计算机网络课程设计TCP数据包

《计算机网络》实验报告题目发送TCP数据包成绩学院名称专业班级学生姓名学号指导教师二○一五年七月一日目录摘要 (3)关键词 (3)一、背景概述 (3)二、设计内容 (4)三、设计要求 (4)四、需求分析 (4)五、总体设计 (4)程序流程图 (5)设计思路 (5)设计环境 (5)基本功能 (7)详细设计 (7)六、总结与体会 (9)七、参考文献 (10)摘要Internet是网络的集合,包括ARPANET、NSFNET、分布在各地的局域网、以及其它类型的网络,如(DDN,Defense Data Network美国国防数据网络),这些统称为Internet。

所有这些大大小小的网络互联在一起。

(因为大多数网络基本协议是由DDN组织开发的,所以以前有时DDN与Internet在某种意义上具有相同的含义)。

网络上的用户可以互相传送信息,除一些有授权限制和安全考虑外。

一般的讲,互联网协议文档案是Internet委员会自己采纳的基本标准。

TCP/IP标准与其说由委员会指定,倒不如说由\"舆论\"来开发的。

任何人都可以提供一个文档,以RFC(Request for Comment需求注释) 方式公布。

TCP/IP的标准在一系列称为RFC的文档中公布。

文档由技术专家、特别工作组、或RFC编辑修订。

公布一个文档时,该文档被赋予一个RFC量,如RFC959说明FTP、RFC793说明TCP、RFC791说明IP等。

最初的RFC一直保留而从来不会被更新,如果修改了该文档,则该文档又以一个新号码公布。

因此,重要的是要确认你拥有了关于某个专题的最新RFC文档。

文后会列出主要的RFC文档号。

本课主要致力于发送TCP数据包。

关键词TCP一、背景概述TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。

在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能，用户数据报协议（UDP）是同一层内另一个重要的传输协议。

在因特网协议族（Internet protocol suite）中，TCP层是位于IP层之上，应用层之下的中间层。

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，但是IP层不提供这样的流机制，而是提供不可靠的包交换。

应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，然后TCP把数据流分区成适当长度的报文段（通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传输单元（MTU）的限制）。

之后TCP把结果包传给IP层，由它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。

TCP为了保证不发生丢包，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。

然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认（ACK）；如果发送端实体在合理的往返时延（RTT）内未收到确认，那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。

TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和。

二、设计内容本课程设计的目标是发送一个TCP资料包，可以利用原始套接字来完成这个工作。

整个程序由初始化原始套接字和发送TCP数据包两个部分组成。

三、设计要求1）以命令行形式运行：SendTCP sourse_ip sourse_port dest_ip dest_port其中，SendTCP为程序名；sourse_ip为源端IP地址；sourse_port为源埠；dest_ip为目的IP地址；dest_port为目的埠。

2）其它的TCP头部参数请自行设定。

3）数据字段为“This is my homework of network,I am happy!”。

4）发送成功后在屏幕上输出”send OK”。

四、需求分析当应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，TCP 则把数据流分割成适当长度的报文段，最大传输段大小（MSS）通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传送单元（MTU）限制。

之后TCP把数据包传给IP层，由它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。

TCP为了保证报文传输的可靠[1] ，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。

然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应的确认(ACK)；如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认，那么对应的数据（假设丢失了）将会被重传。

在数据正确性与合法性上，TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误，在发送和接收时都要计算校验和；同时可以使用md5认证对数据进行加密。

