廣工計算機網(wǎng)絡課設——基于UDP的ping

1、計算機網(wǎng)絡課程設計學院計算機學院專業(yè)軟件工程年級班別忸4班學 號 3112006291學生姓名 林炳城指導教師梁路成 績目錄一、設計環(huán)境4二、課程設計的目的 4三、理論基礎4四、基本要求5五、設計思想6六、源程序7七、測試用例1.3八、總結1.7.九、附帶半成品作業(yè)截圖 18.計算機網(wǎng)絡課程設計任務書設計題目編程實現(xiàn)基于 UDP的PING （Java）1.編程實現(xiàn)PING的服務器端和客戶端，實現(xiàn)操作系統(tǒng)提供的ping命令的類似功能。2.服務器端PingServer功能：2.1可以2.2顯示用戶通 過客戶 端發(fā) 送來的消息 內容（包含頭 部和payload);2.3能夠模擬分組的丟失；能夠模擬分

2、組傳輸延遲；2.4將用戶發(fā)送來的請求request在延遲一段隨機選擇的時間（小于1s）后返回給客戶端，作為收到請求的響應reply ;2.5通過如下命令行啟動服務器：java PingServer port 。port為PingServer的工作端口號已知技術參3.客戶端PingClient功能：3.1 啟動后發(fā)送10個request。發(fā)送一個request后，最多等待1秒以便接必科反U要 求收PingServer返回的reply消息。如果在該時間內沒有收到服務器的 reply ,則認為該請求或對該請求的reply已經(jīng)丟失；在收到reply后立.即發(fā)送下一個request。3.2請求消息的pa

3、yload中至少包含關鍵字 PingUDP、序號、時間戳等內容。如：PingUDP SequenceNumber TimeStamp CRLF其中：CRLF表示回車換行符（0X0D0A）; TimeStamp為發(fā)送該消息的機器時間。3.3為每個請求計算折返時間（RTT）,統(tǒng)計10個請求的平均 RTT、最大/小RII。3.4通過如下命令行啟動：java PingClient host port 。host為PingServer所在的主機地址；port為PingServer的工作端口號1.學習ICMP, 了解ping命令的工作機理；2.學習Java UDP Socket通信機制；設計內容與3.了解

4、Java多線程程序設計；步驟4.服務器PingServer程序設計；5.客戶端PingClient程序設計。6.調試與演示1.ping命令工作機制學習2小時2.Java UDP Socket通信機制2小時設計工作計3.Java多線程程序設計4小時4.PingServer程序設計6小時劃與進度安5.PingClient程序設計12小排時6.調試與演示4小時6.課程設計說明書10小時、設計環(huán)境操作系統(tǒng)：win8開發(fā)環(huán)境：JDK1.7 IDE： eclipse二、課程設計的目的本次課程設計的目的在掌握計算機網(wǎng)絡理論的基礎上，了解網(wǎng)絡技術，掌 握計算機網(wǎng)絡相關設計方法和思想， 希望能通過本次的課程設計

5、，達到鞏固和綜 合應用計算機網(wǎng)絡原理和知識,本次課程設計主要是編程實現(xiàn)基于 UDP的ping , 使用java語言編程，編寫一個實驗程序、仿真模擬 Ping命令，通過觀察實驗結 果，從而判定本次程序設計是否成功完成任務。三、理論基礎3.1 UDP簡介UDP是User Datagram Protocol的簡稱， 中文名是用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議，是 OSI （Open System Interconnection ,開放式系統(tǒng)互聯(lián)）參考模型中一種無連接的傳輸層協(xié)議，提供面向事務的簡單不可靠信息傳送服務，IETF RFC 768是UDP的正式規(guī)范。UDP在IP報文的協(xié)議號是17。UDP協(xié)議全稱是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)

