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华东师范大学软件学院实验报告

一、实验目的​

了解套接字编程相关内容。

二、使用内容与实验步骤​

使用实验手册中所给出的示例代码，并进行相关测试。

三、实验环境​

  • 实验仪器1：ThinkPad X230i

    • 操作系统：6.12.9-arch1-1 x86_64 GNU/Linux
    • 以太网控制器：Intel Corporation 82575LM Gigabit Network Connection
    • 网络控制器：Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL8188CE 820.11b/g/n WiFi Adapter

  • 实验仪器2：raspberrypi 4B

    • 操作系统：6.6.47+rpt-rpi-v8 aarch64 GNU/Linux

  • 网络连接：宿舍 Wifi

四、实验过程与分析​

本地测试记录如下图：

test0

实验步骤

  1. 启动 Wireshark，根据代码中常量定义，将过滤选项设置为tcp.port==7701，对 Loopback: lo 进行捕获

  2. 启动服务端

  3. 启动0号客户端,此时 Wireshark 捕获到三次握手包，观察到0号客户端采用44514端口：

    png1

  4. 发送文本测试

    1. 0号客户端发送测试文本0（测试短文本)：text0:hello, world，服务端显示：text0:hello, world，正常发送，Wireshark 捕获到的包信息如下。

      png3

    2. 0号客户端发送测试文本1（测试ACSII可显示字符)：text1: !"#\$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?`ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]^_@abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~，服务端显示：text1: !"#\$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?`ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]^_@abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~，正常发送，Wireshark 捕获到的包信息如下。

      png4

    3. 0号客户端发送测试文本2（测试tab字符)：text2:\t \t，服务端显示：text2:\t \t，正常发送，Wireshark 捕获到的包信息如下。

      png5

      可以观察到 tab 以正常形式（ACSII码为9）发出

    4. 0号客户端发送测试文本3（测试中文文本)：text3:你好，世界，服务端显示：text3:你好，世界，正常发送，Wireshark 捕获到的包信息如下。

      png7

    5. 0号客户端发送测试文本4（测试长文本)：text4:0123456789abcdef...0123456789abcdef（共计32774字节），服务端显示：text4:0123456789abcdef...012345678（共计4096字节），文本发送不正常，仅发送前 4096 字节，检查 Wireshark ，可以发现0号客户端共发送16个包，前15个包中每个包携带255字节的文本，最后一个包携带16字节的文本，捕获到的第一个与最后一个客户端包信息如下。

      png

      可以观察到 IP 协议头中 DF 为 1 ，故数据未经 IP 分片，数据的分段发生在 TCP 加工阶段。

  5. 断连测试

    1. 断开0号客户端连接，捕获到由0号客户端发出的结束请求

      png9

    2. 重新恢复0号客户端连接

    3. 断开服务端连接，捕获到由服务端发出的结束请求（FIN），0号客户端发送ACK确认，但未得到服务端的ACK确认，于是0号客户端将在等待2MSL后自动断开连接，捕获到的包信息如下：

      png10

    4. 0号客户端发送文本a text from client， Wireshark 捕获到的内容如下

      png11

      0号客户端发送了带有 PSH 的信息包，端口收到后优先处理该数据包，由于服务端已经关闭，7701端口空闲，故返回带有RST的数据报。

    5. 0号客户端发送文本server restart，按下回车后客户端自动退出，Wireshark 没有捕获到消息

    6. 执行指令./client localhost，尝试重新启动客户端，收到报错simplex-talk: connect: Connection refused，捕获到的包信息如下

