畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告網(wǎng)絡(luò)連通性測(cè)試軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、題目網(wǎng)絡(luò)連通性測(cè)試軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)專業(yè)一. 對(duì)指導(dǎo)教師下達(dá)的課題任務(wù)的學(xué)習(xí)與理解internet是一個(gè)跨越全球的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。通過internet可以在全球范圍內(nèi)將信息快速、有效和方便地傳遞。internet就像信息高速公路，它是人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾M成部分，所以對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性的研究很有實(shí)用價(jià)值。本次畢設(shè)主要是研究網(wǎng)絡(luò)的連通性，并研究網(wǎng)絡(luò)的帶寬和拓?fù)涮匦?。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于icmp協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)連通性測(cè)試軟件，用于測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的連通性。當(dāng)源主機(jī)與目的主機(jī)之間的鏈路可達(dá)時(shí)，給出鏈路的時(shí)延特性，和所經(jīng)歷的路由；當(dāng)源主機(jī)與目的主機(jī)之間的鏈路不可達(dá)時(shí)，報(bào)告故障結(jié)點(diǎn)的ip地址。二. 閱讀文獻(xiàn)資料進(jìn)行調(diào)

2、研的綜述1 winsock api編程傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)api有netbios、重定向器、郵槽和管道，現(xiàn)今比較普遍使用的網(wǎng)絡(luò)編程是winsock api。winsock api是一種與協(xié)議無關(guān)的網(wǎng)絡(luò)api。2 tcp/ip協(xié)議tcp/ip協(xié)議包含的范圍非常的廣,是一種四層協(xié)議,包含了各種硬件軟件需求的定義,我們這里只介紹軟件方面的知識(shí)。udp協(xié)議(user datagram protocol 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)。是一種保護(hù)消息邊界的,不保障可靠數(shù)據(jù)的傳輸。tcp協(xié)議(transmission control protocol 傳輸控制協(xié)議)。是一種流傳輸?shù)膮f(xié)議.他提供可靠的,有序的,雙向的,面向連接的傳

3、輸。其中，保護(hù)消息邊界，就是指?jìng)鬏攨f(xié)議把數(shù)據(jù)當(dāng)作一條獨(dú)立的消息在網(wǎng)上傳輸,接收端只能接收獨(dú)立的消息。也就是說存在保護(hù)消息邊界,接收端一次只能接收發(fā)送端發(fā)出的一個(gè)數(shù)據(jù)包。而面向流則是無保護(hù)消息保護(hù)邊界的,如果發(fā)送端連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù),接收端有可能在 一次接收動(dòng)作中,會(huì)接收兩個(gè)或者更多的數(shù)據(jù)包。所以，udp協(xié)議的保護(hù)消息邊界使得每一個(gè)消息都是獨(dú)立的。而流傳輸,卻把數(shù)據(jù)當(dāng)作一串?dāng)?shù)據(jù)流,它不認(rèn)為數(shù)據(jù)是一個(gè)一個(gè)的消息。icmp通常被認(rèn)為是ip層的一部分。它傳遞差錯(cuò)報(bào)文以及其他需要注意的信息。icmp協(xié)議通常被ip層或更高層使用。一些icmp報(bào)文把差錯(cuò)報(bào)文返回給用戶進(jìn)程。icmp報(bào)文是在ip數(shù)據(jù)報(bào)內(nèi)部被傳輸?shù)摹?/p>

4、所有報(bào)文的前4個(gè)字節(jié)都是一樣的，但是剩下的其他字節(jié)則互不相同。類型字段可以有15個(gè)不同的值，以描述特定類型的icmp報(bào)文。某些icmp報(bào)文還使用代碼字段的值來進(jìn)一步描述不同的條件。檢驗(yàn)和字段覆蓋整個(gè)icmp報(bào)文。icmp的檢驗(yàn)和是必需的。3 tcp/ip協(xié)議與winsock網(wǎng)絡(luò)編程接口的關(guān)系winsock實(shí)際上可看作是tcp/ip協(xié)議的一種封裝,你可以通過調(diào)用winsock的接口函數(shù)來調(diào)用tcp/ip的各種功能。例如我想用tcp/ip協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù),你就可以使用winsock的接口函數(shù)send()來調(diào)用tcp/ip的發(fā)送數(shù)據(jù)功能,至于具體怎么發(fā)送數(shù)據(jù),winsock已經(jīng)幫你封裝好了這種功能。4

5、winsock編程的流程對(duì)于任何基于winsock的編程首先我們必須要初始化winsock dll庫(kù)。int wsastarup( word wversionrequested , lpwsadata lpwsadata )；其中，wversionrequested是我們要求使用的winsock的版本。調(diào)用這個(gè)接口函數(shù)可以初始化winsock 。然后我們必須創(chuàng)建一個(gè)套接字(socket)。socket socket( int af , int type , int protocol )；套接字可以說是winsock通訊的核心。winsock通訊的所有數(shù)據(jù)傳輸,都是通過套接字來完成的,套接字包含

