摘要

TCP/IP協議族是構建互聯網的基石協議。在互聯網中，從一臺計算機向另外一臺計算機傳送數據，數據包可以通過兩種協議傳輸。其中一種就是傳輸控制協議（Transmission Control Protocol，TCP）。TCP能夠確保數據的傳送，也確保數據包以它們正確的順序傳送，是一種提供可靠連接的傳送協議。由於Java語言支持基於流的通信，即是用TCP協議進行傳輸，所以本次的課程設計將基於Java語言，設計出一個可以發送TCP數據包的程序。

關鍵字

傳輸控制協議（TCP），Java，套接字（Socket），IP，端口（Port）

1 引言

在互聯網的四層協議中，TCP位於IP層之上，應用層之下的傳輸層。不同主機的應用層之間經常需要可靠的、像管道一樣的連接。而面向連接、提供可靠傳輸的TCP協議則正好能夠滿足這一需求。因此被廣泛利用。

掌握TCP數據包的發包原理和功能的實現，有利於我們能夠更進一步地學習和利用更多應用層上的應用和技術，如文件傳送（FTP）、遠程登錄（RemoteLogin）等。

本次課程設計要求我們能夠實現以下效果：

(1) 以命令行形式運行：

SendTCP source_IP source_port dest_ip dest_port

其中，SendTCP爲程序名，source_IP爲源端IP地址，source_port爲源端口，dest_ip 爲目的IP地址，dest_port爲目的端口

(2) 其他的TCP頭部參數請自行設定。

(3) 數據字段爲“Thisis my homework of network ,I am happy!”.

(4) 成功發送後在屏幕上輸出“SendOK”。

2 總體設計

2.1 系統或算法框架設計

(1) 服務端的設計框架（發送數據段方）

(2) 客戶端的設計框架（發送反饋信息方）

2.2 功能設計

在本次課程設計中，要求發送一段數據包，裏面包含一段數據信息。同時，爲了驗證數據包發送成功，還需要進行驗證。因此需要實現至少發送數據包和驗證發送是否成功的兩項功能。建立服務端發送數據段，客戶端接收數據段併發送反饋信息。當它們分別運行在不同的主機上，運行程序。根據程序的運行情況，便能驗證這兩項功能。

在服務端，我們首先建立對源端口的監聽。當客戶端成功連接到源端口時，服務端即按要求發送數據段“This is my homework of network ,I amhappy!”到目的IP、端口。客戶端，新建端口的監聽，當收到數據段後發送“SendOK!”反饋給服務端。通過這樣的數據包傳送的數據，便能實現以上兩種功能，見圖3。要注意的是，服務端的源IP、端口即爲客戶端的目的IP、端口；服務端的目的IP、端口即爲客戶端的源IP、端口。

2.3 平臺設計

本次的課程設計在Java語言的平臺上利用Java語言實現。爲了實現在兩臺計算機發送數據包的功能。本次實驗採用了物理機和虛擬機模擬在同一個局域網中。其中物理機採用Windows 8.1系統，IP地址爲192.168.126.53，而虛擬機則採用Windows XP系統，IP地址爲192.168.126.52。如圖4所示。

2.4 數據結構的設計

本次實驗採用了String類型保存字符，而端口號則採用Int類型。而由於文本I/O需要編碼和解碼，所以，二進制I/O的效率比文本I/O的效率更高。因此最好使用二進制I/O在服務端和客戶端之間進行數據傳輸，以便提高效率。因此，在讀入和寫入分別採用了DataInputStream和DataOutStrea這兩個類。

2.5 接口設計

根據題目要求，程序運行時必須輸入4個參數：源IP、源端口、目的IP、目的端口。程序開始時會判斷是否已經輸入了4個參數，如果沒有輸入四個參數，或輸入錯誤，輸出錯誤提示，如圖5所示。

3. 詳細設計（按照實際情況分小點，詳細書寫整個的設計流程以及核心源代碼）

3.1 參數讀入

不論是客戶端還是服務端，根據要求，都需要讀入IP和端口信息。而服務端的源IP、端口即爲客戶端的目的IP、端口；服務端的目的IP、端口即爲客戶端的源IP、端口。

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print?