      png12

      0号客户端发送了带有 SYN 的信息包，由于服务端已经关闭，7701端口空闲，故返回带有RST的数据报，0号客户端收到后报告错误并退出

    7. 执行指令./client，不指定地址，报错usage: simplex-talk host

  6. 多客户端测试

    1. 重新启动服务端

    2. 启动0号客户端，观察 Wireshark ，可以发现0号客户端使用端口为53092

    3. 0号客户端发送文本client0，服务端显示：client0，正常发送。

    4. 启动1号客户端，观察 Wireshark ，可以发现1号客户端使用端口为43676，Wireshark 捕获包信息如下：

      png13

    5. 1号客户端发送文本client1，服务端没有显示，但 Wireshark 捕获到信息包。

    6. 0号客户端发送文本text from client0，服务端显示text from client0，正常发送。

    7. 1号客户端发送文本text from client1，服务端没有显示，但 Wireshark 捕获到信息包。

    8. 0号客户端发送文本client0 stop，服务端显示client0 stop，正常发送。

    9. 0号客户端断开连接，服务端显示client1

    10. 0号客户端发送文本client1 stop，服务端显示client1 stop，正常发送。

    11. 断开服务端连接。

    1 号客户端发送的三个携带文本的信息包如下：

    png14

  7. 端口占用测试

    1. 启动服务端，Wireshark 未捕获到内容
    2. 启动第二个服务端，报错simplex-talk: bind: Address already in use，Wireshark 未捕获到内容
    3. 启动客户端
    4. 关闭服务端
    5. 尝试重新启动服务端，报错simplex-talk: bind: Address already in use，Wireshark 未捕获到内容
    6. 客户端退出
    7. 尝试重新启动服务端，服务端正常运行

    测试截图如下：

    png15

  8. 局域网通信测试

    1. 通过 ssh 连接并控制同一局域网下的另一设备

    2. 通过 ftp 上传源代码server.c与client.c

    3. 在 ssh 所控制设备上编译

    4. 启动 Wireshark ，将过滤器设置为tcp.port == 7701，对wlan0进行捕获

    5. 在远程主机上执行./server，在电脑上执行./client 192.168.31.135，成功连接

    6. 在客户端上发送信息，远程服务端成功收到

    7. 交换客户端与服务端，仍能成功通信

    通信记录与 Wireshark 捕获截图如下：

    png16

    png18

五、附录​

客户端代码如下：

/* Source: Peterson & Davie (2007), Computer Networks, a Systems Approach,
 *           4th ed., Morgan Kaufmann, p. 34-35.
 * Included stdlib.h, string.h, and strings.h so it compiles on Linux.
 * Changed port from 5432 (postgresql) to 7701 (unassigned).
 * - JLND Feb 7 2009
 */
#include <unistd.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>
#define SERVER_PORT 7701
#define MAX_LINE 256

int main(int argc, char * argv[])
{
  FILE *fp;
  struct hostent *hp;
  struct sockaddr_in sin;
  char *host;
  char buf[MAX_LINE];
  int s;
  int len;

  if (argc==2) {
    host = argv[1];
  }
  else {
    fprintf(stderr, "usage: simplex-talk host\n");
    exit(1);
  }

  /* translate host name into peer’s IP address */
  hp = gethostbyname(host);
  if (!hp) {
    fprintf(stderr, "simplex-talk: unknown host: %s\n", host);
    exit(1);
  }

  /* build address data structure */
  bzero((char *)&sin, sizeof(sin));
  sin.sin_family = AF_INET;
  bcopy(hp->h_addr, (char *)&sin.sin_addr, hp->h_length);
  sin.sin_port = htons(SERVER_PORT);

  /* active open */
  if ((s = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
    perror("simplex-talk: socket");
    exit(1);
  }
  if (connect(s, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin)) < 0) {
    perror("simplex-talk: connect");
    close(s);
    exit(1);
  }

  /* main loop: get and send lines of text */
  while (fgets(buf, sizeof(buf), stdin)) {
    buf[MAX_LINE-1] = '\0';
    len = strlen(buf) + 1;
    send(s, buf, len, 0);
  }
}

服务端代码如下：

/* Source: Peterson & Davie (2007), Computer Networks, a Systems Approach,
 *           4th ed., Morgan Kaufmann, p. 35-36.
 * Included stdlib.h, string.h, and strings.h so it compiles on Linux.
 * Changed port from 5432 (postgresql) to 7701 (unassigned).
 * - JLND Feb 7 2009
 */
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>
#define SERVER_PORT 7701
#define MAX_PENDING 5
#define MAX_LINE 256

int main()
{
  struct sockaddr_in sin;
  char buf[MAX_LINE];
  int len;
  int s, new_s;

  /* build address data structure */
  bzero((char *)&sin, sizeof(sin));
  sin.sin_family = AF_INET;
  sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
  sin.sin_port = htons(SERVER_PORT);
 
  /* setup passive open */
  if ((s = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
    perror("simplex-talk: socket");
    exit(1);
  }
  if ((bind(s, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin))) < 0) {
    perror("simplex-talk: bind");
    exit(1);
  }
  listen(s, MAX_PENDING);
 
  /* wait for connection, then receive and print text */
  while(1) {
    if ((new_s = accept(s, (struct sockaddr *)&sin, &len)) < 0) {
      perror("simplex-talk: accept");
      exit(1);
    }
    while (len = recv(new_s, buf, sizeof(buf), 0))
      fputs(buf, stdout); 
    close(new_s);
  }
}