6、了兩個(gè)信息,一個(gè)是ip地址,一個(gè)是port端口號(hào),使用這兩個(gè)信息,我們就可以確定網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)通訊節(jié)點(diǎn)。當(dāng)我們調(diào)用了socket()接口函數(shù)創(chuàng)建了一個(gè)套接字后,我們必須把套接字與你需要進(jìn)行通訊的地址建立聯(lián)系,我們可以通過綁定函數(shù)bind()來實(shí)現(xiàn)這種聯(lián)系。在聯(lián)系之前，我們必須把主機(jī)字節(jié)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)字節(jié)的順序。當(dāng)綁定完成之后,服務(wù)器端必須建立一個(gè)監(jiān)聽的隊(duì)列來接收客戶端的連接請(qǐng)求。int listen( socket s ,int backlog );這個(gè)函數(shù)可以讓我們把套接字轉(zhuǎn)成監(jiān)聽模式。如果客戶端有了連接請(qǐng)求,我們還必須使用 int accept( socket s , struct sock

7、addr far* addr , int far* addrlen );來接受客戶端的請(qǐng)求.而客戶端的建立的流程則是初始化winsock ,然后創(chuàng)建socket套接字,再使用 int connect( socket s , const struct sockaddr far* name , int namelen ) ;來連接服務(wù)端。當(dāng)服務(wù)器端和客戶端建立連接以后,無論是客戶端,還是服務(wù)器端都可以使用int send( socket s , const char far* buf , int len , int flags );int recv( socket s , char far* bu

8、f , int len , int flags );函數(shù)來接收和發(fā)送數(shù)據(jù),因?yàn)?tcp連接是雙向的.當(dāng)要關(guān)閉通訊連結(jié)的時(shí)候，任何一方都可以調(diào)用int shutdown( socket s , int how ) ;來關(guān)閉套接字的指定功能。再調(diào)用int closesocket( socket s) ;來關(guān)閉套接字句柄。5 網(wǎng)絡(luò)連通性測(cè)試原理網(wǎng)絡(luò)連通性測(cè)試使用icmp報(bào)文和ip首部中的ttl字段（生存周期）。ttl字段是由發(fā)送端初始設(shè)置一個(gè)8 bit字段。每個(gè)處理數(shù)據(jù)報(bào)的路由器都需要把ttl的值減1或減去數(shù)據(jù)報(bào)在路由器中停留的秒數(shù)。由于大多數(shù)的路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)的時(shí)延都小于1秒鐘，因此ttl最終成為

9、一個(gè)跳站的計(jì)數(shù)器，所經(jīng)過的每個(gè)路由器都將其值減1。當(dāng)路由器收到一份ip數(shù)據(jù)報(bào)，如果其ttl字段是0或1，則路由器不轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)報(bào)（接收到這種數(shù)據(jù)報(bào)的目的主機(jī)可以將它交給應(yīng)用程序，這是因?yàn)椴恍枰D(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)報(bào)。但是在通常情況下，系統(tǒng)不應(yīng)該接收ttl字段為0的數(shù)據(jù)報(bào)）。相反，路由器將該數(shù)據(jù)報(bào)丟棄，并給信源機(jī)發(fā)一份icmp“超時(shí)”信息。連通性測(cè)試的關(guān)鍵在于包含這份icmp信息的ip報(bào)文的信源地址是該路由器的ip地址。我們現(xiàn)在可以得到連通性的操作過程。它發(fā)送一份ttl字段為1的ip數(shù)據(jù)報(bào)給目的主機(jī)。處理這份數(shù)據(jù)報(bào)的第一個(gè)路由器將ttl值減1，丟棄該數(shù)據(jù)報(bào)，并發(fā)回一份icmp超時(shí)報(bào)文（報(bào)文格式如圖1所示）。

10、這樣就得到了該路徑中的第一個(gè)路由器的地址。然后模塊發(fā)送一份ttl值為2的數(shù)據(jù)報(bào)，這樣我們就可以得到第二個(gè)路由器的地址。繼續(xù)這個(gè)過程直至該數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)目的主機(jī)。但是目的主機(jī)哪怕接收到ttl值為1的ip數(shù)據(jù)報(bào)，也不會(huì)丟棄該數(shù)據(jù)報(bào)并產(chǎn)生一份超時(shí)icmp報(bào)文，這是因?yàn)閿?shù)據(jù)報(bào)已經(jīng)到達(dá)其最終目的地。那么我們?cè)撊绾闻袛嗍欠褚呀?jīng)到達(dá)目的主機(jī)了呢？0 7 8 15 16 31類型（0或1）代碼(0或1)檢驗(yàn)和未用(必須為0)ip首部(包括選項(xiàng))原始ip數(shù)據(jù)報(bào)中數(shù)據(jù)的前8字節(jié)圖1 icmp超時(shí)報(bào)文發(fā)送一份udp數(shù)據(jù)報(bào)給目的主機(jī)，但選擇一個(gè)不可能的值作為udp端口號(hào)（大于30000），使目的主機(jī)的任何一個(gè)應(yīng)用程序都不

