[网络协议] TCP/UDP编程基础

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[网络协议]TCP/UDP编程基础

一、UDP通信

1.vs创建项目

在这里插入图片描述
选择创建新项目，选择控制台应用

接下来选择路径完成创建

2.代码

发送端

代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace UDP
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //提示信息
            Console.WriteLine("按下任意按键开始发送...");
            Console.ReadKey();

            //做好链接准备
            UdpClient client = new UdpClient();  //实例一个端口
            IPAddress remoteIP = IPAddress.Parse("169.254.184.236");  //假设发送给这个IP
            int remotePort = 11000;  //设置端口号
            IPEndPoint remotePoint = new IPEndPoint(remoteIP, remotePort);  //实例化一个远程端点 

            for (int i = 0; i < 50; i++)
            {
                //要发送的数据：第n行：hello cqjtu！重交物联2018级
                string sendString = null;
                sendString += "hello cqjtu！重交物联2019级";

                //定义发送的字节数组
                //将字符串转化为字节并存储到字节数组中
                byte[] sendData = null;
                sendData = Encoding.Default.GetBytes(sendString);

                client.Send(sendData, sendData.Length, remotePoint);//将数据发送到远程端点 
            }
            client.Close();//关闭连接

            //提示信息
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("数据发送成功，按任意键退出...");
            System.Console.ReadKey();
        }
    }
}

接受端

代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace UDP
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int result = 1;
            UdpClient client = new UdpClient(11000);
            string receiveString = null;
            byte[] receiveData = null;
            //实例化一个远程端点，IP和端口可以随意指定，等调用client.Receive(ref remotePoint)时会将该端点改成真正发送端端点 
            IPEndPoint remotePoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
            Console.WriteLine("正在准备接收数据...");
            while (true)
            {
                receiveData = client.Receive(ref remotePoint);//接收数据 
                receiveString = Encoding.Default.GetString(receiveData);
                Console.WriteLine(receiveString);
                if (result == 50)
                {
                    break;
                }

                result++;
            }
            client.Close();//关闭连接
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("数据接收完毕，按任意键退出...");
            System.Console.ReadKey();
        }
    }
 }

3.结果

在这里插入图片描述

二、Form窗口程序

1.创建新项目

在这里插入图片描述

2.界面设计

从工具箱中选择button和textbox控件
在这里插入图片描述
textbox选择多行文本

添加垂直滚动条：找到 ScrollBars 属性，设置参数为 Vertical

设置边界样式：找到 BorderStyle ，参数设置为 FixedSingle

设置消息显示界面的 TextBox 不可编辑：找到 Enabled 属性，参数设为 False
在这里插入图片描述
设置按钮

设置窗体
窗体text设置为客户端
找到AcceptButton 属性，下拉框选中这个 button1 按钮

3.代码

客户端代码

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;

namespace WindowsFormsApp1
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
        {
            
        }

        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            try
            {
                string str = "The current time: ";
                str += DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
                textBox1.AppendText(str + Environment.NewLine);              
                int port = 2000;
                string host = "10.61.170.2";IP地址
                IPAddress ip = IPAddress.Parse(host);
                IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(ip, port);
                Socket c = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);       
                str = "Connect to server...";
                textBox1.AppendText(str + Environment.NewLine);
                c.Connect(ipe);
                string sendStr = textBox2.Text;
                str = "The message content: " + sendStr;
                textBox1.AppendText(str + Environment.NewLine);
                byte[] bs = Encoding.UTF8.GetBytes(sendStr);
                str = "Send the message to the server...";
                textBox1.AppendText(str + Environment.NewLine);
                c.Send(bs, bs.Length, 0);
                string recvStr = "";
                byte[] recvBytes = new byte[1024];
                int bytes;
                bytes = c.Receive(recvBytes, recvBytes.Length, 0);
                recvStr += Encoding.UTF8.GetString(recvBytes, 0, bytes);
                str = "The server feedback: " + recvStr;
                textBox1.AppendText(str + Environment.NewLine);    
                c.Close();
            }
            catch (ArgumentNullException f)
            {
                string str = "ArgumentNullException: " + f.ToString();
                textBox1.AppendText(str + Environment.NewLine);
            }
            catch (SocketException f)
            {
                string str = "ArgumentNullException: " + f.ToString();
                textBox1.AppendText(str + Environment.NewLine);
            }
            textBox1.AppendText("" + Environment.NewLine);
            textBox2.Text = "";
        }
    }
}

