TCP协议实验.docx
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TCP协议实验
网络课第四次上机实验报告
—-—---TCP协议实验
实验内容
实验内容主要包括：
①设计保存TCP连接相关信息的数据结构（TCB）；
②TCP协议的接收处理和封装发送;
③TCP协议提供的Socket函数接口。
实验过程
●设计保存TCP连接相关信息的数据结构（TCB）
用数据结构TCB为每一个TCP连接维护socketfd，srcAddr，dstAddr,srcPort，dstPort,seq,ack，windowSize,state这些状态信息。
以链表形式组织多个连接，nextTcb指向下一个连接的数据结构。
●TCP分组接收函数stud_tcp_input（）
首先，检查校验和；然后通过字节序转换获取相应的信息，检查序列号.如果序列号不正确，则调用tcp_DiscardPkt；最后将报文交由输入有限状态机处理，有限状态机对报文进行处理,转换状态.根据当前的状态并调用stud_tcp_output函数完成tcp建连、数据传递时返回ACK、tcp断连等工作
●TCP分组发送函数stud_tcp_output（）
判断需要发送的报文类型，根据报的类型对包中的相应字段进行设置，判断是否可以发送（发送窗口不为0）.构造TCP数据报文并发送。
填写TCP报文各字段的内容和数据，转换字节序,计算校验和,然后调用发送流程的下层接口函数sendIpPkt（）发送.
●stud_tcp_socket（）函数
分配相应的socketfd并且新建TCB表项，并对成员变量进行初始化
●stud_tcp_connect（）函数
设定目的IPv4地址和端口,源IPv4地址和端口；初始化TCB结构中的相关变量；设定TCB中的输入状态为SYN-SENT，及其它相关变量,准备发送SYN报文；调用发送流程的下层接口函数stud_tcp_output（）发送SYN报文（发送类型为PACKET_TYPE_SYN）；等待“三次握手”完成后返回,建立连接成功;或者出错返回。
●stud_tcp_send（）函数
判断是否处于ESTABLISHED状态；将应用层协议的数据拷贝到TCB的输入缓冲区；调用stud_tcp_output（）发送TCP的数据报文（发送类型为PACKET_TYPE_DATA）;同时等待ACK以实现停等式协议
●stud_tcp_recv（）函数
判断是否处于ESTABLISHED状态；从TCB的输入缓冲区读出数据;将数据交给应用层协议.
●stud_tcp_close（）函数
在正常情况下（ESTABLISHED状态），进行相应状态转换，非正常情况下（SYN—SENT状态），直接删除TCB结构后退出；调用发送流程下层接口函数stud_tcp_output（）发送FIN报文（发送类型为PACKET_TYPE_FIN）；等待回应的ACK报文，收到后成功返回,或者出错返回；删除相应的TCB表项。
实验总结
通过本次实验，加深了对TCP协议的原理和设计实现的机制的了解，对TCP协议有了更具体的认识，对概论课的学习有很大的帮助！
附：
上机代码（注释）
#include”sysInclude.h"
externvoidtcp_DiscardPkt（char*pBuffer，inttype）；
externvoidtcp_sendReport（inttype）;
externvoidtcp_sendIpPkt（unsignedchar*pData,UINT16len,unsignedintsrcAddr,unsignedintdstAddr,UINT8ttl）;
externintwaitIpPacket（char＊pBuffer，inttimeout）;
externunsignedintgetIpv4Address（）;
externunsignedintgetServerIpv4Address（）;
#defineBUFFER_SIZE1024
#defineTIMEOUT5
enumstatus｛CLOSED,SYN_SENT,ESTABLISHED，FIN_WAIT_1,FIN_WAIT_2，TIME_WAIT};//状态
