2023年计算机网络+课程设计源代码和实验报告+帧封装IP数据包解析和发送TCP数据包.docx

计算机网络课程设计报告 院〔系〕： 计算机学院 专 业： 计算机科学与技术 姓 名： 班 级： 学 号： 指导教师： 2023 年 7 月 4 日 计算机网络课程设计之协议编程 实验一 帧封装 实验目的： • 编写程序，根据给出的原始数据，组装一个IEEE 802.3格式的帧〔题目〕默认的输入文件为二进制原始数据〔文件名分别为input1和input2〕〕。 • 要求程序为命令行程序。比方，可执行文件名为framer.exe，那么命令行形式如下：framer inputfile outputfile，其中，inputfile为原始数据文件，outputfile为输出结果。 • 输出:对应input1和input2得结果分别为output1和output2。 试验要求： • 编写程序，根据给出的原始数据，组装一个IEEE 802.3格式的帧〔题目〕默认的输入文件为二进制原始数据〔文件名分别为input1和input2〕〕。 • 要求程序为命令行程序。比方，可执行文件名为framer.exe，那么命令行形式如下：framer inputfile outputfile，其中，inputfile为原始数据文件，outputfile为输出结果。 输出:对应input1和input2得结果分别为output1和output2 验设计相关知识： 帧：来源于串行线路上的通信。其中，发送者在发送数据的前后各添加特殊的字符，使它们成为一个帧。Ethernet从某种程度上可以被看作是机器之间的数据链路层连接。 按802.3标准的帧结构如下表所示〔802.3标准的Ethernet帧结构由7局部组成〕 802.3标准的帧结构 前导码 帧前定界符 目的地址 源地址 长度字段 数据字段 校验字段 7B 1B (2/6B) (2/6B) (2B) (长度可变) (4B) 其中，帧数据字段的最小长度为46B。如果帧的LLC数据少于46B，那么应将数据字段填充至46B。填充字符是任意的，不计入长度字段值中。 在校验字段中，使用的是CRC校验。校验的范围包括目的地址字段、源地址字段、长度字段、LLC数据字段。 循环冗余编码(CRC)是一种重要的线性分组码、编码和解码方法，具有简单、检错和纠错能力强等特点，在通信领域广泛地用于实现过失控制。CRC校验码的检错能力很强，不仅能检查出离散错误，还能检查出突发错误。 利用CRC进行检错的过程可简单描述如下：在发送端根据要传送的k位二进制码序列，以一定的规那么产生一个校验用的r位监督码(CRC码)，附在原始信息的后边，构成一个新的二进制码序列(共k+r位)，然后发送出去。在接收端，根据信息码和CRC码之间所遵循的规那么进行检验，以确定传送中是否出错。这个规那么在过失控制理论中称为“生成多项式〞。 CRC的根本实现 前导码 帧前定界符 目的地址 源地址 长度字段 数据字段 校验字段 7B 1B (2/6B) (2/6B) (2B) (长度可变) (4B) 循环冗余校验码的特点：〔1〕CRC校验码可检测出所有单个错误。〔2〕CRC校验码可检测出所有奇数位错误。〔3〕CRC校验码可检测出所有双位的错误〔4〕CRC校验码可检测出所有小于、等于校验位长度的突发错误。〔5〕CRC校验码可以的概率检测出长度为(K+1)位的突发错误 实验分析： • 填充帧头部字段 要完成一次帧封装的过程，首先要完成的就是帧头部的装入，这一过程只要将签到吗、定界符、目的地址、源地址、长度字段的相应数值按顺序写入就可以了。其中，长度字段的值即为要发送的数据的实际长度。 • 填充数据字段 在填充数据字段的过程中要注意的主要问题是数据字段的长度。802.3标准中规定了帧数据字段的最小长度为46B，最大长度为1500B。如果数据缺乏46B，那么需要通过填充0来补足；假设数据长度超过1500B，那么的大奖超过局部封装入下一个帧进行发送。 • CRC校验 帧封装的最后一步就是对数据进行校验，并将校验结果记入帧校验字段。 程序流程图： CRC计算流程图： 序源代码： #include<iostream.h> #include<fstream.h> #include<stdlib.h> void main(int argc,charxargv[]) { //如果输入命令行不正确，那么输出提示后退出。 if(argc!=3) { cout<<endl<<"请按以下格式输入：framer inputfile outputfile"<<endl; exit(0); } //翻开指定的输出文件，以二进制方式翻开并可读可写，如文件存在，那么去除其内容。 fstream file(argv[2],ios::out|ios::in|ios::binary|ios::trunc,0); for(int i=0;i<7;i++) file.put((char)0xaa); file.put((char)0xab);//写入B的前导码和B的帧前定界符。 char des_add[]={char(0x00),char(0x00),char(0xE4),char(0x86),char(0x3A),char(0xDC)}; file.write(des_add,6);//写入B的目的地址。 