基于tcp-ip协议的网络教学系统设计

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1、基于TCP/IP协议的网络教学系统设计摘要通过对高校网络教学现状的调查与分析，提出了总体的设计目标以及设计方案，包括系统运行环境以及系统展现内容。系统采用C/S模式，通过主机与客户机发送数据包，利用网络包截获的相应技术以及包过滤等策略，对特定的数据包进行分析，将各类协议首部用的二进制代码展现，可更直观的看到网络传输的具体方式，同时可将二进制代码转换为十进制，使系统具有更强的可视性。关键字TCP/IP；教学平台；数据包截获；包过滤；协议分析1引言TCP/IP协议族是计算机网络软件组成的核心部分，同时也是很抽象和难以掌握的部分。目前，对于TCP/IP协议族的

2、研究，一般是基于协议应用本身的研究，也就是研究如何将指定的协议嵌入产品，使该产品能够支持上层产品应用该协议或自身产品对该协议的应用。作为高校计算机网络课程中所介绍的协议，对于很大一部分老师和同学来讲，都还只是停留在了解和使用这个协议上，并没有深入到协议本身的原理中去。本系统通过对TCP/IP协议族的研究，将其中的部分常用协议（如TCP、IP、UDP等）的具体结构、工作方式和工作过程，用人机交互方式和图形化界面形象生动展现在学生面前。教学中通过对本套系统的利用，可以达到提高学习效率，改善学习效果，使学生对协议的学习不仅达到对使用方法的了解，同时达到对协议结

3、构以及工作原理的领悟，使学生对网络课程的学习达到一个新的层次。2系统设计依据2.1设计思路及设计目的本系统开发的目的是针对大学本科学生对《计算机网络》课程中关于网络传输以及协议原理部分的学习，使学生可以自己定制传输内容，并亲眼看到所有内容传输的过程形式等，增强对协议结构的记忆，并可以亲自动手控制协议的状态，达到对协议原理及工作方式的深入了解。2.2系统设计中所用到的原理2.2.1数据传输的原理在基于TCP/IP的网络中，应用层的数据传输通常是基于TCP或者UDP协议的，而两种协议最大的区别在于是否面向连接。在面向连接的TCP协议中，传输数据首先要求传输双

4、方建立一条虚电路连接。通信双方通过自身的sockets（或称为通讯端点）建立sockets的连接，从而达到传输的目的。UDP是一种是无连接的用户数据报传输协议，与TCP操作不同，计算机间并不需要建立一个明确、可靠的链路，一个UDP应用可同时作为客户方或服务器方。UDP向应用程序提供了一种发送封装的原始IP数据包的方法。虽然UDP数据报只能提供不可靠的交付，但在许多方面UDP可以简化连接，这样可以避免建立和释放连接的麻烦。2.2.2网络包截获的原理通常在同一个网段的所有网络接口都有访问在物理媒体上传输的所有数据的能力，而每个网络接口都还应该有一个硬件地址，

5、该硬件地址不同于网络中存在的其他网络接口的硬件地址，同时，每个网络至少还要一个广播地址（代表所有的接口地址），在正常情况下，一个合法的网络接口应该只响应这样的两种数据帧：（1）帧的目标区域具有和本地网络接口相匹配的硬件地址。（2）帧的目标区域具有"广播地址"。在接受到上面两种情况的数据包时，网卡通过CPU产生一个硬件中断，该中断能引起操作系统注意，然后将帧中所包含的数据传送给系统进一步处理。本系统中对数据帧的截获就是利用将本地网卡模式设成混杂（promiscuous）状态的机制，混杂模式就是接收所有经过网卡的数据包，包括不是发给本机的包。当网卡处于这种"

6、混杂"方式时，使网卡对所有遭遇到的每一个帧都产生一个硬件中断以便提醒操作系统处理流经该物理媒体上的每一个报文包。2.2.3协议状态跳转的原理这里主要是指TCP协议各种状态的跳转，TCP的各状态间的跳转见图1。图1中所展现的内容在系统中，主要是通过改变TCP首部中相应位置的值来实现状态的跳转。图1TCP的有限自动机3系统设计方案3.1系统构成该系统由三部分组成，其中包括数据传输部分，数据采集部分和数据分析部分。数据传输部分基本功能是完成主机间的相互通信，同时，完成控制协议状态机跳转的任务；数据采集部分主要负责数据的采集；数据分析是系统的重点，完成了对数据包

7、的过滤以及对数据结构的分析。对用户来讲，直接观察到的系统应用程序有两部分组成，一个主应用程序和一个附属应用程序，其中主应用程序起主控的作用，所有功能在它上通过不同的功能选择来实现，附属应用程序用完成和主应用程序的通信，同时用来接收主应用程序所发送的具体内容。所有系统应用程序可以在同一台主机上运行，也可以在不同主机上运行，从而可以满足单用户内部通信或多用户之间的通信的需要。3.2系统实现方式设计3.2.1数据传输部分在主系统应用程序窗口上，设置了几组选择按钮，其中一组是让用户选择不同的传输层协议，当用户选择使用TCP协议，系统再根据用户所选择的传输模式（本

8、机与本机、本机与其他）自动开启或提示用户手工开启相应的附属应用程序，之后系统自动