intgSrcPort=2007;
intgDstPort=2006；
intgSeqNum=1；
intgAckNum=0；
structTCB{
intsocketfd；
UINT32srcAddr;
UINT32dstAddr;
UINT16srcPort；
UINT16dstPort;
UINT32seq；
UINT32ack；
UINT16windowSize;
UINT8state；
TCB＊nextTcb;
TCB（）{//用于TCP报文接收发送流程
socketfd=0；
srcAddr=getIpv4Address（）;
dstAddr=getServerIpv4Address（）;
srcPort=gSrcPort；
dstPort=gDstPort;
seq=gSeqNum；
ack=gAckNum；
windowSize=1;
state=CLOSED；
nextTcb=NULL；
｝
TCB（intfd）{//用于客户端socket函数的构建函数
socketfd=fd；
seq=gSeqNum；
ack=gAckNum;
windowSize=1；
state=CLOSED;
nextTcb=NULL;
}
};
UINT16CalcChecksum（char*pBuffer,intlen，UINT32srcAddr,UINT32dstAddr）
｛
inttcp_len=len+12;
UINT32checkSum=0;
if（tcp_len＆0x1==1）
tcp_len+=1;
char＊buffer=newchar[tcp_len];
memset（buffer，0,tcp_len）；
memcpy（buffer+12，pBuffer,len）；
＊（（UINT32*）buffer）=htonl（srcAddr）；
＊（（UINT32＊）（buffer+4））=htonl（dstAddr）；
buffer［9]=6；//传输层协议号
*（（UINT16＊）（buffer+10））=htons（len）;
for（inti=0；i〈tcp_len;i+=2）{
checkSum+=＊（（UINT16*）（buffer+i））;
｝
checkSum=（checkSum&0xFFFF）+（checkSum〉〉16）；
checkSum=～checkSum;
returncheckSum;
}
TCB*tcbLinkTable=NULL;//TCB链表
/＊通过两端的IP地址和端口号寻找TCB表项＊/
TCB*findTCB（UINT32srcAddr，UINT16srcPort，UINT32dstAddr，UINT16dstPort）
{
TCB＊tcb=tcbLinkTable;
while（tcb！
=NULL）
{
if（（tcb—〉srcAddr==srcAddr）＆＆（tcb->srcPort==srcPort）&＆（tcb->dstAddr==dstAddr）＆&（tcb—>dstPort==dstPort））
returntcb;
tcb=tcb—>nextTcb；
}
returnNULL；
｝
intstud_tcp_input（char*pBuffer，unsignedshortlen，unsignedintsrcAddr,unsignedintdstAddr）
{
/*检查校验和*/
if（CalcChecksum（pBuffer,len，ntohl（srcAddr）,ntohl（dstAddr））!
=0）
return-1;
UINT16srcPort=ntohs（＊（UINT16*）pBuffer）；
UINT16dstPort=ntohs（＊（UINT16＊）（pBuffer+2））;
UINT32seq=ntohl（＊（（UINT32*）（pBuffer+4）））;
UINT32ack=ntohl（＊（（UINT32＊）（pBuffer+8）））;
UINT8flags=（pBuffer[13]&0x13）;
TCB*tcb=findTCB（ntohl（dstAddr），dstPort，ntohl（srcAddr），srcPort）;
if（tcb==NULL）
{
return—1;
｝
if（ack!