char sor_add[]={char(0x00),char(0x00),char(0x80),char(0x1A),char(0xE6),char(0x65)}; file.write(sor_add,6);//写入B的源地址。 //创立输入文件流并翻开指定的输入文件，以二进制方式翻开并可读。 ifstream infile(argv[1],ios::in|ios::binary,0); int length=0; infile.seekg(0,ios::end);//将读指针移到文件末尾。 length=infile.tellg();//计算指针偏移量，即为输入文件的长度。 unsigned charx data=new unsigned char[length];//创立字符指针并根据文件长度初始化。 infile.seekg(0,ios::beg);//将读指针移到文件开始。 infile.read(data,length);//将文件数据读入到字符指针data中。 file.put(char(length>>8)); file.put(char(length&0xff));//将文件长度值按照逆序写入到输出文件的长度字段中。 file.write(data,length);//将data内容写入到输出文件中。 //如果输入文件长度缺乏B，那么用补足B。 if(length<46) { for(int j=length;j<46;j++) file.put(char(0x00)); } file.put(char(0x00));//将数据字段后添加个 file.seekg(8,ios::beg);//将读指针指向目的地址字段，从此处开始CRC计算 unsigned char ch;//ch用来保存读入的字符。 unsigned char crc=char(0x00);//余数初始值为。 while(1)//进行CRC计算 { file.get(ch); if(ch==0xff)//判断是否到了文件结尾，如果是，那么退出循环。 break; for(i=0;i<8;i++)//对入读入的字符的位分别处理。 { if(0x80==(crc&(0x80)))//当前余数最高位为，需要进行除法运算。 { crc=(crc<<1)&(0xff);//crc左移位，最低位补。 crc=crc|((ch&0x80)>>7);//将输入数据相应的值递补到余数末位。 crc=crc^(0x07);//进行除法运算，即与除数的低位相异或。 } else//当前余数的最高位为，不需要进行除法运算。 { crc=(crc<<1)&(0xff);//crc左移位，最低位补。 crc=crc|((ch&0x80)>>7);//将输入数据相应位的值递补到余数末位。 } ch=ch<<1;//读到的字符左移位，使数据下一位作为输入位。 } } file.clear(); file.seekp(-1,ios::end);//将写指针移到输出文件的最后。 file.put(crc);//写入crc码。 file.close(); infile.close();//关闭输入文件和输出文件。 cout<<endl<<"数据帧文件"<<argv[2]<<" 封装完成"<<endl; } 运行结果： 运行结果如下所示： 执行framer.exe文件的结果如下所示： 实验小结： 实现帧的封装，主要是将帧的七个局部---前导码、帧前定界符、目的地址、源地址、长度字段、数据字段和校验字段，一个一个按顺序封装的，最后使得一个帧的封装得以完成。同时，在编写程序的过程中，用到了很多的函数，这些函数的运用使得程序简便而且正确的运行出来。 实验二 解析IP数据包 实验目的： • 设计一个解析IP数据包的程序，并根据这个程序，说明IP数据包的结构及IP协议的相关问题，从而对IP层的工作原理有更好的理解和认识。 实验要求： 本实验的目标是捕获网络中的IP数据包，解析数据包的内容，见个结果显示在标准输出上，并同时写入日志文件。 程序的具体要求如下： • 以命令行形式运行：ipparse logfile，其中ipparse是程序名，而logfile那么代表记录结果的日志文件。 • 在标准输出、和日志文件中写入捕获的IP包的版本、头长度、效劳类型、数据包总长度、数据包标识、分段标志、分段偏移值、生存时间、上层协议类型、头校验和、源IP地址和目的IP地址等内容。 • 当程序接收到键盘输入Ctrl+C时退出。 设计相关知识： IP数据报的格式说明IP协议都具有什么功能。其首部，版本目前广泛使用的版本号为4；首部长度站4bit；效劳类型占8bit，其中效劳类型TOS子域占4位，优先级子域占3位，另一位为保存位；总长度字段为2B，IP数据包的最大长度是65535B；标识占16bit，它是一个计数器，用来产生数据报的标识；标志占3bit，其中最低为为MF，MF=1时为后面“还有分片〞，MF=0表示这是数据报片中的最后一个，DF=0时，表示允许分片；片偏移以8个字节为偏移单位；生存时间字段记为TTL，单位为秒；协议段占8bit，用于指出次数据是使用何种协议，典型的协议号有6：TCP，17：UDP，1：ICMP。 本程序使用套接字socket