6、議 1,在網(wǎng)絡中它與TCP協(xié)議一樣用于處理數(shù)據(jù)包，是一種無連接的協(xié)議。在 OSI模型中，在第四層 傳輸層，處于IP協(xié)議的上一層。UDP有 不提供數(shù)據(jù)包分組、 組裝和不能對數(shù)據(jù)包進行排序的缺點，也就是說，當報文發(fā)送之后，是無法得知其是否安全完整到達的。UDP用來支持那些需要在計算機之間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡應用。包括網(wǎng)絡視頻會議系統(tǒng)在內的眾多的客戶/服務器模式的網(wǎng)絡應用都需要使用UDP協(xié)議。UDP協(xié)議從問世至今已經(jīng)被使用了很多年，雖然其最初的光彩已經(jīng)被一些類似協(xié)議所掩蓋， 但是即使是在今天 UDP仍然不失為一項非常實用和可行的網(wǎng)絡傳輸層協(xié)議。與所熟知的TCP （傳輸控制協(xié)議）協(xié)議一樣，UDP協(xié)議直接位于

7、IP （網(wǎng)際協(xié)議）協(xié)議的頂層。根據(jù) OSI （開放系統(tǒng)互連）參考模型，UDP和TCP都屬于傳輸層協(xié)議。UDP協(xié)議的主要作用是將網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流量壓縮成數(shù)據(jù)包的形式。一個典型的數(shù)據(jù)包就是一個二進制數(shù)據(jù)的傳輸單位。每一個數(shù)據(jù)包的前8個字節(jié)用來包含報頭信息，剩余字節(jié)則用來包含具體的傳輸數(shù)據(jù)。3.2 ping 簡介Ping是 Windows下的一個命令在 Unix和Linux下也有這個命令。ping也屬于一個通信 協(xié)議，是TCP/IP協(xié)議的一部分。利用ping ”命令可以檢查網(wǎng)絡是否連通，可以很好地幫助我們分析和判定網(wǎng)絡故障。應用格式：Ping空格IP地址。該命令還可以加許多參數(shù)使用，具體是鍵入Ping按回

8、車即可看到詳細說明。PING (Packet Internet Groper),因特網(wǎng)包探索器，用于測試網(wǎng)絡連接量的程序。Ping發(fā)送一個ICMP(Internet Control Messages Protocol )即因特網(wǎng)信報控制協(xié)議；回聲請求消息給目的地并報告是否收到所希望的ICMP echo (ICMP回聲應答)。它是用來檢查網(wǎng)絡是否通暢或者網(wǎng)絡連接速度的命令。作為一個生活在網(wǎng)絡上的管理員或者黑客來說，ping命令是第一個必須掌握的 DOS命令，它所利用的原理是這樣的：利用網(wǎng)絡上機器IP地址的唯一性，給目標IP地址發(fā)送一個數(shù)據(jù)包，再要求對方返回一個同樣大小的數(shù)據(jù)包來確定兩臺網(wǎng)絡機 器

9、是否連接相通，時延是多少。ping指的是端對端連通，通常用來作為可用性的檢查，但是某些病毒木馬會強行大量遠程執(zhí)行ping命令搶占你的網(wǎng)絡資源，導致系統(tǒng)變慢，網(wǎng)速變慢。嚴禁 ping入侵作為大多 數(shù)防火墻的一個基本功能提供給用戶進行選擇。通常的情況下你如果不用作服務器或者進行網(wǎng)絡測試，可以放心的選中它，保護你的電腦。四、基本要求4.1 編程實現(xiàn)PING的服務器端和客戶端，實現(xiàn)操作系統(tǒng)提供的ping命令的類似功能。4.2 服務器端 PingServer功能：4.2.1 可以2.2顯示用戶通過客戶端發(fā)送來的消息內容(包含頭部和payload);4.2.3 能夠模擬分組的丟失；能夠模擬分組傳輸延遲；4

