

catch（Exceptione）{

e.printStackTrace（）;

}

}

//界面初始化并显示

privatevoidjbInit（）throwsException{

contentPane=（JPanel）this.getContentPane（）;

contentPane.setLayout（null）;

labelPrompt.setBounds（newRectangle（25,6,180,22））;

labelHost.setText（"主机名:

"）;

labelHost.setBounds（newRectangle（25,38,50,22））;

textFieldHost.setBounds（newRectangle（78,38,280,22））;

labelUser.setText（"用户名:

"）;

labelUser.setBounds（newRectangle（25,70,50,22））;

textFieldUser.setBounds（newRectangle（78,70,114,22））;

labelPassword.setText（"密码:

"）;

labelPassword.setBounds（newRectangle（205,70,37,22））;

textFieldPassword.setBounds（newRectangle（244,70,114,22））;

textFieldPassword.setEchoChar（'*'）;

buttonLink.setLabel（"连接"）;

buttonLink.setBounds（newRectangle（375,38,70,22））;

buttonLink.addActionListener（newjava.awt.event.ActionListener（）{

publicvoidactionPerformed（ActionEvente）{

buttonLink_actionPerformed（e）;

}

}）;

buttonLink.setEnabled（true）;

buttonDisconnect.setLabel（"断开"）;

buttonDisconnect.setBounds（newRectangle（375,70,70,22））;

buttonDisconnect.addActionListener（newjava.awt.event.ActionListener（）{

publicvoidactionPerformed（ActionEvente）{

buttonDisconnect_actionPerformed（e）;

}

}）;

buttonDisconnect.setEnabled（false）;

labelFileShow.setText（"目录列表"）;

labelFileShow.setBounds（newRectangle（25,105,140,22））;

textAreaContent.setBounds（newRectangle（25,135,420,235））;

textAreaContent.setEditable（false）;

labelFile.setText（"欲下载的文件名:

"）;

labelFile.setBounds（newRectangle（25,380,100,22））;

textFieldFile.setBounds（newRectangle（128,380,230,22））;

labelDir.setText（"存放文件的路径:

"）;

labelDir.setBounds（newRectangle（25,412,100,22））;

textFieldDir.setBounds（newRectangle（128,412,230,22））;

buttonDownload.setLabel（"下载"）;

buttonDownload.setBounds（newRectangle（375,412,70,22））;

buttonDownload.addActionListener（newjava.awt.event.ActionListener（）{

publicvoidactionPerformed（ActionEvente）{

buttonDownload_actionPerformed（e）;

}

}）;

buttonDownload.setEnabled（false）;

contentPane.add（labelPrompt,null）;

contentPane.add（labelHost,null）;

contentPane.add（textFieldHost,null）;

contentPane.add（labelUser,null）;

contentPane.add（textFieldUser,null）;

contentPane.add（labelPassword,null）;

contentPane.add（textFieldPassword,null）;

contentPane.add（buttonLink,null）;

contentPane.add（buttonDisconnect,null）;

contentPane.add（labelFileShow,null）;

contentPane.add（textAreaContent,null）;

contentPane.add（textFieldFile,null）;

contentPane.add（labelFile,null）;

contentPane.add（labelDir,null）;

contentPane.add（textFieldDir,null）;

contentPane.add（buttonDownload,null）;

enableEvents（AWTEvent.WINDOW_EVENT_MASK）;

this.setSize（newDimension（480,485））;

this.setResizable（false）;

this.setTitle（"ftp客户端"）;

this.setVisible（true）;

}

//响应“连接”按钮的点击消息，连接到服务器端

voidbuttonLink_actionPerformed（ActionEvente）{

String