String sourceIP = args[0];//源IP
int sourcePort = Integer.parseInt(args[1]);//源端口
String destinationIP = args[2];//目的IP
int destinationPort = Integer.parseInt(args[3]);//目的端口

String sourceIP = args[0];//源IP
    int sourcePort = Integer.parseInt(args[1]);//源端口
    String destinationIP = args[2];//目的IP
    int destinationPort = Integer.parseInt(args[3]);//目的端口

3.2 建立套接字

無論是服務端還是客戶端都需要建立套接字（Socket）。建立套接字有兩種方法，一種是主動發送信息的。例外一種則是被動接收信息再發出反饋（監聽）。在本次課程實驗中，無論是兩端既需用到主動發信息又需要用到監聽。

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print?

//主動發送信息，發送方向爲目的IP的目的端口
Socket socket = new Socket(destinationIP, destinationPort);
DataOutputStream dataOutputStream
= new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
dataOutputStream.writeUTF("Response Please!");
//監聽，接收發給源IP的源端口信息。
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(sourcePort);
socket = serverSocket.accept();

//主動發送信息，發送方向爲目的IP的目的端口
Socket socket = new Socket(destinationIP, destinationPort);
DataOutputStream dataOutputStream 
= new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
dataOutputStream.writeUTF("Response Please!");
//監聽，接收發給源IP的源端口信息。
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(sourcePort);
    socket = serverSocket.accept();

3.3 發送或接收數據

作爲本次課程實驗的重點，發送和接收是否成功是本次課程設計是否成功的關鍵。爲了保證程序能夠成功運行，本次發送的數據均採用二進制數據流。

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print?

//發送信息
DataOutputStream dataOutputStream
= new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
dataOutputStream.writeUTF("Response Please!");
//接收信息
DataInputStream dataInputStream
= new DataInputStream(socket.getInputStream());
String dataSegment=dataInputStream.readUTF();

	//發送信息
DataOutputStream dataOutputStream 
= new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
dataOutputStream.writeUTF("Response Please!"); 
//接收信息
DataInputStream dataInputStream
                        = new DataInputStream(socket.getInputStream());
                String dataSegment=dataInputStream.readUTF();

3.4 服務端功能實現

服務端在本次課程設計中，主要負責往目的套接字（目的IP+端口）發送數據段“Thisis my homework of network ,I am happy! ”，並接收來時目的套接字返回的數據段“SendOK!”，見圖6。

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print?

//記錄源和目的套接字的信息
String sourceIP = args[0];
int sourcePort = Integer.parseInt(args[1]);
String destinationIP = args[2];
int destinationPort = Integer.parseInt(args[3]);
//建立監聽
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(sourcePort);
Socket socket = serverSocket.accept();
//接收來自客戶端的信息
DataInputStream dataInputStream
= new DataInputStream(socket.getInputStream());
//發送信息
String dataSegment = "This is my homework of network ,I am happy!";
DataOutputStream dataOutputStream
= new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
dataOutputStream.writeUTF(dataSegment);
//接收成功信息
socket = new Socket(destinationIP, destinationPort);
dataOutputStream = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
dataOutputStream.writeUTF("Successfully Received!");
dataInputStream = new DataInputStream(socket.getInputStream());
dataSegment=dataInputStream.readUTF();
PrintMessage("接收到來自" + socket.getInetAddress().toString().substring(1) + ","
+ socket.getPort() + "號端口的信息");
PrintMessage("信息內容爲:" + dataSegment);
//關閉流
dataInputStream.close();
dataOutputStream.close();
socket.close();
serverSocket.close();

//記錄源和目的套接字的信息
String sourceIP = args[0];
int sourcePort = Integer.parseInt(args[1]);
String destinationIP = args[2];
int destinationPort = Integer.parseInt(args[3]);

//建立監聽
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(sourcePort);
Socket socket = serverSocket.accept();