10、.2.4 將用戶發(fā)送來的請求request在延遲一段隨機選擇的時間(小于1s)后返回給客戶端作為收到請求的響應reply ;4.2.5 通過如下命令行啟動服務器：java PingServer port 。port為PingServer的工作端口號4.3 客戶端PingClient功能：4.3.1 啟動后發(fā)送10個request。發(fā)送一個request后，最多等待1秒以便接收 PingServer返回的reply消息。如果在該時間內沒有收到服務器的reply ,則認為該請求或對該請求的reply已經(jīng)丟失；在收到reply后立即發(fā)送下一個request。4.3.2 請求消息的payload中至少

11、包含關鍵字 PingUDP、序號、時間戳等內容。如： PingUDP SequenceNumber TimeStamp CRLF 其中：CRLF表示回車換行符 (0X0D0A); TimeStamp為發(fā)送該消息的機器時間。4.3.3 為每個請求計算折返時間(RTT),統(tǒng)計10個請求的平均 RTT、最大/小RTT。4.3.4 通過如下命令行啟動：java PingClient host port 。host為PingServer所在的主機地址 port為PingServer的工作端口號五、設計思想UDP協(xié)議的全稱是用戶數(shù)據(jù)報，在網(wǎng)絡中它與TCP協(xié)議一樣用于處理數(shù)據(jù)包，在OSI模型中，在第四層-傳

12、輸層，處于IP協(xié)議的上一層，UDP有不提供數(shù)據(jù)報分組、 組裝和不能對數(shù)據(jù)包的排序的缺點，也就是說，當報文發(fā)送之后，是無法得知是否安全完整的到達目的地。這個課設通過調用 java JDK 中 包下的 DatagramSocket 和 DatagramPacket 類，可以實現(xiàn)對用戶數(shù)據(jù)報文的控制，DatagramSocket類用于創(chuàng)建接收和發(fā)送 UDP的Spcket實例，調用DatagramPacket類用于處理報文，因為它可以將 Byte數(shù)組、目標地 址、目標端口等數(shù)據(jù)包裝成報文或者將報文拆卸成Byte數(shù)組。通過調用 DatagramSocket和DatagramPacket類來實現(xiàn)操作系統(tǒng)提

13、供的ping命令的類似功能。編程實現(xiàn)基于UDP的ping的思想可以概括為幾點：5.1 服務器端 PingServer功能：5.1.1 可以并發(fā)地為多個用戶服務；5.1.2 顯示用戶通過客戶端發(fā)送來的消息內容（包含頭部和payload）;5.1.3 將用戶發(fā)送來的請求在延遲一段時間后返回給客戶端，作為收到請求的相應。5.1.4 通過java PingServer 9999 （端口號可以任意選擇）命令行來啟動服務器。5.2 客戶端PingClient功能：5.2.1 啟動都發(fā)送10個請求，發(fā)送一個請求后，最多等待1秒以便接收PingServer返回的響應消息。5.2.2 請求消息的payload中

14、包含有關鍵字 PingUDP、序號、時間戳等內容。5.2.3 為每個請求計算折返時間（RTT）,統(tǒng)計10個請求的平均 RTT、min/max的RTT。5.2.4 通過 java PingClient localhost （本機 IP 地址）9999 命令行啟動。5.3 程序設計流程圖根據(jù)課程設計的要求，結合程序設計流程，本次設計按如下的流程進行六、源程序6.1 服務器端代碼import java.io.IOException;import .DatagramPacket;import .DatagramSocket;import .InetAddress;import .SocketExcep

15、tion;/import java.util.Scanner;/*服務器端* author LinBingcheng*/public class PingServer extends Thread private int initPort; /監(jiān)聽的端口號數(shù)據(jù)包套接字接受到的數(shù)據(jù)分組數(shù)據(jù)包使用的緩沖區(qū)private DatagramSocket serverSocket; / private DatagramPacket receivePacket; /private byte口 buffer = new byte1024; /public PingServer(int initPort) t

