基于TCPIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于TCPIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要通過(guò)對(duì)高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)現(xiàn)狀的調(diào)查與分析，提出了總體的設(shè)計(jì)目標(biāo)以及設(shè)計(jì)方案，包括系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境以及系統(tǒng)展現(xiàn)內(nèi)容。系統(tǒng)采用C/S模式，通過(guò)主機(jī)與客戶機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包，利用網(wǎng)絡(luò)包截獲的相應(yīng)技術(shù)以及包過(guò)濾等策略，對(duì)特定的數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析，將各類協(xié)議首部用的二進(jìn)制代碼展現(xiàn)，可更直觀的看到網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木唧w方式，同時(shí)可將二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，使系統(tǒng)具有更強(qiáng)的可視性。

關(guān)鍵字TCP/IP；教學(xué)平臺(tái)；數(shù)據(jù)包截獲；包過(guò)濾；協(xié)議分析1引言

TCP/IP協(xié)議族是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件組成的核心部分，同時(shí)也是很抽象和難以掌握的部分。目前，對(duì)于TCP/IP協(xié)議族的研究，一般是基于協(xié)議應(yīng)用本身的研究，也就是研究如何將指定的協(xié)議嵌入產(chǎn)品，使該產(chǎn)品能夠支持上層產(chǎn)品應(yīng)用該協(xié)議或自身產(chǎn)品對(duì)該協(xié)議的應(yīng)用。作為高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中所介紹的協(xié)議，對(duì)于很大一部分老師和同學(xué)來(lái)講，都還只是停留在了解和使用這個(gè)協(xié)議上，并沒(méi)有深入到協(xié)議本身的原理中去。

本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)TCP/IP協(xié)議族的研究，將其中的部分常用協(xié)議（如TCP、IP、UDP等）的具體結(jié)構(gòu)、工作方式和工作過(guò)程，用人機(jī)交互方式和圖形化界面形象生動(dòng)展現(xiàn)在學(xué)生面前。教學(xué)中通過(guò)對(duì)本套系統(tǒng)的利用，可以達(dá)到提高學(xué)習(xí)效率，改善學(xué)習(xí)效果，使學(xué)生對(duì)協(xié)議的學(xué)習(xí)不僅達(dá)到對(duì)使用方法的了解，同時(shí)達(dá)到對(duì)協(xié)議結(jié)構(gòu)以及工作原理的領(lǐng)悟，使學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)達(dá)到一個(gè)新的層次。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)2.1設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)目的

本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的目的是針對(duì)大學(xué)本科學(xué)生對(duì)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程中關(guān)于網(wǎng)絡(luò)傳輸以及協(xié)議原理部分的學(xué)習(xí)，使學(xué)生可以自己定制傳輸內(nèi)容，并親眼看到所有內(nèi)容傳輸?shù)倪^(guò)程形式等，增強(qiáng)對(duì)協(xié)議結(jié)構(gòu)的記憶，并可以親自動(dòng)手控制協(xié)議的狀態(tài)，達(dá)到對(duì)協(xié)議原理及工作方式的深入了解。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所用到的原理2.2.1數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?/p>

在基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)用層的數(shù)據(jù)傳輸通常是基于TCP或者UDP協(xié)議的，而兩種協(xié)議最大的區(qū)別在于是否面向連接。

在面向連接的TCP協(xié)議中，傳輸數(shù)據(jù)首先要求傳輸雙方建立一條虛電路連接。通信雙方通過(guò)自身的sockets（或稱為通訊端點(diǎn)）建立sockets的連接，從而達(dá)到傳輸?shù)哪康摹?/p>

UDP是一種是無(wú)連接的用戶數(shù)據(jù)報(bào)傳輸協(xié)議，與TCP操作不同，計(jì)算機(jī)間并不需要建立一個(gè)明確、可靠的鏈路，一個(gè)UDP應(yīng)用可同時(shí)作為客戶方或服務(wù)器方。UDP向應(yīng)用程序提供了一種發(fā)送封裝的原始IP數(shù)據(jù)包的方法。雖然UDP數(shù)據(jù)報(bào)只能提供不可靠的交付，但在許多方面UDP可以簡(jiǎn)化連接，這樣可以避免建立和釋放連接的麻煩。2.2.2網(wǎng)絡(luò)包截獲的原理

通常在同一個(gè)網(wǎng)段的所有網(wǎng)絡(luò)接口都有訪問(wèn)在物理媒體上傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)的能力，而每個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口都還應(yīng)該有一個(gè)硬件地址，該硬件地址不同于網(wǎng)絡(luò)中存在的其他網(wǎng)絡(luò)接口的硬件地址，同時(shí)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)至少還要一個(gè)廣播地址（代表所有的接口地址），在正常情況下，一個(gè)合法的網(wǎng)絡(luò)接口應(yīng)該只響應(yīng)這樣的兩種數(shù)據(jù)幀：

（1）幀的目標(biāo)區(qū)域具有和本地網(wǎng)絡(luò)接口相匹配的硬件地址。

（2）幀的目標(biāo)區(qū)域具有"廣播地址"。

在接受到上面兩種情況的數(shù)據(jù)包時(shí)，網(wǎng)卡通過(guò)CPU產(chǎn)生一個(gè)硬件中斷，該中斷能引起操作系統(tǒng)注意，然后將幀中所包含的數(shù)據(jù)傳送給系統(tǒng)進(jìn)一步處理。

本系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)幀的截獲就是利用將本地網(wǎng)卡模式設(shè)成混雜（promiscuous）狀態(tài)的機(jī)制，混雜模式就是接收所有經(jīng)過(guò)網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)包，包括不是發(fā)給本機(jī)的包。當(dāng)網(wǎng)卡處于這種"混雜"方式時(shí)，使網(wǎng)卡對(duì)所有遭遇到的每一個(gè)幀都產(chǎn)生一個(gè)硬件中斷以便提醒操作系統(tǒng)處理流經(jīng)該物理媒體上的每一個(gè)報(bào)文包。2.2.3協(xié)議狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的原理

這里主要是指TCP協(xié)議各種狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)，TCP的各狀態(tài)間的跳轉(zhuǎn)見(jiàn)圖1。

圖1中所展現(xiàn)的內(nèi)容在系統(tǒng)中，主要是通過(guò)改變TCP首部中相應(yīng)位置的值來(lái)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3.1系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)由三部分組成，其中包括數(shù)據(jù)傳輸部分，數(shù)據(jù)采集部分和數(shù)據(jù)分析部分。數(shù)