计算机网络编程

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亭俊童
4 years ago
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1 计算机网络编程第 11 章 TCP 数据包的封装与发送信息工程学院方徽星

2 大纲设计目的相关知识例题分析

3 1. 设计目的熟悉 TCP 包结构对于理解网络层次结构, 以及 TCP 协议与 IP 协议的关系有着重要意义通过封装与发送一个标准的 TCP 数据包, 了解 TCP 包结构中各字段的含义与用途深入理解传输层与下面各层的关系

4 2. 相关知识 :TCP 协议的基本概念传输层协议分为 TCP: 可靠面向连接 UDP: 不可靠无连接 TCP 数据包需要封装在 IP 分组中传输 IP 头部 TCP 头部应用层数据 IP 数据 TCP 数据

5 2. 相关知识 :TCP 协议的基本概念 TCP 协议允许通信双方的应用程序在任何时候传输数据通信双方都设置有相应的发送与接收缓冲区, 用于缓存数据流 TCP 协议使用以字节为单位的滑动窗口机制, 用于控制字节流的发送接收确认与重传过程

6 2. 相关知识 :TCP 数据包的结构源端口 (16 位 ) 目的端口 (16 位 ) 序号 (32 位 ) 头部确认号 (32 位 ) 头部长度保留位标志位窗口大小 (16 位 ) TCP 校验和 (16 位 ) 紧急指针 (16 位 ) 选项与填充部分数据部分

7 2. 相关知识 :TCP 数据包的结构源端口 : 发送方应用程序使用的 TCP 端口号目的端口 : 接收方应用程序使用的 TCP 端口号源端口 (16 位 ) 目的端口 (16 位 ) 序号 (32 位 ) 头部确认号 (32 位 ) 头部长度保留位标志位窗口大小 (16 位 ) TCP 校验和 (16 位 ) 紧急指针 (16 位 ) 选项与填充部分

8 2. 相关知识 :TCP 数据包的结构序号 :TCP 包第一字节序号 TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序号源端口 (16 位 ) 目的端口 (16 位 ) 序号 (32 位 ) 头部确认号 (32 位 ) 头部长度保留位标志位窗口大小 (16 位 ) TCP 校验和 (16 位 ) 紧急指针 (16 位 ) 选项与填充部分

9 2. 相关知识 :TCP 数据包的结构确认号 : 是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号源端口 (16 位 ) 目的端口 (16 位 ) 序号 (32 位 ) 头部确认号 (32 位 ) 头部长度保留位标志位窗口大小 (16 位 ) TCP 校验和 (16 位 ) 紧急指针 (16 位 ) 选项与填充部分

10 2. 相关知识 :TCP 数据包的结构头部长度 :4 位, 表示 TCP 数据包的头部长度, 取值范围是 5~15( 以 4 字节为计算单位 ) 源端口 (16 位 ) 目的端口 (16 位 ) 序号 (32 位 ) 头部确认号 (32 位 ) 头部长度保留位标志位窗口大小 (16 位 ) TCP 校验和 (16 位 ) 紧急指针 (16 位 ) 选项与填充部分

11 2. 相关知识 :TCP 数据包的结构保留位 :6 位, 保留为今后使用, 默认置为 0 源端口 (16 位 ) 目的端口 (16 位 ) 序号 (32 位 ) 头部确认号 (32 位 ) 头部长度保留位标志位窗口大小 (16 位 ) TCP 校验和 (16 位 ) 紧急指针 (16 位 ) 选项与填充部分

12 2. 相关知识 :TCP 数据包的结构标志位 :6 位, 设置 6 种不同的标志位 U R G A C K P S H R S T S Y N F I N 源端口 (16 位 ) 目的端口 (16 位 ) 序号 (32 位 ) 头部确认号 (32 位 ) 头部长度保留位标志位窗口大小 (16 位 ) TCP 校验和 (16 位 ) 紧急指针 (16 位 ) 选项与填充部分

