1、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
2、 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 HT
3、TP 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 TCP connect、TCP SYN 和 TCP FIN 进行端口扫描，使用 ICMP echo 扫描实现 IP 扫描。并把扫描得知的结果记录下
4、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；4 client 向 server 发起连接，成功则转入 5;5 client 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
5、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，
6、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：class packetprotect：int num；/数据包的序号cstring content；/数据包内容 /method 消息：class messageprotect：int no；/消息的序号cstring content；/消息内容int id；/消息的方向/method 13 程序主要流程14 方法：void create_windows（） ；/模拟滑动窗口协议中发送，接受窗口void create
7、_packet（） ；/模拟滑动窗口协议中包bool create_timer（） ；/模拟滑动窗口协议中的定时器int waitfornext（） ；/等待下一个包void resend（） ；/重发void receive（） ；/数据包到达，接受数据包void write（） ；/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
8、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create_windows()createpackets()Createtimer()Receive()Waitfornext()Write()超时包全部进入Resend()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
9、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 收到 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) ACK (A) B 收到 SYN/ACK ，B 发一个确认包(ACK)，通知 A 连
10、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。 需要注意的是当三次握手完成、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；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)
11、2. (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
12、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（
13、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
14、。 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 FI
15、N 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 TCP conn
16、ect() 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。 TCP SYN 扫描 ：这种技术通常认为是“半开放
17、”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。 TCP FIN 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
18、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。 ICMP Echo 扫描：使用 ICMP Request 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 ICMP Echo 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、Socket for C：
