网络编程——设计一个发送TCP数据包的程序

来源：互联网发布：数据波动率计算公式编辑：程序博客网时间：2024/06/16 10:15

摘要

TCP/IP协议族是构建互联网的基石协议。在互联网中，从一台计算机向另外一台计算机传送数据，数据包可以通过两种协议传输。其中一种就是传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）。TCP能够确保数据的传送，也确保数据包以它们正确的顺序传送，是一种提供可靠连接的传送协议。由于Java语言支持基于流的通信，即是用TCP协议进行传输，所以本次的课程设计将基于Java语言，设计出一个可以发送TCP数据包的程序。

关键字

传输控制协议（TCP），Java，套接字（Socket），IP，端口（Port）

1 引言

在互联网的四层协议中，TCP位于IP层之上，应用层之下的传输层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接。而面向连接、提供可靠传输的TCP协议则正好能够满足这一需求。因此被广泛利用。

掌握TCP数据包的发包原理和功能的实现，有利于我们能够更进一步地学习和利用更多应用层上的应用和技术，如文件传送（FTP）、远程登录（RemoteLogin）等。

本次课程设计要求我们能够实现以下效果：

(1) 以命令行形式运行：
SendTCP source_IP source_port dest_ip dest_port
其中，SendTCP为程序名，source_IP为源端IP地址，source_port为源端口，dest_ip 为目的IP地址，dest_port为目的端口
(2) 其他的TCP头部参数请自行设定。
(3) 数据字段为“Thisis my homework of network ,I am happy!”.
(4) 成功发送后在屏幕上输出“SendOK”。

2 总体设计

2.1 系统或算法框架设计

(1) 服务端的设计框架（发送数据段方）

(2) 客户端的设计框架（发送反馈信息方）

2.2 功能设计

在本次课程设计中，要求发送一段数据包，里面包含一段数据信息。同时，为了验证数据包发送成功，还需要进行验证。因此需要实现至少发送数据包和验证发送是否成功的两项功能。建立服务端发送数据段，客户端接收数据段并发送反馈信息。当它们分别运行在不同的主机上，运行程序。根据程序的运行情况，便能验证这两项功能。

在服务端，我们首先建立对源端口的监听。当客户端成功连接到源端口时，服务端即按要求发送数据段“This is my homework of network ,I amhappy!”到目的IP、端口。客户端，新建端口的监听，当收到数据段后发送“SendOK!”反馈给服务端。通过这样的数据包传送的数据，便能实现以上两种功能，见图3。要注意的是，服务端的源IP、端口即为客户端的目的IP、端口；服务端的目的IP、端口即为客户端的源IP、端口。

2.3 平台设计

本次的课程设计在Java语言的平台上利用Java语言实现。为了实现在两台计算机发送数据包的功能。本次实验采用了物理机和虚拟机模拟在同一个局域网中。其中物理机采用Windows 8.1系统，IP地址为192.168.126.53，而虚拟机则采用Windows XP系统，IP地址为192.168.126.52。如图4所示。

2.4 数据结构的设计

本次实验采用了String类型保存字符，而端口号则采用Int类型。而由于文本I/O需要编码和解码，所以，二进制I/O的效率比文本I/O的效率更高。因此最好使用二进制I/O在服务端和客户端之间进行数据传输，以便提高效率。因此，在读入和写入分别采用了DataInputStream和DataOutStrea这两个类。

2.5 接口设计

根据题目要求，程序运行时必须输入4个参数：源IP、源端口、目的IP、目的端口。程序开始时会判断是否已经输入了4个参数，如果没有输入四个参数，或输入错误，输出错误提示，如图5所示。

3. 详细设计（按照实际情况分小点，详细书写整个的设计流程以及核心源代码）

3.1 参数读入

不论是客户端还是服务端，根据要求，都需要读入IP和端口信息。而服务端的源IP、端口即为客户端的目的IP、端口；服务端的目的IP、端口即为客户端的源IP、端口。

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print?

String sourceIP = args[0];//源IP
int sourcePort = Integer.parseInt(args[1]);//源端口
String destinationIP = args[2];//目的IP
int destinationPort = Integer.parseInt(args[3]);//目的端口

String sourceIP = args[0];//源IP    int sourcePort = Integer.parseInt(args[1]);//源端口    String destinationIP = args[2];//目的IP    int destinationPort = Integer.parseInt(args[3]);//目的端口

3.2 建立套接字

无论是服务端还是客户端都需要建立套接字（Socket）。建立套接字有两种方法，一种是主动发送信息的。例外一种则是被动接收信息再发出反馈（监听）。在本次课程实验中，无论是两端既需用到主动发信息又需要用到监听。

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print?

//主动发送信息，发送方向为目的IP的目的端口
Socket socket = new Socket(destinationIP, destinationPort);
DataOutputStream dataOutputStream
= new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
dataOutputStream.writeUTF("Response Please!");
//监听，接收发给源IP的源端口信息。
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(sourcePort);
socket = serverSocket.accept();

//主动发送信息，发送方向为目的IP的目的端口Socket socket = new Socket(destinationIP, destinationPort);DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());dataOutputStream.writeUTF("Response Please!");//监听，接收发给源IP的源端口信息。ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(sourcePort);    socket = serverSocket.accept();

3.3 发送或接收数据

作为本次课程实验的重点，发送和接收是否成功是本次课程设计是否成功的关键。为了保证程序能够成功运行，本次发送的数据均采用二进制数据流。

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print?