13 2. 相关知识 :TCP 数据包的结构 1 紧急 URG : 当 URG 1 时, 紧急指针字段有效, 数据的优先级高 2 确认 ACK : 只有当 ACK 1 时确认号字段才有效 ; 当 ACK 0 时, 确认号无效 3 推送 PSH (PuSH) : 接收 TCP 收到 PSH = 1 的报文段, 就尽快地交付接收应用进程, 而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付

14 2. 相关知识 :TCP 数据包的结构 4 复位 RST (ReSeT) : 当 RST 1 时, 表明 TCP 连接中出现严重差错 ( 如由于主机崩溃或其他原因 ), 必须释放连接, 然后再重新建立运输连接 5 同步 SYN : 同步 SYN = 1 表示这是一个连接请求或连接接受报文用于同步序号 6 终止 FIN (FINish) : 用来释放一个连接 FIN 1 表明此报文段的发送端的数据已发送完毕, 并要求释放连接

15 2. 相关知识 :TCP 数据包的结构窗口大小 : 用来让对方设置发送窗口的依据, 单位为字节, 最大值是 = 字节源端口 (16 位 ) 目的端口 (16 位 ) 序号 (32 位 ) 头部确认号 (32 位 ) 头部长度保留位标志位窗口大小 (16 位 ) 校验和 (16 位 ) 紧急指针 (16 位 ) 选项与填充部分

16 2. 相关知识 :TCP 数据包的结构校验和 : 校验范围包括伪头部头部和数据源端口 (16 位 ) 目的端口 (16 位 ) 序号 (32 位 ) 头部确认号 (32 位 ) 头部长度保留位标志位窗口大小 (16 位 ) 校验和 (16 位 ) 紧急指针 (16 位 ) 选项与填充部分

17 2. 相关知识 :TCP 数据包的结构在计算检验和时, 临时在 TCP 报文段的前面加上 12 字节的伪头部 (pseudo header) 源 IP 地址 (32 位 ) 目的 IP 地址 (32 位 ) 保留位 ( 全 0) 协议 (8 位 ) TCP 长度 (16 位 ) 值为 6

18 2. 相关知识 :TCP 数据包的结构紧急指针 : 指出在本报文段中紧急数据共有多少个字节 ( 紧急数据放在本报文段数据的最前面 ) 源端口 (16 位 ) 目的端口 (16 位 ) 序号 (32 位 ) 头部确认号 (32 位 ) 头部长度保留位标志位窗口大小 (16 位 ) 校验和 (16 位 ) 紧急指针 (16 位 ) 选项与填充部分

19 2. 相关知识 :TCP 数据包的结构选项 :0~40 字节, 如果 TCP 头部长度不是 32 位的整数倍, 就需要使用填充位 (0) 凑齐源端口 (16 位 ) 目的端口 (16 位 ) 序号 (32 位 ) 头部确认号 (32 位 ) 头部长度保留位标志位窗口大小 (16 位 ) 校验和 (16 位 ) 紧急指针 (16 位 ) 选项与填充部分

20 2. 例题分析 : 设计要求根据协议规定的 TCP 数据包的标准格式, 编写程序构造 TCP 包结构, 填写各个字段, 并将封装后的 TCP 包内容写入输出文件为简便起见, 数据字段通过为字符串赋值来获得需要计算头部校验和

21 2. 例题分析 : 设计要求具体要求要求为命令行程序 TcpEncap output_file 输出文件名

22 2. 例题分析 : 设计要求具体要求要求将部分字段内容显示在控制台上, 具体格式为 IP 头部字段总长度 :xx IP 校验和 :xx 源 IP 地址 :xx.xx.xx.xx 目的 IP 地址 :xx.xx.xx.xx TCP 头部与数据字段 TCP 长度 :xx 源端口 :xx 目的端口 :xx TCP 校验和 :xx 数据字段 :xx

23 2. 例题分析 : 关键问题定义 TCP 头部结构 typedef struct TCP_HEAD { unsigned short SourcePort;// 源端口 16 位 unsinged short DestinPort;// 目的端口 16 位 unsinged int Sequence;// 序号 unsigned int Acknowledge;// 确认号 }tcp_head;