//接收來自客戶端的信息
DataInputStream dataInputStream
                        = new DataInputStream(socket.getInputStream());
//發送信息
String dataSegment = "This is my homework of network ,I am happy!";
DataOutputStream dataOutputStream 
= new DataOutputStream(socket.getOutputStream()); 
dataOutputStream.writeUTF(dataSegment);
               
//接收成功信息
socket = new Socket(destinationIP, destinationPort);
dataOutputStream = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
dataOutputStream.writeUTF("Successfully Received!");

dataInputStream = new DataInputStream(socket.getInputStream());
dataSegment=dataInputStream.readUTF();
PrintMessage("接收到來自" + socket.getInetAddress().toString().substring(1) + ","
                        + socket.getPort() + "號端口的信息");
PrintMessage("信息內容爲:" + dataSegment);

//關閉流
dataInputStream.close();
dataOutputStream.close();
socket.close();
serverSocket.close();

3.5 客戶端功能實現

客戶端在本次課程設計中，主要負責的是接收來自服務端的信息，併發出反饋信息“Send OK!”，見圖7。

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print?

//嘗試連接
Socket socket = new Socket(destinationIP, destinationPort);
DataOutputStream dataOutputStream
= new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
dataOutputStream.writeUTF("Response Please!");
//獲得迴應
DataInputStream dataInputStream
= new DataInputStream(socket.getInputStream());
String dataSegment = dataInputStream.readUTF();
PrintMessage("接收到來自" + socket.getInetAddress().toString().substring(1) + ","
+ socket.getPort() + "號端口的信息");
PrintMessage("信息內容爲:" + dataSegment);
//回覆
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(sourcePort);
socket = serverSocket.accept();
dataOutputStream = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
dataOutputStream.writeUTF("Send OK!");

	//嘗試連接
   		Socket socket = new Socket(destinationIP, destinationPort);
        DataOutputStream dataOutputStream 
= new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
        dataOutputStream.writeUTF("Response Please!");

   //獲得迴應
DataInputStream dataInputStream
= new DataInputStream(socket.getInputStream());
String dataSegment = dataInputStream.readUTF();
PrintMessage("接收到來自" + socket.getInetAddress().toString().substring(1) + ","
                        + socket.getPort() + "號端口的信息");
        PrintMessage("信息內容爲:" + dataSegment);

//回覆
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(sourcePort);
socket = serverSocket.accept();
dataOutputStream = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
dataOutputStream.writeUTF("Send OK!");

4 總結

4.2 存在的問題

(1) 命令行界面不夠美觀且操作性不夠強

(2) 每次都輸入4個參數太麻煩了

4.3 改進的方法

(1) 改用圖形界面，並美化界面。但可能速度上不夠現在的快。

(2) 仿照命令提示符（cmd），可以缺省輸入。

【參考文獻】

[1]Y.Daniel Liang.Java語言程序設計(基礎篇)[M].李娜，譯.北京：機械工業出版社，2011:527-535

[2]Y.Daniel Liang.Java語言程序設計(進階篇)[M].李娜，譯.北京：機械工業出版社，2011:258-264

[3]謝希仁.計算機網絡簡明教程(第二版)[M].北京：電子工業出版社，2013：123-143

網絡編程——設計一個發送TCP數據包的程序

摘要

關鍵字

1 引言

2 總體設計

2.1 系統或算法框架設計

(1) 服務端的設計框架（發送數據段方）

2.2 功能設計

2.3 平臺設計

2.4 數據結構的設計

2.5 接口設計

3. 詳細設計（按照實際情況分小點，詳細書寫整個的設計流程以及核心源代碼）

3.1 參數讀入

3.2 建立套接字

3.3 發送或接收數據

3.4 服務端功能實現

3.5 客戶端功能實現

4 總結

4.2 存在的問題

4.3 改進的方法

【參考文獻】

計算機圖形學-實驗1-掌握開發環境配置方法和基本圖元繪製函數

《如何戒掉遊戲》

《劍指Offer》面試題的C#解法

提高Lua代碼運行效率

博客聲明

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

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