=tcb-〉seq+1）
{
tcp_DiscardPkt（pBuffer，STUD_TCP_TEST_SEQNO_ERROR）;
return—1；
}
/*有限状态机转换*/
if（（tcb—>state==SYN_SENT）&&（flags==0x12））
{
tcb-〉seq=ack;
tcb-〉ack=seq+1;
stud_tcp_output（NULL，0，PACKET_TYPE_ACK,tcb-〉srcPort,tcb—〉dstPort，tcb—>srcAddr，tcb—〉dstAddr）;
tcb—>state=ESTABLISHED;
}
elseif（（tcb—〉state==FIN_WAIT_1）&＆（flags==0x10））
{
tcb—〉state=FIN_WAIT_2；
｝
elseif（（tcb->state==FIN_WAIT_2）&＆（flags==0x11））
｛
tcb->ack=seq+1;
tcb->seq=ack；
tcb—>state=TIME_WAIT;
stud_tcp_output（NULL,0，PACKET_TYPE_ACK,tcb-〉srcPort,tcb—〉dstPort，tcb—>srcAddr，tcb—>dstAddr）;
tcb—〉state=CLOSED;
｝
return0；
}
voidstud_tcp_output（char＊pData，unsignedshortlen,unsignedcharflag，unsignedshortsrcPort,unsignedshortdstPort,unsignedintsrcAddr，unsignedintdstAddr）
{
TCB＊tcb=findTCB（srcAddr，srcPort，dstAddr，dstPort）;//寻找TCB项
if（tcbLinkTable==NULL）//用于TCP报文接收发送流程
{
tcb=newTCB（）；
tcbLinkTable=tcb;
｝
if（tcb==NULL｜|tcb—>windowSize==0）
return；
/＊构造新的发送报文*/
unsignedchar*packet=newunsignedchar[len+20］;
memset（packet,0，len+20）；
memcpy（packet+20，pData,len）；
＊（UINT16＊）（packet）=htons（tcb-〉srcPort）;
＊（UINT16*）（packet+2）=htons（tcb—>dstPort）；
＊（UINT32＊）（packet+4）=htonl（tcb->seq）；
＊（（UINT32＊）（packet+8））=htonl（tcb->ack）；
packet[12]=20<〈2；
switch（flag）
｛
casePACKET_TYPE_SYN：
packet［13］=0x02；
tcb—〉state=SYN_SENT;//发送SYN报文，状态转移为SYN_SENT
break；
casePACKET_TYPE_ACK：
packet[13］=0x10;
break；
casePACKET_TYPE_SYN_ACK:
packet[13]=0x12；
break；
casePACKET_TYPE_FIN：
packet[13］=0x01;
break；
casePACKET_TYPE_FIN_ACK：
packet[13]=0x11；
tcb—>state=FIN_WAIT_1；
break;
casePACKET_TYPE_DATA：
break;
}
＊（（UINT16＊）（packet+14））=htons（tcb-〉windowSize）；
＊（（UINT16＊）（packet+16））=CalcChecksum（（char＊）packet，len+20,srcAddr,dstAddr）；
tcp_sendIpPkt（packet,len+20，tcb->srcAddr，tcb—>dstAddr,255）;
return；
｝
intstud_tcp_socket（intdomain,inttype,intprotocol）
｛
staticintsocketfd=1；
TCB*tcb=newTCB（socketfd++）;
tcb—>nextTcb=tcbLinkTable；
tcbLinkTable=tcb;
returntcb-〉socketfd；
｝
intstud_tcp_connect（intsockfd，structsockaddr_in*addr，intaddrlen）
{
charbuffer［BUFFER_SIZE];
TCB＊tcbPointer=tcbLinkTable；
while（（tcbPointer!
=NULL）＆&（tcbPointer—〉socketfd!
=sockfd））
tcbPointer=tcbPointer—>nextTcb;
TCB＊tcb=tcbPointer；//找到TCB相应表项
if（tcb==NULL）
return-1;
/*初始化源和目的的地址及端口号*/
tcb—>srcAddr=getIpv4Address（）;
tcb->srcPort=gSrcPort;
tcb—〉dstAddr=ntohl（addr—〉sin_addr。
s_addr）；
tcb-〉dstPort=ntohs（addr—>sin_port）;
/*建立连接:
发送SYN报文＊/
stud_tcp_output（NULL,0,PACKET_TYPE_SYN,tcb-〉srcPort，tcb—〉dstPort,tcb—〉srcAddr，tcb—〉dstAddr）；
/＊接收SYN_ACK报文＊/
if（waitIpPacket（buffer，TIMEOUT）==—1|｜（buffer［13］&0x13）！
=0x12）
return-1；
tcb->seq=ntohl（*（（UINT32*）（buffer+8）））;
tcb->ack=ntohl（＊（（UINT32*）（buffer+4）））+1;
/＊发送ACK报文，建立连接完成*/
stud_tcp_output（NULL,0，PACKET_TYPE_ACK，tcb->srcPort，tcb—〉dstPort，tcb—>srcAddr，tcb—〉dstAddr）；
tcb->state=ESTABLISHED;
return0;
}
intstud_tcp_send（intsockfd，constunsignedchar*pData,unsignedshortdatalen,intflags）
｛
charbuffer［BUFFER_SIZE］；
TCB＊tcbPointer=tcbLinkTable;
while（（tcbPointer！
=NULL）&＆（tcbPointer-〉socketfd!