24 2. 例题分析 : 关键问题 typedef struct TCP_HEAD { union { unsigned short HeadLen;// 头部长度 4 位 unsigned short Reserved;// 保留位 6 位 unsigned short Flags;// 标志位 6 位 }; }tcp_head;

25 2. 例题分析 : 关键问题定义 TCP 头部结构 typedef struct TCP_HEAD { unsigned short WindowsLen;// 窗口大小 16 位 unsigned short TcpChecksum;// 检验和 16 位 unsigned short UrgePoint; // 紧急指针 16 位 }tcp_head;

26 2. 例题分析 : 关键问题定义 TCP 伪头部结构 typedef struct PSD_HEAD { unsigned int SourceAddr;// 源 IP 地址 32 位 unsigned int DestinAddr;// 目的 IP 地址 32 位 unsigned char Reserved;// 保留位 8 位 unsigned char Protocal;// 协议 8 位 unsinged short TcpLen;//TCP 长度 16 位 }psd_head;

27 2. 例题分析 : 关键问题填充数据包 // 初始化相关对象 psd_head psd = {0};// 伪头部初始化为全 0 填充 tcp_head tcp = {0}//tcp 头部也全 0 填充 unsigned short check[65535];// 校验缓冲区 const char tcp_data[] = { This is a test of tcp packet encapsule! };

28 2. 例题分析 : 关键问题填充数据包 // 填充 TCP 伪头部字段 psd.sourceaddr = ip.sourceaddr; psd.destinaddr = ip.destinaddr; psd.reserved = 0; psd.protocol = ip.protocol; psd.tcplen = sizeof(tcp_head) + sizeof(tcp_data);

29 2. 例题分析 : 关键问题填充数据包 // 填充 TCP 头部字段 tcp.sourceport = 1000; tcp.destinport = 1000; tcp.sequence = 0; tcp.acknowledge = 0; tcp.headlen = (sizeof(tcp_head)/sizeof(unsigned int)<<4 0); tcp.windowslen = htons((unsigned short)10000); tcp.tcpchecksum = 0; tcp.urgepoint = 0;

30 2. 例题分析 : 关键问题计算 TCP 包 ( 包括伪头部 ) 的校验和 memset(check, 0, 65535);// 全部重置为 0 memcpy( check, &psd, sizeof(psd_head));// 复制伪头部 memcpy( check+sizeof(psd_head), &tcp, sizeof(tcp_head));// 复制 tcp 头部

31 2. 例题分析 : 关键问题计算 TCP 包 ( 包括伪头部 ) 的校验和 memcpy( check+sizeof(psd_head) + sizeof(tcp_head), tcp_data, sizeof(tcp_data));// 复制 tcp 数据 // 计算校验和 tcp.tcpchecksum = checksum(check, sizeof(psd_head) + sizeof(tcp_head)+ sizeof(tcp_data));

32 2. 例题分析 : 关键问题程序流程图开始命令行参数是否正确? N 输出错误信息 Y 1 结束

33 2. 例题分析 : 关键问题程序流程图 1 填充 TCP 伪头部结构打开输出文件填充 TCP 头部结构填充 IP 头部结构计算 IP 头部校验和填充 TCP 数据部分计算 TCP 头部校验和 2

34 2. 例题分析 : 关键问题程序流程图 2 TCP 包写入输出文件关闭输出文件结束

35 2. 例题分析 : 程序演示

36 作业 P131- 练习题, 说明文档发送到

37 本章小结设计目的了解 TCP 包结构各字段含义用途掌握封装和发送 TCP 包的编程方法相关知识 TCP 协议基本概念 TCP 数据包的结构例题分析定义 TCP 头部伪头部数据结构填充数据包计算校验和

Chapter #

Chapter # 第三章 TCP/IP 协议栈本章目标通过本章的学习, 您应该掌握以下内容 : 掌握 TCP/IP 分层模型掌握 IP 协议原理理解 OSI 和 TCP/IP 模型的区别和联系 TCP/IP 介绍主机主机 Internet TCP/IP 早期的协议族全球范围 TCP/IP 协议栈 7 6 5 4 3 应用层表示层会话层传输层网络层应用层主机到主机层 Internet 层 2 1 数据链路层