//发送信息
DataOutputStream dataOutputStream
= new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
dataOutputStream.writeUTF("Response Please!");
//接收信息
DataInputStream dataInputStream
= new DataInputStream(socket.getInputStream());
String dataSegment=dataInputStream.readUTF();

//发送信息DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());dataOutputStream.writeUTF("Response Please!"); //接收信息DataInputStream dataInputStream                        = new DataInputStream(socket.getInputStream());                String dataSegment=dataInputStream.readUTF();

3.4 服务端功能实现

服务端在本次课程设计中，主要负责往目的套接字（目的IP+端口）发送数据段“Thisis my homework of network ,I am happy! ”，并接收来时目的套接字返回的数据段“SendOK!”，见图6。

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print?

//记录源和目的套接字的信息
String sourceIP = args[0];
int sourcePort = Integer.parseInt(args[1]);
String destinationIP = args[2];
int destinationPort = Integer.parseInt(args[3]);
//建立监听
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(sourcePort);
Socket socket = serverSocket.accept();
//接收来自客户端的信息
DataInputStream dataInputStream
= new DataInputStream(socket.getInputStream());
//发送信息
String dataSegment = "This is my homework of network ,I am happy!";
DataOutputStream dataOutputStream
= new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
dataOutputStream.writeUTF(dataSegment);
//接收成功信息
socket = new Socket(destinationIP, destinationPort);
dataOutputStream = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
dataOutputStream.writeUTF("Successfully Received!");
dataInputStream = new DataInputStream(socket.getInputStream());
dataSegment=dataInputStream.readUTF();
PrintMessage("接收到来自" + socket.getInetAddress().toString().substring(1) + ","
+ socket.getPort() + "号端口的信息");
PrintMessage("信息内容为:" + dataSegment);
//关闭流
dataInputStream.close();
dataOutputStream.close();
socket.close();
serverSocket.close();

//记录源和目的套接字的信息String sourceIP = args[0];int sourcePort = Integer.parseInt(args[1]);String destinationIP = args[2];int destinationPort = Integer.parseInt(args[3]);//建立监听ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(sourcePort);Socket socket = serverSocket.accept();//接收来自客户端的信息DataInputStream dataInputStream                        = new DataInputStream(socket.getInputStream());//发送信息String dataSegment = "This is my homework of network ,I am happy!";DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(socket.getOutputStream()); dataOutputStream.writeUTF(dataSegment);               //接收成功信息socket = new Socket(destinationIP, destinationPort);dataOutputStream = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());dataOutputStream.writeUTF("Successfully Received!");dataInputStream = new DataInputStream(socket.getInputStream());dataSegment=dataInputStream.readUTF();PrintMessage("接收到来自" + socket.getInetAddress().toString().substring(1) + ","                        + socket.getPort() + "号端口的信息");PrintMessage("信息内容为:" + dataSegment);//关闭流dataInputStream.close();dataOutputStream.close();socket.close();serverSocket.close();

3.5 客户端功能实现

客户端在本次课程设计中，主要负责的是接收来自服务端的信息，并发出反馈信息“Send OK!”，见图7。

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print?

//尝试连接
Socket socket = new Socket(destinationIP, destinationPort);
DataOutputStream dataOutputStream
= new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
dataOutputStream.writeUTF("Response Please!");
//获得回应
DataInputStream dataInputStream
= new DataInputStream(socket.getInputStream());
String dataSegment = dataInputStream.readUTF();
PrintMessage("接收到来自" + socket.getInetAddress().toString().substring(1) + ","
+ socket.getPort() + "号端口的信息");
PrintMessage("信息内容为:" + dataSegment);
//回复
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(sourcePort);
socket = serverSocket.accept();
dataOutputStream = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
dataOutputStream.writeUTF("Send OK!");

//尝试连接   Socket socket = new Socket(destinationIP, destinationPort);        DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());        dataOutputStream.writeUTF("Response Please!");   //获得回应DataInputStream dataInputStream= new DataInputStream(socket.getInputStream());String dataSegment = dataInputStream.readUTF();PrintMessage("接收到来自" + socket.getInetAddress().toString().substring(1) + ","                        + socket.getPort() + "号端口的信息");        PrintMessage("信息内容为:" + dataSegment);//回复ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(sourcePort);socket = serverSocket.accept();dataOutputStream = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());dataOutputStream.writeUTF("Send OK!");

4 总结

4.2 存在的问题

(1) 命令行界面不够美观且操作性不够强
(2) 每次都输入4个参数太麻烦了

4.3 改进的方法

(1) 改用图形界面，并美化界面。但可能速度上不够现在的快。
(2) 仿照命令提示符（cmd），可以缺省输入。

【参考文献】

[1]Y.Daniel Liang.Java语言程序设计(基础篇)[M].李娜，译.北京：机械工业出版社，2011:527-535
[2]Y.Daniel Liang.Java语言程序设计(进阶篇)[M].李娜，译.北京：机械工业出版社，2011:258-264
[3]谢希仁.计算机网络简明教程(第二版)[M].北京：电子工业出版社，2013：123-143

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