服务器端代码

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace ConsoleApp3
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int i = 0;
            int port = 2000;
            string host = "10.61.170.2";
            IPAddress ip = IPAddress.Parse(host);
            IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(ip, port);
            Socket s = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
            s.Bind(ipe);
            while (true)
            {
                i++;
                try
                {
                    Console.WriteLine("\t-----------------------------------------------");
                    Console.Write("Perform operations {0} :", i);
                    s.Listen(0);
                    Console.WriteLine("1. Wait for connect...");
                    Socket temp = s.Accept();
                    Console.WriteLine("2. Get a connect"); 
                    string recvStr = "";
                    byte[] recvBytes = new byte[1024];
                    int bytes;
                    bytes = temp.Receive(recvBytes, recvBytes.Length, 0);
                    recvStr += Encoding.UTF8.GetString(recvBytes, 0, bytes);
                    Console.WriteLine("3. Server Get Message:{0}", recvStr);
                    string sendStr = "Ok!Client send message sucessful!";
                    byte[] bs = Encoding.UTF8.GetBytes(sendStr);
                    temp.Send(bs, bs.Length, 0);
                    temp.Close();
                    Console.WriteLine("4. Completed...");
                    Console.WriteLine("-----------------------------------------------------------------------");
                    Console.WriteLine("");
                }
                catch (ArgumentNullException e)
                {
                    Console.WriteLine("ArgumentNullException: {0}", e);
                }
                catch (SocketException e)
                {
                    Console.WriteLine("SocketException: {0}", e);
                }
            }
        }
    }
}

5.结果

在这里插入图片描述

三、端口扫描

1.单线程

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Windows.Forms;
using System.Threading;
namespace MultithreadingScanningPort
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        private bool[] ports = new bool[65536];
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
            panel5.Hide();
        }

        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            if(int.Parse(beginPortText.Text)<0 || int.Parse(beginPortText.Text) > int.Parse(endPortText.Text)  || int.Parse(endPortText.Text)>65565)
            {
                messages.Items.Add("端口错误!");
                return;
            }

            messages.Items.Clear();
            messages.Items.Add("开始扫描.......");
            ScanningPort();

        }

        public void ScanningPort() {
            int start = int.Parse(beginPortText.Text);
            int end = int.Parse(endPortText.Text);
            messages.Items.Add("起始端口"+start);
            messages.Items.Add("结束端口" + end);
            for (int i = start; i <= end; i++)
            {
                Scanning(i);
            }

            messages.Items.Add("端口扫描结束");
        }


        public void Scanning(int port) {
            this.ports[port] = true;
            try {
                TcpClient tmp = new TcpClient(ipAddressText.Text, port);
                messages.Items.Add("端口" + port + "开放");
            }

            catch(System.Exception ex)
            {

            }
        }

    }
}

2.多线程

using System;
using System.Windows.Forms;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading;
namespace SingleThreadScanningPort
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        
        private bool[] ports = new bool[65536];//所有端口号
        private static int port=0;//当前端口号
        private static int count = 0;//开放端口号数量

        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
            //CheckForIllegalCrossThreadCalls设置为false；然后就能安全的访问窗体控件
            CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;

            //初始化进度显示为空
            label2.Text = "";

            //停止扫描按钮为不可用
            stopScanning.Enabled = false;
        }

        private void beginScanning_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //检查端口号
            if (int.Parse(beginPortText.Text) < 0 || int.Parse(beginPortText.Text) > int.Parse(endPortText.Text) || int.Parse(endPortText.Text) > 65565)
            {
                messages.Items.Add("端口错误!");
                return;
            }

            //新建线程执行扫描端口函数
            Thread procss = new Thread(new ThreadStart(ScanningPort));
            procss.Start();

            //设置进度条最大值最小值分别为结束端口和起始端口
            progressBar1.Maximum = int.Parse(endPortText.Text) - int.Parse(beginPortText.Text);
            progressBar1.Minimum = 0;

            //判断是否为继续扫描
            if (port == 0)
            {
                messages.Items.Clear();
                messages.Items.Add("开始扫描.......");
            }

            else
                messages.Items.Add("继续扫描......");

            //开始扫描禁用,停止扫描启用
            beginScanning.Enabled = false;
            stopScanning.Enabled = true;
        }
        public void ScanningPort()
        {
            int start;
            int end = int.Parse(endPortText.Text);

            //判断是否为继续扫描,如果是则继续扫描,否则重新扫描
            if (port != 0)
                start = port;
            else
                start = int.Parse(beginPortText.Text);

            messages.Items.Add("起始端口" + start);
            messages.Items.Add("结束端口" + end);


            for (int i = start; i <= end; i++)
            {

                //按下停止扫描后开始扫描按钮启用,此时停止扫描
                if (beginScanning.Enabled)
                    break;
                port = i;