11、可能使用該端口。因?yàn)?，?dāng)該數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)時(shí)，將使目的主機(jī)的udp模塊產(chǎn)生一份“端口不可達(dá)”錯(cuò)誤的icmp報(bào)文（如圖2所示）。當(dāng)?shù)竭_(dá)故障節(jié)點(diǎn)時(shí)，路由器收到一份ip數(shù)據(jù)報(bào)但又不能轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，就發(fā)送一份icmp主機(jī)不可達(dá)報(bào)文。這樣我們就知道故障結(jié)點(diǎn)的ip地址了。圖2 udp端口不可達(dá)返回的icmp報(bào)文這樣，連通性測(cè)試所要做的就是區(qū)分接收到的icmp報(bào)文是超時(shí)報(bào)文還是端口不可達(dá)報(bào)文，或是主機(jī)不可達(dá)以判斷什么時(shí)候結(jié)束。連通性測(cè)試通過在udp數(shù)據(jù)報(bào)中存放發(fā)送請(qǐng)求的時(shí)間值來計(jì)算往返時(shí)間。當(dāng)應(yīng)答返回時(shí)，用當(dāng)前時(shí)間減去存放在udp報(bào)文中的時(shí)間值，即是往返時(shí)間。6 拓?fù)渫茰y(cè)方法icmp 協(xié)議是用于在主機(jī)、路由器之間傳送控

12、制信息或差錯(cuò)信息的協(xié)議。通常用這種協(xié)議來測(cè)試主機(jī)是否可達(dá)、路由是否可用等網(wǎng)絡(luò)信息。基于icmp 協(xié)議的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法的原理是，首先對(duì)一個(gè)指定的地址空間所有可能的ip 地址發(fā)出icmp echo 請(qǐng)求，通過icmp echo 應(yīng)答來判斷網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的可達(dá)性，發(fā)現(xiàn)活動(dòng)結(jié)點(diǎn)。然后再測(cè)量已發(fā)現(xiàn)的活動(dòng)結(jié)點(diǎn)，利用icmp 超時(shí)和端口不可達(dá)信息來發(fā)現(xiàn)源結(jié)點(diǎn)到目的結(jié)點(diǎn)的路由信息；最后，分析獲取的數(shù)據(jù)，構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接情況。使用icmp 協(xié)議原理較為簡(jiǎn)單，對(duì)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)所做的限制條件少，適用性強(qiáng)，在進(jìn)行拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)的同時(shí)也檢測(cè)了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的活動(dòng)性。但拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)確性不好，對(duì)于路由器之間的連接關(guān)系的分析比較麻煩，構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

13、較困難。而且，如果對(duì)一定范圍的ip 逐一測(cè)試，費(fèi)時(shí)且增加網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。三. 根據(jù)任務(wù)書的任務(wù)及文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果，初步擬定的執(zhí)行（實(shí)施）方案（含具體進(jìn)度計(jì)劃）1 實(shí)施方案此次畢設(shè)主要分為以下幾個(gè)部分一步步實(shí)現(xiàn)：1、向目標(biāo)主機(jī)發(fā)送udp報(bào)文，ttl從1開始依次增加，udp端口大于30000。2、根據(jù)路由器返回的報(bào)文得到網(wǎng)絡(luò)的連通性、主機(jī)之間路徑的每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)、往返時(shí)間。3、結(jié)果用可視化界面顯示，并完善界面使得整個(gè)界面更人性化。2 設(shè)計(jì)進(jìn)度(1)認(rèn)真學(xué)習(xí)和理解畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，完成開題報(bào)告。 2周(2)學(xué)習(xí)和掌握網(wǎng)絡(luò)套接口api，學(xué)習(xí)和理解icmp協(xié)議的編程接口。 2周(3)對(duì)系統(tǒng)各模塊的功能進(jìn)行詳細(xì)

14、設(shè)計(jì)。 2周(4)編程實(shí)現(xiàn)基于icmp協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)連通性測(cè)試軟件的功能模塊，并所設(shè)計(jì)的軟件進(jìn)行測(cè)試和分析。 6周(5)整理資料，撰寫論文，準(zhǔn)備答辯。 2周參考文獻(xiàn)1 n. hu, p. steenkiste. evaluation and characterization of available bandwidth probing techniquesj. ieee journal on selected areas in communications, 2003, 21(6): 879-894.2 a. feldmann, c. greenberg. netscope: traffic en

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