計算機網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計--編程實現(xiàn)基于udp的ping

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文檔簡介

1、　　計算機網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計報告　　編程實現(xiàn)基于UDP的PING　　學院計算機學院 　　專業(yè) 　　學號　　學生姓

2、名 　　指導教師 　　2017年 6月 　　計算機網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計　　程序開發(fā)的基礎(chǔ)知識<b

3、>　　PING的相關(guān)知識　　Ping是Windows、Unix和Linux系統(tǒng)下的一個命令。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(luò)是否連通，可以很好地幫助我們分析和判定網(wǎng)絡(luò)故障。應(yīng)用格式：Ping空格IP地址。　　PING (Packet Internet Groper)，因特網(wǎng)

4、包探索器，用于測試網(wǎng)絡(luò)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ICMPecho （ICMP回聲應(yīng)答）。它是用來檢查網(wǎng)絡(luò)是否通暢或者網(wǎng)絡(luò)連接速度的命令。作為一個生活在網(wǎng)絡(luò)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(luò)上機器IP地址的唯一性，給目標IP地址發(fā)

5、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(luò)機器是否連接相通，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(luò)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(wù)器或者進行網(wǎng)絡(luò)測試，可以放心的選中它，保護你的電腦。</p&

6、gt;　　UDP的相關(guān)知識　　UDP 是User Datagram Protocol的簡稱，全稱是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)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

7、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(luò)應(yīng)用。包括網(wǎng)絡(luò)視頻會議系統(tǒng)在內(nèi)的眾多的客戶/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(luò)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IP（網(wǎng)際協(xié)

8、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(luò)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)。　　Socket通信機制相關(guān)知識　　網(wǎng)絡(luò)上的兩個程序通過一個雙向的通信連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，這個

9、連接的一端稱為一個socket。　　建立網(wǎng)絡(luò)通信連接至少要一對端口號(socket)。socket本質(zhì)是編程接口(API)，對TCP/IP的封裝，TCP/IP也要提供可供程序員做網(wǎng)絡(luò)開發(fā)所用的接口，這就是Socket編程接口；HTTP是轎車，提供了封裝或者顯示數(shù)據(jù)的具體形式;Socket是發(fā)動機，提供了網(wǎng)絡(luò)通信的能力。　　Socket的英文原義是“孔”或

10、“插座”。作為BSD UNIX的進程通信機制，取后一種意思。通常也稱作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一個通信鏈的句柄，可以用來實現(xiàn)不同虛擬機或不同計算機之間的通信。在Internet上的主機一般運行了多個服務(wù)軟件，同時提供幾種服務(wù)。每種服務(wù)都打開一個Socket，并綁定到一個端口上，不同的端口對應(yīng)于不同的服務(wù)。Socket正如其英文原意那樣，像一個多孔插座。一臺主機猶如布滿各種插座的房間，每個插座有一個編號，

11、有的插座提供220伏交流電，有的提供110伏交流電，有的則提供有線電視節(jié)目。客戶軟件將插頭插到不同編號的插座，就可以得到不同的服務(wù)。　　設(shè)計思路　　本程序是通過基于UDP的socket的網(wǎng)絡(luò)編程，來實現(xiàn)客戶端和服務(wù)器端的信息傳輸，包括客戶端發(fā)送請求給服務(wù)器端、服務(wù)器端回應(yīng)客戶端，以致實現(xiàn)PING的效果。</

12、p>　　具體的思路是通過調(diào)用java JDK中java.net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Socket實例，調(diào)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。這樣就可以實現(xiàn)客戶端和服務(wù)器端的信息交流

13、了。以此來達到ping的功能。　　再通過多線程編程的思想，讓不同客戶端的請求運行在不同的線程，來實現(xiàn)服務(wù)器端為多個客戶端服務(wù)的功能。　　程序流程圖　　四．關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　　本程序主要用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有

14、以下：　　1．Math.random() * 1000，獲取隨機數(shù)字　　2．for (int i = 0; i < 10; i++)　　{if (rtt[i] > maxRtt){maxRtt = rtt[i];}　　if(rtt[i]!=0){if (rt