                //新建线程进行扫描
                Thread thread = new Thread(Scanning);
                thread.Start();

                //主线程休眠10ms
                System.Threading.Thread.Sleep(10);

                //修改进度条的值
                progressBar1.Value = i- int.Parse(beginPortText.Text);

                //显示端口号以及进度
                label2.Text = "正在扫描端口: " + i+"  进度: "+Math.Round(( (i - int.Parse(beginPortText.Text)) *100.0 / progressBar1.Maximum),2)+"%";
                progressBar1.PerformStep();
            }

            if (port != 0)
                beginScanning.Text = "继续扫描";
            else
            {
                messages.Items.Add("端口扫描结束");
                messages.Items.Add("共有 " + count + " 个端口开放");
            }

            beginScanning.Enabled = true;
            stopScanning.Enabled = false;
           

            //判断是否扫描完毕
            if (int.Parse(endPortText.Text) == port)
            {
                port = 0;
                beginScanning.Text = "开始扫描";
            }

        }


        public void Scanning()
        {
            this.ports[port] = true;
            try
            {
                TcpClient tmp = new TcpClient(ipAddressText.Text, port);
                messages.Items.Add("端口" + port + "开放");
                count++;
            }

            catch (System.Exception ex)
            {
               
            }
        }

        private void stopScanning_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //按下停止按钮后,开始按钮和停止按钮状态翻转
            beginScanning.Enabled = true;
            stopScanning.Enabled = false;
        }
    }
}

3.结果对比

单线程操作的时候会出现界面直接卡死并且扫描速度很慢，
多线程操作扫描速度大大提升而且不会出现界面卡死

四、抓包分析

UDP过滤
在这里插入图片描述
Version（版本号）：分为 IPv4 和 IPv6 现在普遍都用的 IPv4 ，所以值为 4 ，1 个字节；
HLen（ip报头长度）：32位字的报头长度(HLEN)；
TOS（级别）：服务类型描述数据报将如何被处理，比如优先发送等，大多数都是默认为 0 ；
Datagram Total Length（总长度）：包括报头和数据的数据包长度
identifier（标识）：唯一的 IP 数据包值；
Flags（标志）：说明是否有数据被分段，我是一条一条的发送多个数据包，每个包的数据很小，没有被分段，所以这里数值为 0 。
Fragmentation Offset（分段偏移）：如果数据包在装人帧时太大,则需要进行分段和重组，这里没有分段，所以偏移量为 0 ；
TTL（存活期）：存活期是在数据包产生时建立在其内部的一个设置，如果这个数据包在这个TTL到期时仍没有到达它要去的目的地,那么它将被丢弃，这个设置将防止IP包在寻找目的地的时候在网络中不断循环，每经过一个路由器，它的值就减一，这里它的值为 128 ，也就是 128 个生存期；
Protocol（协议）：上层协议的端口（ TCP 是端口 6；UDP 是端口 17），同样也支持网络层协议,如ARP和ICMP，这里值为 17 ，也就是 UDP 协议；
Header Checksum（校验码）：只针对报头的循环冗余校验(CRC)；
Source Address（源地址）：消息发送者的 ip 地址，这里是10.60.191.19；
Destination Address（目的地址）：消息接收者的 ip 地址，这里是10.60.202.32；
ip包头的第六行：用于网络检测、调试、安全以及更多的内容，不过大多数情况都是默认为 0 的；
Data数据包：可以很显然看到，长度为 34 字节，对应的十六进制就是蓝色的区域了，这就是我们要发送的数据：第n行：hello cqjtu！重交物联2019级
在这里插入图片描述
Form窗口程序
UDP与TCP包的区别
UDP：

第三行：Internet Protocl Version 4：IPv4协议
第四行：User Datagram Protocol：UDP协议
TCP：

第三行：Internet Protocl Version 4：IPv4协议
第四行：Transmission Control Protocol：TCP协议

五、总结

TCP 创建Socket时，AF_INET指定使用IPv4协议，如果要用更先进的IPv6，就指定为AF_INET6。SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP协议。
UDP创建Socket时，SOCK_DGRAM指定了这个Socket的类型是UDP。绑定端口和TCP一样，但是不需要调用listen()方法，而是直接接收来自任何客户端的数据。
在TCP编程里面，accept()方法返回客户端的socket 和地址及端口, recv()方法用于接收对方发送过来的数据，send() 方法用于向对方发送数据。
在UDP编程里面，recvfrom()方法返回数据和客户端的地址与端口，这样，服务器收到数据后，直接调用sendto()就可以把数据用UDP发给客户端。
TCP and UDP 里面编程时发送与接收数据时要做encode() 编码与decode() 解码处理。