16、his.initPort = initPort;public void run() System.out.println("編程實現(xiàn)基于 UDP 的 PING (Java)服務端");System.out.println("PING SERVER STARTED");/ System.out.print("請輸入監(jiān)聽的端口號：");/ Scanner scanner = new Scanner(System.in);/接收從系統(tǒng)指定輸入方式輸入的數(shù)據(jù)(默認 System.in為鍵盤)/ int initPort = scanner.n

17、extInt(); 獲取端口 port try /根據(jù)輸入的監(jiān)聽端口生成server端DatagramSocket實例serverSocket = new DatagramSocket(initPort); catch (SocketException e1) /捕獲到此異常一般是輸入的端口非法，或者被占用System.out.println("監(jiān)聽端口 " + initPort+ "失敗，端口非法或已被占用，請重新啟動輸入其他有效空閑端口 ");e1.printStackTrace();System.exit(0);/ 中止程序/死循環(huán)，不斷的監(jiān)聽是否

18、有請求數(shù)據(jù)while (true) receivePacket = new DatagramPacket(buffer, buffer.length); /生成接收數(shù)據(jù)報包實例/監(jiān)聽是否有用戶發(fā)出新的request連接到PingServer/程序會陷入到該語句，知道有新的連接產(chǎn)生try serverSocket.receive(receivePacket); catch (IOException e) System.out.println("分組接受異常");e.printStackTrace();ServerThread thread = new ServerThread

19、(serverSocket, receivePacket);/至 U 止匕步說明有新的請求了，此時生成一個新的服務線程thread.start();/ 啟動線程Overridepublic void destroy。 serverSocket.close();/ 回收資源public static void main(String口 args) throws Exception PingServer pingServer = new PingServer(Integer.valueOf(args0);初始化服務器pingServer.start();/* PingServer處理多用戶請求的對

20、各個線程的* author LinBingcheng* /class ServerThread extends Thread private DatagramPacket receivePacket; /接受到的數(shù)據(jù)分組private DatagramSocket serverSocket; / 數(shù)據(jù)包套接字public ServerThread(DatagramSocket serverSocket, DatagramPacket receivePacket) this.receivePacket = receivePacket;this.serverSocket = serverSocke

21、t;Override public void run() byte buffer = new byte4096; / 數(shù)據(jù)使用的緩沖區(qū)long randomTime = (long) (Math.random() * 2000); /到此步說明接收到新連接，在此生成隨機數(shù)，模擬傳輸延遲String sentence = null;/ 接收到的數(shù)據(jù)try sleep(randomTime);/休眠睡眠，用于模擬傳輸延遲 catch (InterruptedException e) e.printStackTrace();if (randomTime > 1000) 如果隨機數(shù)大于1000,

22、模擬數(shù)據(jù)包丟失sentence = "data losen" /數(shù)據(jù)丟失的信息 else sentence = (new String(receivePacket.getData().substring(0, 100);/ 將數(shù)據(jù)從 緩沖區(qū)輪換成字符串InetAddress host = receivePacket.getAddress(); /獲取客戶端的 ip 地址int port = receivePacket.getPort(); /獲取客戶端的通訊端口buffer = sentence.getBytes(); 請求數(shù)據(jù)轉換成 byte數(shù)組，用于發(fā)回客戶端Datag

23、ramPacket sendPacket = new DatagramPacket(buffer, buffer.length,host, port); /生成數(shù)據(jù)包，已經(jīng)保存好發(fā)送目的地的地址和端口了try serverSocket.send(sendPacket);/發(fā)送數(shù)據(jù)給客戶端 catch (Exception e) e.printStackTrace();System.out.println(sentence); /顯示請求結果public DatagramPacket getReceivePacket() return receivePacket;public void setR