15、t[i] < minRtt){minRtt = rtt[i];}　　}sumRtt += rtt[i]; }，通過循環(huán)獲取極值。　　五．關(guān)鍵性的代碼　　1．客戶端發(fā)送請求和接收回復(fù)　　DatagramSocket client

16、Socket = new DatagramSocket();//生成client端socket實例　　InetAddress IPAddress = InetAddress.getByName(address); //生成ip地址實例　　byte[] sendData = new byte[1024]; //用于接收數(shù)據(jù)的byte數(shù)組

17、;　　byte[] receiveData = new byte[1024];//用于發(fā)送數(shù)據(jù)的byte數(shù)組　　sendData = sentence.getBytes();　　DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(sendData, sendData.length, I

18、PAddress, port);//生成發(fā)送數(shù)據(jù)包　　Date sendBefore = new Date();//發(fā)送前時　　clientSocket.send(sendPacket); //發(fā)送　　DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacke

19、t(receiveData,receiveData.length);//生成接收數(shù)據(jù)包　　clientSocket.receive(receivePacket); //接收從server返回的數(shù)據(jù)包　　Date receiveAfter = new Date(); //接收后的時間

20、//最多等待1秒以便接收PingServer返回的reply消息。如果在該時間內(nèi)沒有收到服務(wù)器的reply，則認為該請求或?qū)υ撜埱蟮膔eply已經(jīng)丟失　　String modifiedSentence = "";　　if(receiveAfter.getTime() - sendBefore.getTime()>1000){&l

21、t;/p>　　modifiedSentence = "請求超過1秒，模擬數(shù)據(jù)丟失?。n";　　rtt[i-1]=(long)0; //當收不到reply時，置折返時間為0，不加入計算　　}else{modifiedSentence = new String(receivePacket.getData()

22、);　　rtt[i - 1] = receiveAfter.getTime() - sendBefore.getTime();　　}　　2.服務(wù)器端接收請求和回復(fù)客戶端　　new Thread(){@Override

23、;　　public void run() {　　int cilentCount = 0; //客戶端的數(shù)量（多個客戶端）　　//服務(wù)器端一直處于接收狀態(tài)　　while (true){　　byte[] sendData = new byte[1024]

24、;　　DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(receiveData, receiveData.length);//生成接收數(shù)據(jù)報包實例　　try {serverSocket.receive(receivePacket);} catch (Exception e) {e.printStackTr

25、ace();} //從客戶端接收到請求　　String sentence = new String(receivePacket.getData());　　InetAddress IPAddress = receivePacket.getAddress(); //獲得client端的ip

26、　int port = receivePacket.getPort(); //獲得client端的port　　long randomTime = (long) (Math.random() * 1000); //生成隨機數(shù)，用于模擬傳輸延遲　　try {Thread.sleep(random

27、Time);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} //程度睡眠，用于模擬傳輸延遲　　if(sentence.substring(7,8).equals("1")&&!sentence.substring(7,9).equals("10")){</p

28、>　　cilentCount++; System.out.println("***********************************************");　　System.out.println("* 第 "+cilentCount+" 臺客戶端機正在請求?。。。?！ *&qu

29、ot;);　　System.out.println("***********************************************\n");　　}System.out.println("從客戶端接收到的信息為：");　　System.out.println

30、("@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@");　　System.out.println(sentence);sendData = sentence.getBytes(); 　　DatagramPa

31、cket sendPacket = new DatagramPacket(sendData, sendData.length, IPAddress, port); //生成數(shù)據(jù)包　　try {serverSocket.send(sendPacket);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} //發(fā)回client端}</p&g

32、t;　　}.start();　　六．開發(fā)過程中遇到的問題及解決辦法　　1. 問題：在編寫程序的過程中，因為對socket編程不了解，導致不能正確讓客戶端和服務(wù)器端相互發(fā)送消息。　　解決：網(wǎng)上查詢socket相關(guān)的編程知識，調(diào)用java JDK中java.net包下的DatagramSocke