=sockfd））
tcbPointer=tcbPointer—>nextTcb;
TCB＊tcb=tcbPointer；//找到TCB相应表项
if（tcb==NULL|｜tcb-〉state！
=ESTABLISHED）
return—1;
/＊发送DATA报文＊/
stud_tcp_output（（char＊）pData,datalen，PACKET_TYPE_DATA，tcb-〉srcPort,tcb—〉dstPort，tcb-〉srcAddr，tcb—〉dstAddr）;
/＊等待接收ACK＊/
if（waitIpPacket（buffer，TIMEOUT）==-1）
return-1；
if（（buffer[13]&0x13）！
=0x10）
return-1；
tcb—〉seq=ntohl（＊（（UINT32*）（buffer+8）））；
tcb-〉ack=ntohl（＊（（UINT32*）（buffer+4）））+1;
return0;
}
intstud_tcp_recv（intsockfd,unsignedchar*pData，unsignedshortdatalen,intflags）
{
charbuffer[BUFFER_SIZE];
intlen=0；
TCB*tcbPointer=tcbLinkTable;
while（（tcbPointer!
=NULL）＆＆（tcbPointer—〉socketfd!
=sockfd））
tcbPointer=tcbPointer—>nextTcb;
TCB＊tcb=tcbPointer；
if（tcb==NULL||tcb—〉state!
=ESTABLISHED）
return-1;
/*等待接收数据＊/
if（（len=waitIpPacket（buffer,TIMEOUT））==-1）
return—1;
intheader_length=（buffer[12］〉〉2）&0x3C;
memcpy（pData，buffer+header_length，len—header_length）;
tcb—〉seq=ntohl（＊（（UINT32＊）（buffer+8）））;
tcb->ack=ntohl（＊（（UINT32*）（buffer+4）））+（len-header_length）；
stud_tcp_output（NULL,0,PACKET_TYPE_ACK,tcb-〉srcPort,tcb—>dstPort,tcb-〉srcAddr，tcb—〉dstAddr）；
return0；
｝
intstud_tcp_close（intsockfd）
｛
charbuffer［BUFFER_SIZE］；
TCB＊pre=NULL；
TCB＊tcb=tcbLinkTable;
while（（tcb！
=NULL）&&（tcb—>socketfd！
=sockfd））
｛
pre=tcb;
tcb=tcb—〉nextTcb；
}
if（tcb==NULL）
return—1；
if（tcb—>state!
=ESTABLISHED）
{
if（pre！
=NULL）
｛
pre—〉nextTcb=tcb—>nextTcb；
}
else
{
tcbLinkTable=tcb—〉nextTcb；
}
deletetcb；
return—1；
｝
stud_tcp_output（NULL,0,PACKET_TYPE_FIN_ACK,tcb->srcPort，tcb-〉dstPort，tcb—〉srcAddr,tcb—>dstAddr）；
if（waitIpPacket（buffer，TIMEOUT）==-1）
return—1;
if（（buffer［13］&0x13）==0x10）
{
tcb->state=FIN_WAIT_2;
tcb->seq=ntohl（＊（（UINT32*）（buffer+8）））；
tcb—〉ack=ntohl（*（（UINT32＊）（buffer+4）））+1；
if（waitIpPacket（buffer,TIMEOUT）==—1）
return-1；
if（（buffer［13]＆0x13）==0x11）
{
tcb-〉state=TIME_WAIT;
tcb—>ack=ntohl（*（（UINT32＊）（buffer+4）））+1;
tcb->seq=ntohl（*（（UINT32*）（buff
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