在保证可靠性上，采用超时重传和捎带确认机制。

在流量控制上，采用滑动窗口[1] 协议，协议中规定，对于窗口内未经确认的分组需要重传。

在拥塞控制上，采用广受好评的TCP拥塞控制算法（也称AIMD算法）。

该算法主要包括三个主要部分：1）加性增、乘性减；2）慢启动；3）对超时事件做出反应。

五、总体设计程序流程图设计思路编制本程序前要对TCP协议有一定的了解。

当应用程序有报文需要通过TCP发送时，它就将此应用层报文传送给执行TCP协议的传输实体。

TCP传输实体将用户数据加上TCP报头，形成TCP数据包，在TCP数据包上增加IP头部，形成IP包。

下图显示的是TCP数据包和IP包的关系。

TCP协议的传输单元为报文段，其格式如图所示。

报文段报头的长度为20B~60B。

其中固定长度为20B，报文段长度最多为40B。

TCP报文段主要包括以下字段。

·埠号：埠号字段包括源埠号和目的埠号。

每个埠号的长度是16位，分别表示发送该TCP包的应用进程的埠号和接收该TCP包的应用进程的埠号。

·序号：长度为32位。

由于TCP协议是面向数据流的，它所传送的报文段可以视为连续的数据流，因此需要给每一个字节编号。

序号字段的“序号”指的是本报文段数据的第一个字节的顺序号。

第一个字节的序号。

·报头长度：该字段长度为4位。

TCP报头长度是以4B为一个单元来计算的，实际上报头长度在20B~60B子间。

因此这个字段的值在5~15之间。

·保留：长度为6位，留作今后使用，目前全部置0。

·控制：这个字段定义了6种不同的标志，每个标志占一位，在同一时间可以设置一位或多位。

URG为1时，表明有需要紧急处理的数据。

ACK为1时，表明确认号的字段有效。

PST位为1时，表明要强制切断连接。

SYN位为1时，表明有确立连接的请求，这时，把序号字段的初始值作为序号字段的值，以便开始通信。

FIN为1时，表明发送方已经没有资料发送了。

·窗口大小：长度为16位，窗口对应的数据是以字节为单位的数据，因此最多能够传送的数据为65535B。

·紧急指针：该字段的长度为16位，指向必须紧急处理的数据的位置，只有当标志URG=1时紧急指针才有效。

从TCP报头后面的报文资料开始，到紧急指针所指出的长度的数据，就是必须紧急处理的数据。

·选项：该字段可以多达40B，包括单字节选项和多字节选项。

·校验和：该字段长度多达16位，校验和的校验范围包括伪头部、TCP报头以及应用层来的数据。

其计算方法与IP协议头部的校验的计算方法一样。

伪头部为12B，它本身并不是TCP数据包的真正头部，只是在计算校验和时，临时和TCP数据包连接在一起。

伪头部的格式如下图所示。

设计环境软件：Microsoft Visual C++ 6.0；硬件：PC机一台。

基本功能填充一个TCP数据包，并发送给目的主机。

详细设计2.1使用原始套接字SOCKET sock;sock = socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP);或者：sock=WSASoccket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP,NULL,0,WSA_FLAG _OVERLAPPED);这里，我们设置了SOCK_RAW标志，表示我们声明的是一个原始套接字类型。

为使用发送接收超时设置,必须将标志位置位置为WSA_FLAG_OVERLAPPED。

在本课程设计中，发送TCP包时隐藏了自己的IP地址，因此我们要自己填充IP头，设置IP头操作选项。

其中flag设置为ture，并设定IP_HDRINCL 选项，表明自己来构造IP头。

注意，如果设置IP_HDRINCL 选项，那么必须具有administrator权限，要不就必须修改注册表：HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CurrentControlSet\Services\Afd\Parameter \修改键：DisableRawSecurity（类型为DWORD），把值修改为1。

如果没有，就添加。

BOOL Flag=TRUE;setsockopt(sock, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, (char *)&Flag, sizeof(Flag));int timeout=1000；setsockopt(sock, SOL_SOCKET,SO_SNDTIMEO,(char*)&timeout, sizeof(timeout));在这里我们使用基本套接字SOL_SOCKET，设置SO_SNDTIMEO表示使用发送超时设置，超时时间设置为1000ms。

2．2定义IP头部、TCP头部和伪头部的数据结构//定义IP首部typedef struct _iphdr{UCHAR h_lenver; //4位首部长度+4位IP版本号UCHAR tos; //8位服务类型TOSUSHORT total_len; //16位总长度（字节）USHORT ident; //16位标识USHORT frag_and_flags; //3位标志位UCHAR ttl; //8位生存时间 TTLUCHAR proto; //8位协议 (TCP, UDP 或其它)USHORT checksum; //16位IP首部校验和ULONG sourceIP; //32位源IP地址ULONG destIP; //32位目的IP地址}IP_HEADER;//定义TCP伪首部typedef struct psd_hdr {ULONG saddr; //源地址ULONG daddr; //目的地址UCHAR mbz; //没用UCHAR ptcl;//协议类型USHORT tcpl; //TCP长度}PSD_HEADER;//定义TCP首部typedef struct _tcphdr{USHORT th_sport; //16位源埠USHORT th_dport; //16位目的端口ULONG th_seq; //32位序列号ULONG th_ack; //32位确认号UCHAR th_lenres; //4位首部长度/6位保留字UCHAR th_flag; //6位标志位USHORT th_win; //16位窗口大小USHORT th_sum; //16位校验和USHORT th_urp; //16位紧急数据偏移量}TCP_HEADER;2.3计算校验和的子函数在填充数据包的过程中，需要调用计算校验和的函数checksum两次，分别用于校验IP头和TCP头部（加上伪头部），其实现代码如下：USHORT checksum(USHORT *buffer, int size){unsigned long cksum=0;while(size >1){cksum+=*buffer++;size -=sizeof(USHORT);}if(size ){cksum += *(UCHAR*)buffer;}cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff);cksum += (cksum >>16);return (USHORT)(~cksum);}六、总结与体会这次的课程设计让我学到了很多东西。