24、eceivePacket(DatagramPacket receivePacket) this.receivePacket = receivePacket;public DatagramSocket getServerSocket() return serverSocket;public void setServerSocket(DatagramSocket serverSocket) this.serverSocket = serverSocket;6.2客戶端代碼import java.io.IOException;import .DatagramPacket;import .Datagr

25、amSocket;import .InetAddress;import java.text.SimpleDateFormat;import java.util.Date;/import java.util.Scanner;/* 客戶端* author LinBingcheng* /public class PingClient public static void main(String口 args) throws Exception / Scanner scanner = new Scanner(System.in);/ 接收從系統(tǒng)指定輸入方式輸入的數(shù) 據(jù)(默認System.in為鍵盤)St

26、ring host = args0; /scanner.nextLine(); / 獲取服務器端所在的主機地址int port = Integer.valueOf(args1);scanner.nextInt(); /獲取服務器端監(jiān)聽的端口Long口 rtt = new Long10; / 用于存儲rtt ,用于最后的統(tǒng)計for (int i = 1; i <= 10; i+) /模擬發(fā)送 10 條請求SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat( "yyyy-MM-dd hh:mm:ss.SS"); /時間戳格式Date s

27、endBefore = new Date(); /記錄發(fā)送前時間String sentence = "head: request " + i + " n" /模擬用的請求數(shù)據(jù) + "playload: PingUDP SequenceNumber:" + i + " TimeStamp:" + sdf.format(sendBefore) + "n"DatagramSocket clientSocket = new DatagramSocket(); /生成客戶端 DatagramSocket

28、實例InetAddress IPAddress = InetAddress.getByName(host); / 生成 ip 地址實例byte口 buffer = new byte1024; /數(shù)據(jù)包使用的緩沖區(qū)buffer = sentence.getBytes(); /將請求數(shù)據(jù)放進緩沖區(qū)內DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, IPAddress, port); /生成發(fā)送數(shù)據(jù)包實例clientSocket.send(sendPacket); /發(fā)送到服務器端DatagramPacket

29、receivePacket = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);/生成接收數(shù)據(jù)包實例try 接收從服務端返回的數(shù)據(jù)包clientSocket.receive(receivePacket); catch (IOException e) System.out.println("分組接受異常")；e.printStackTrace();String receiveSentence = new String(receivePacket.getData(); / 將數(shù)據(jù)從緩 沖區(qū)輪換成字符串Date receiveAfter = n

30、ew Date(); /記錄接收后的時間rtti - 1 = receiveAfter.getTime() - sendBefore.getTime(); 計算 rttif( rtti - 1 > 1000) 如果接收時間大約1000ms ,視為數(shù)據(jù)包丟失rtti - 1 = (long) 1000;receiveSentence = "data losen"System.out.println(receiveSentence);顯示從 server 返回的數(shù)據(jù)端System.out.println("rtt:" + rtti - 1);/ 顯示

31、rttclientSocket.close(); / 關閉 socket /統(tǒng)計出平均rtt,最大rtt和最小rttlong sumRtt = 0;long maxRtt = 0;long minRtt = rtt0;for (int i = 0; i < 10; i+) if (rtti > maxRtt) maxRtt = rtti;if (rtti < minRtt) minRtt = rtti;sumRtt += rtti;System.out.println("average rtt: " + sumRtt / 10 + " milli

32、second"); System.out.println("max rtt: " + maxRtt);System.out.println("min rtt: " + minRtt);七、測試用例7.1 按 win + R ”鍵，在彈出的對話框中輸入“ cmd ”回車，如下:7.2 通過Cd”命令，進入源程序所在目錄國C :Wi n d owssy stem 32t m d. exeMici'asoft Vindaus6.3.96001<c> Microsoft Carpcrat ion « 保留所用權利 