33、t和DatagramPacket類，實現(xiàn)客戶端和服務(wù)器端的信息交流。　　2．問題：剛開始編程時，服務(wù)器端不能服務(wù)多個客戶端。　　解決：通過多線程編程，使不同客戶端的請求運行在不同的線程，來實現(xiàn)服務(wù)器端對多個客戶端的請求服務(wù)。　　七．程序中待解決的問題及改進方向　　1．待解

34、決的問題：程序界面不過人性化。　　改進方向：繼續(xù)深入優(yōu)化　　八．程序測試結(jié)果　　客戶端請求　　服務(wù)器端回復(fù)<b

35、>　　以下為完整代碼　　客戶端代碼　　import java.io.BufferedReader;　　import java.io.InputStreamReader;　　import java.io.Str

36、ingReader;　　import java.net.DatagramPacket;　　import java.net.DatagramSocket;　　import java.net.InetAddress;　　import java.text.SimpleDateF

37、ormat;　　import java.util.Date;　　/*PingClient,客戶端，有以下功能　　3.1啟動后發(fā)送10個request。發(fā)送一個request后，最多等待1秒以便接收PingServer返回的reply消息。　　如果在該時間內(nèi)沒有收到服務(wù)器的

38、reply，則認為該請求或?qū)υ撜埱蟮膔eply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payload中至少包含關(guān)鍵字PingUDP、序號、時間戳等內(nèi)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

39、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RTT。　　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<

40、;b>　　*/　　public class PingClient　　{　　public static void main(String[] args) throws Exception　　{

41、　　String address = args[0]; //從命令行獲得server ip地址　　int port = new Integer(args[1]);

42、 //從命令行獲得端口號　　long[] rtt = new long[10]; //用于折返時間的統(tǒng)計　　System.out.println("\n客戶端啟動，開始發(fā)送請求！！?。n\n\n");

43、　for (int i = 1; i <= 10; i++) //發(fā)送10條請求　　{　　SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd h

44、h:mm:ss.SS"); //時間戳格式　　String sentence = "頭部: 請求 " + i + " \n"//請求數(shù)據(jù)　　+ "payload:PingUDP 序號:" + i + " 時間戳:"

45、　　+ sdf.format(new Date())+"\n@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@";　　DatagramSocket clientSocket = new DatagramSocket(); //生成client端socket實例

46、　　InetAddress IPAddress = InetAddress.getByName(address); //生成ip地址實例　　byte[] sendData = new byte[1024]; //用于接收數(shù)據(jù)的byte數(shù)組　　byte[

47、] receiveData = new byte[1024]; //用于發(fā)送數(shù)據(jù)的byte數(shù)組　　sendData = sentence.getBytes();　　DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(sendData, sen

48、dData.length, IPAddress, port);//生成發(fā)送數(shù)據(jù)包　　Date sendBefore = new Date(); //發(fā)送前時間　　clientSocket.send(sendPacket);

49、 //發(fā)送　　DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(receiveData,receiveData.length);//生成接收數(shù)據(jù)包　　clientSocket.receive(re

50、ceivePacket); //接收從server返回的數(shù)據(jù)包　　Date receiveAfter = new Date(); //接收后的時間 <

51、;/p>　　//最多等待1秒以便接收PingServer返回的reply消息。如果在該時間內(nèi)沒有收到服務(wù)器的reply，則認為該請求或?qū)υ撜埱蟮膔eply已經(jīng)丟失　　String modifiedSentence = "";　　if(receiveAfter.getTime() - sendBefore.g

52、etTime()>1000){　　modifiedSentence = "請求 "+i+" 超過1秒，模擬數(shù)據(jù)丟失?。?quot;;　　rtt[i - 1] = (long) 0;

53、 //當收不到reply時，置折返時間為0，不加入計算　　}else{　　modifiedSentence = new String(receivePacket.getData());　　rtt[i - 1] = receiveAfter.getTime() - sen

54、dBefore.getTime();　　}　　System.out.println("折返時間和服務(wù)端的返回信息為：");　　System.out.println("@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@

55、@@@@@@@@@@@@@@@");　　System.out.println("折返時間（RTT）:" + rtt[i - 1]);　　System.out.println(modifiedSentence); //顯示從server返

