网络原理课程

Python socket编程实验

一、实验内容

1.编写一个基于UDP协议的客户机与服务器程序，实现相互通讯。

2.编写一个基于TCP协议的客户机与服务器程序，实现相互通讯。

3.捕获以上两种通讯的数据包，使用Wireshark进行分析，以深入了解TCP、UDP协议的数据传输机制。

二、实验基础知识

1、TCP编程

（1）、建立一个TCP服务器连接需要6个步骤：

1）创建socket对象。调用socket构造函数：

socket=socket.socket(familly,type)

family的值可以是AF_UNIX(Unix域，用于同一台机器上的进程间通讯)，也可以是AF_INET（对于IPV4协议的TCP和 UDP），至于type参数，SOCK_STREAM（流套接字）或者 SOCK_DGRAM（数据报文套接字）、SOCK_RAW（raw套接字），TCP使用SOCK_STREAM参数。

2）将socket绑定（指派）到指定地址上，socket.bind(address)

address必须是一个双元素元组,((host,port)),主机名或者ip地址+端口号。如果端口号正在被使用或者保留，或者主机名或ip地址错误，则引发socke.error异常。

3）绑定后，必须准备好套接字，以便接受连接请求。

socket.listen(backlog)

backlog指定了最多连接数，至少为1，接到连接请求后，这些请求必须排队，如果队列已满，则拒绝请求。

4）服务器套接字通过socket的accept方法等待客户请求一个连接：

connection,address=socket.accept()

调用accept方法时，socket会进入'waiting'（或阻塞）状态。客户请求连接时，方法建立连接并返回服务器。accept方法返回一个含有两个元素的元组，形如(connection,address)。第一个元素（connection）是新的socket对象，服务器通过它与客户通信；第二个元素（address）是客户的internet地址。

5）处理阶段，服务器和客户通过send和recv方法通信（传输数据）。

服务器调用send，并采用字符串形式向客户发送信息。send方法返回已发送的字符个数。服务器使用recv方法从客户接受信息。调用recv时，必须指定一个整数来控制本次调用所接受的最大数据量。recv方法在接受数据时会进入'blocket'状态，最后返回一个字符串，用它来表示收到的数据。如果发送的量超过recv所允许，数据会被截断。多余的数据将缓冲于接受端。以后调用recv时，多余的数据会从缓冲区删除。

6）传输结束，服务器调用socket的close方法以关闭连接。

（2）、建立一个TCP客户端连接则需要4个步骤：

1）创建一个socket以连接服务器 client=socket.socket(family,type)

2）使用socket的connect方法连接服务器 .connect((host,port))

3）客户和服务器通过send和recv方法通信。

4）结束后，客户通过调用socket的close方法来关闭连接。

2. UDP编程

由于UDP是无连接的，与TCP的区别在服务器端表现为，无需监听函数listen()对客户端的连接进行监听； 在客户端的表现为客户端的socket无需与服务器建立连接就能够进行数据的发送与接收，即无需connect()函数。

（1）、建立一个UDP服务器连接需要4个步骤：

1）创建socket对象。调用socket构造函数：

socket=socket.socket(familly,type)

family的值可以是AF_UNIX(Unix域，用于同一台机器上的进程间通讯)，也可以是AF_INET（对于IPV4协议的TCP和 UDP），至于type参数，SOCK_STREAM（流套接字）或者 SOCK_DGRAM（数据报文套接字）,SOCK_RAW（raw套接字），UDP 使用SOCK_DGRAM参数。

2）将socket绑定（指派）到指定地址上，socket.bind(address)

address必须是一个双元素元组,((host,port)),主机名或者ip地址+端口号。如果端口号正在被使用或者保留，或者主机名或ip地址错误，则引发socke.error异常。

3）处理阶段，服务器和客户通过sendto()和recvfrom()方法通信（传输数据）。

4）传输结束，服务器调用socket的close方法以关闭连接。

（2）、建立一个UDP客户端连接则需要4个步骤：

1）创建一个socket以连接服务器 socket=socket.socket(family,type)

2）使用socket的connect方法连接服务器 socket.connect((host,port))

3）客户和服务器通过sendto()和recvfrom()方法通信。

4）结束后，客户通过调用socket的close方法来关闭连接。

3.监听工具简介

最近开发调试过程中需要使用一些抓包工具，Wireshark这个抓包工具比较强大，具体的网上能查到很多，这里只是简单说下一些常用的命令：

ip.addr==需要查的IP地址 and tcp.port==443 ： 查询地址和端口号匹配的记录

ip and (tcp.port==4437 or tcp.port==5775) ：查询协议和端口号匹配的记录

选中要看的那条记录--右击--Follow TCP Stream 就能看到包里的信息了。如果是明文可以直接看到内容，如果加密了看到的就是乱码。

Wireshark虽然强大，但是无法抓取本地回环数据。也就是说：当你本地测试一个socket程序，发送/接收到本地端口的时候，Wireshark就无能为力了。这个时候需要另外一个工具：RawCap 。

抓好包后，按Ctrl+C，停止抓包。这个时候会在RawCap的同级目录下显示一个dumpfile.pcap文件。通过wireshark打开，就可以看到本地环回的数据包了。

三、实验步骤

在编译器pycharm中运行

1.TCP编程

（1）建立TCP程序

创建套接字，绑定套接字，开始监听，就是一个while循环一直监听有没有消息连接。

服务器端程序

客户端程序

创建套接字，连接，等待输入，发送。

（2）运行RawCap.exe

 

     进入RawCap.exe的文件夹，在目录框输入cmd，点击回车，进入命令窗口输入命令

     RawCap.exe  ip地址  文件名，点击回车

 

开始抓取数据包

（3）运行程序

先运行服务器端程序后运行客户端程序

服务端运行结果

客户端运行结果

（4）查看抓取结果

（5）用wireshark打开文件TCPdumpfile.pcap

   (6) 查看Tcp流中的应用层数据
在Wireshark的Analyze菜单中选择“Follow TCP Stream”功能，就会出现下面的窗口，窗口显示的就是客户机与服务器通讯的内容，内容出现的顺序同他们在网络中出现的顺序一致。从A到B的通信标记为红色，从B到A的通信标记为蓝色。

 

(7)TCP的三次握手

（8）源端口号和目的端口号

（9）查看TTL值、IP版本号、协议类型

（10）查看IP头长度和传输数据

2. UDP编程

（1）编写程序

UDP编程的服务器端程序

UDP编程客户端程序

（2）运行RawCap.exe

     进入RawCap.exe的文件夹，在目录框输入cmd，点击回车，进入命令窗口

输入命令RawCap.exe  ip地址  文件名，点击回车

你们写的时候最好文件名写为UDPdumpfile.pcap  我是不小心写错了
(3)先运行服务器程序，然后运行客户机程序，然后进行通讯。

（4）客户机与服务器通讯结束后，回到控制台，看到RawCap已经捕捉到一些数据包。

按Ctrl+C，停止抓包。这个时候会在RawCap的同级目录下显示一个DUPdumpfile.pcap文件。
(5)通过wireshark打开，就可以看到本地通讯的数据包了。

(6)查看UDP流中的应用层数据

在Wireshark的Analyze菜单中选择“Follow UDP Stream”功能，就会出现下面的窗口，窗口显示的就是客户机与服务器通讯的内容，内容出现的顺序同他们在网络中出现的顺序一致。从A到B的通信标记为红色，从B到A的通信标记为蓝色。

(7)查出通讯的源端口、目的端口、TTL值、IP版本号、协议类型、IP头长度以及传输的数。