33、6;C： SUsersXLinSirigichengJe ：t ： >cd E： woi'kspacejauaJauallDFP1 NGSsrcE： wa rkspaceXjauaJauaUrPFl NGXsrc>7.3 輸入 javac PingClient.java ”命令,編譯 PingClient.java 程序 輸入javac PingServer.java ”命令，編譯 PingServer.java 程序 在相同目錄下生成兩個可執(zhí)行文件（沒有報錯說明編譯成功）qqC:Wi nd ssy$te m 2 2c md. cxe“in加wu【近本 £ &qu

34、ot;96001<c> 2013 Mitir-usoft CuriAiratIon 0 保弱所有權利口C；UsersxLinBinqchenq>e：E ； S>cd E ： wot*h<jpacp SjnvaJavaUVPTIrcE:workspacejau4SJavjiUBPPI hGrc>Javac FinCLient.javaE ：Xj-aya LJaidiiilJPPPI NGvc福。PxinQ|Sei'eih B j引/小法：I*加亨為e<?.J"句交例期覆蓋了已過山的AFI o 注：有美詳匐信息.請使用-Klint：dep

35、recation重新編譯電F:uovkspaceXjflUfliTfluallDPPf hCtvf：>-7.4 測試程序將class文件復制到簡單易讀取的位置此時需要啟動 PingServer和啟動PingClient ,打開兩個命令行，通過"cd”進入到文件存 放目錄輸入測試執(zhí)行命令：java PingServer 9999（9999是端口號可以是任意的）java PingClient localhost 9999 （localhost代表本機，即 127.0.0.1）命令進行啟動，并發(fā)送10個請求，請求信息payload包括了 PingUDP、SequenceNumber

36、、TimeStamp的內容，以及每個請求的折返時間，并統(tǒng)計 10個請求的平 均RTT以及最大RTT和最小RTT,此時PingClient客戶端收到PingServer服務器的返回信息 顯示如下：7.4.1 PingServer輸出結果如下S3C：Windows5/sterri32cmd,exe - iavd PingServer 99991iciLocoft Uindotfo_1版本 l .才968日1<u) 2013 Mluruffuf L Curpurdtluii > 保留所有權利6C： MJsep4LinBinsfcheng>e ：|Ei S>cd binE：hl

37、n>jaa PinsfS*rver 9999 編程實現(xiàn)基干UDP的PIHC CJmQ服務惴 PIMC CERUER STARTED iIeIg lli>clie ad = request 2plaloafl ： PinlIDP SediienceHiimbef：2 TimeStamii:2015-01-11 10i：35 ：39.931卜七日dU requitisc 3plalaad： fintfUWP SequenceNLimber： TimeStanp：aIdlS-Ul-ll lM：3b ：31 data loseFiead： request 6pJLa«/laad

38、- PinglJI)P £eq<us nceMumbei*. £ T imeStamp - 201£01-11 1&- 35 - 34 «9 80head： request 7pla9laad- Pin<UDP SequenceNumber-7 TimeStamp：2815-01-11 10:35：35.116Id Aid loeedata losehe ad - I'e(pnet 10plau/laad - FinLIDP ScquicnccHuiiTibci'= 10 TIncStcnps2015-01 -li 1

39、3：3S = 391297.4.2 PingClient 輸出結果如下MJsers MinBin Qche ng >e ："cdS Bquenc eHunhek*TimeStamp：2015-01-11bin?,1CQ9 ,losertt：I59J«t«l JuildyloHil： PinglIDP SequenceNunhet'： 710:35:35.116Tim&Scanp；2015-01-11Mjiit>J<ivd Piny Cl lent IjvdlliusC 9?99tt ：1»MU ead，ft 2lauloatlx FlngUDPtt：LG03覆 ±3 loSilead： request 3其夕LomdU PinfUDPiead： request b laT/Loeitl ： PlngllBPfeQuenceHunlbeauemaqc! tt 1 ' m<ix rtt ： 10DE cad ： I'eqLie st 167layloail： PinqUUP SequenEeNunher：13 IineStamu：201E01-11icrosoft L/indous 假車 &.3J6癡c> 2S13