56、回的數(shù)據(jù)　　if(rtt[i - 1]==0){　　System.out.println("@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@\n\n\n\n\n\n");　　}

57、　　clientSocket.close(); //關(guān)閉socket　　}　　//統(tǒng)計出平均rtt,最大rtt和最小rtt

58、long sumRtt = 0;　　long maxRtt = 0;　　long k = 0;　　long minRtt = rtt[0];　　int j = 0;　　for (int i = 0; i < 10; i++)

59、　　{ 　　if(rtt[i] > k){　　if (rtt[i] > maxRtt)　　{　　maxRtt = rtt[i];</

60、p>　　}　　if (rtt[i] < minRtt)　　{　　minRtt = rtt[i];　　}

61、　　j++;　　sumRtt += rtt[i];}　　}　　System.out.println("最終折返時間為："); 　　System.out.pr

62、intln("@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@");　　System.out.println("平均折返時間: " + sumRtt / j +"ms");　　System.out.println("最大折返時間

63、: " + maxRtt+"ms");　　System.out.println("最小折返時間: " + minRtt+"ms");　　System.out.println("@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@

64、@@@");　　}　　}　　服務(wù)端代碼　　import java.io.BufferedReader;

65、import java.io.InputStreamReader;　　import java.net.DatagramPacket;　　import java.net.DatagramSocket;　　import java.net.InetAddress;<b&g

66、t;　　/**　　* Ping Server服務(wù)器端，完成以下功能　　* 2.1 可以并發(fā)地為多個用戶服務(wù)；　　2.2 顯示用戶通過客戶端發(fā)送來的消息內(nèi)容(包含頭部和payload)；　　2.3 能夠模擬分組的丟失；能夠模擬分組傳輸延遲；</p&

67、gt;　　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(yīng)reply；　　2.5 通過如下命令行啟動服務(wù)器：java PingServer port。　　port為PingServer的工作端口號　　*/<

68、/b>　　public class PingServer　　{　　public static void main(String[] args) throws Exception　　{<

69、/p>　　System.out.println("\n服務(wù)端啟動，等待客戶端請求.......\n\n\n");　　int initPort = new Integer(args[0]); //從命令行獲得port args[0]　　DatagramSocket serverSocket

70、= new DatagramSocket(initPort); //根據(jù)port，生成server端socket實例　　byte[] receiveData = new byte[1024];　　/*　　* 使用多線程編程，可以實現(xiàn)多個客戶端同時請求服務(wù)端<

71、/p>　　*/　　new Thread(){　　@Override　　public void run() {　　int cilentCount = 0; //客戶端的數(shù)

72、量（多個客戶端）　　//服務(wù)器端一直處于接收狀態(tài)　　while (true)　　{　　byte[] sendData = new byte[1024];　　DatagramPacket rec

73、eivePacket = new DatagramPacket(receiveData, receiveData.length);//生成接收數(shù)據(jù)報包實例　　try {serverSocket.receive(receivePacket);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} //從客戶端接收到請求

74、　　String sentence = new String(receivePacket.getData());　　InetAddress IPAddress = receivePacket.getAddress(); //獲得client端的ip　　int port

75、 = receivePacket.getPort(); //獲得client端的port　　long randomTime = (long) (Math.random() * 1000); //生成隨機數(shù)，用于模擬傳輸延遲

76、　try {Thread.sleep(randomTime);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} //程度睡眠，用于模擬傳輸延遲　　if(sentence.substring(7,8).equals("1")&&!sentence.substring(7,9).equal

77、s("10")){　　cilentCount++;　　System.out.println("***********************************************");　　System.out.println("* 第 &q

78、uot;+cilentCount+" 臺客戶端機正在請求?。。。?！ *");　　System.out.println("***********************************************\n");　　}

79、　　System.out.println("從客戶端接收到的信息為：");　　System.out.println("@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@");　　System.out.println(sentence);

80、　　sendData = sentence.getBytes(); 　　DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(sendData, sendData.length, IPAddress, port); //生成數(shù)據(jù)包

81、　　try {serverSocket.send(sendPacket);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} //發(fā)回client端　　}　　}　　}

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