窗体与数据帧分析

文章目录

窗体与数据帧分析
一、wireshark的安装
二、用C编写一个命令行/控制台
三、vs2019的C#编写一个简单的Form窗口程序
四、总结与参考资料
- 1、总结
- 2、参考资料

一、wireshark的安装

链接: https://pan.baidu.com/s/18jMDSNe6Za-iMccuTsvm9w
提取码：vbli
下载完成后，我们开始安装；
在这里插入图片描述
双击Wireshark-win64-3.2.7文件，进入安装界面，双击Next.

同意协定，点击I agree.

双击Next

一直点击Next,确定路径（可自定义），点击next,然后install

等待安装

安装完成，点击finish

最后，我们在桌面创建一快捷方式，方便使用。

在这里插入图片描述

至此，wireshark就已经安装完成了

二、用C编写一个命令行/控制台

本部分内容： C# 编写一个命令行/控制台 hello world 程序，实现如下功能：在屏幕上连续输出 50 行 “ hello cqjtu！重交物联2018级 ” ；同时打开一个网络 UDP 套接字，向室友电脑或树莓派发送这 50 行消息

1、命令行/控制台程序

这里需要用到编译工具visual studio2019,由于前面已经安装完成，这里不再详细阐述其安装操作。提供下载途径，如果有需要可以参考。
博客: https://blog.csdn.net/QWERTYzxw/article/details/109080487
安装教程: visual studio2019的安装以及使用图文步骤详解
接下来，我们操作如何用C#编写一个命令行/控制台功能程序。
打开Visual Studio2019,点击“创建新项目”，选择“控制台应用(.NET Framework) ”，然后点击“下一步”。
在这里插入图片描述
这里我们找不到c#的控制台应用，“找不到完全匹配项”，我们可以选择点击“安装多个工具和功能”。

点击选择“.Net桌面开发”，进行安装。

等待安装

安装完成后，点击启动，进入到下面界面看到我们所需的控制台。
在这里插入图片描述
选择控制台应用，点击下一步，创建新项目。在项目名称填入ConsolTest(可自行定义）；自由选择路径，然后点击“创建”。

创建完成后，显示界面如下：

2、功能的实现

在main函数后面输入下面代码。

for(int i = 0; i < 50; i++)
            {
    
    
                Console.WriteLine("第{0}行：hello cqjtu！重交物联2018级", (i + 1));
            }
            System.Console.ReadKey();

在这里插入图片描述
点击运行，结果如下：

至此，我们的控制台创建完成，并且实现了在屏幕上连续输出50行“hello cqjtu！重交物联2018级”的功能。

3、对UDP协议的了解

当前协议分为：UDP与TCP两类
UDP是无连接协议，客户端和服务器通信之前不需要建立握手连接；
UDP没有应答机制，所以也没有重发机制，很大的可能会造成丢包、收到重复包、乱序的情况；
UDP可以实现局域网广播功能，即某个主机可以向所有在同个子网的主机发送数据…
如果相对UDP有更加深入的了解，可以参考以下资料。
资料1: UDP-文库
资料2：UDP与TCP对比

4、UDP通信

客户端发送，服务器接收。
首先在自己电脑上创建一个新项目client,将下列代码复制粘贴进去；
客户端：

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

namespace Client
{
    
    
    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("10.60.202.32");  //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 
            string sendString = "hello cqjtu！重交物联2018级";//要发送的数据：hello cqjtu！重交物联2018级
            for (int i = 0; i < 50; i++)
            {
    
    
                //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();
        }
    }
}

然后在室友电脑上创建一个server的项目，将下列代码复制粘贴进去；
服务器：

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

namespace Server
{
    
    
    class Program
    {
    
    
        static void Main(string[] args)
        {
    
    
            int i = 0;
            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);
            while (true)
            {
    
    
                i++;
                Console.WriteLine("正在准备接收第 {0} 条数据...",i);
                receiveData = client.Receive(ref remotePoint);//接收数据 
                receiveString = Encoding.Default.GetString(receiveData);
                Console.WriteLine(receiveString);
                Console.WriteLine("第 {0} 条数据接收完毕！",i);
                Console.WriteLine("");
            }
            //client.Close();//关闭连接，如果没有死循环的话，实例client后需要关闭。
        }
    }
}

5、编译结果

客户端：
在这里插入图片描述
服务器：

6、wireshark抓包

双击桌面下载的wireshark
由于网络连接为以太网，所以选择以太网2
在这里插入图片描述

我们可以看到wireshark在一直抓包，点击红色按钮停止抓包

重新编译客户端与服务器，不发送

点击File下面的图标，不保存之前抓到的包

然后开始任意键发送，发送完后。点击wireshark红色按钮，停止抓包
在这里插入图片描述
在“过滤器”里面输入UDP,会显示下面内容

7、数据帧结构分析

大家都知道我们从应用层发出的消息会经由传输层，网络层，数据链路层，物理层，它们每到一层都会转变形式。
可参考链接: https://zhuanlan.zhihu.com/p/146188551.
下面这张图片，让我们详细了解数据帧结构
在这里插入图片描述
EthernetII帧结构
EthernetII帧结构。有几种不同类型的帧结构，尽管它们格式和最大传输单元不同，但却能够共存于相同的物理媒体上。EthernetII 帧(又称DIX帧)是目前使用最广的以太帧。图21显示了Ethernet II帧结构(该帧前后的辅助字段没有显示)。与802.3以太帧结构相比，它较为简单。其中的以太类型字段标识了封装了该帧数据中的较高层协议。例如，以太类型值为0x0800指示了该帧包含了IPv4数据报，0x0806表明指示了该帧包含了ARP帧，0x8100指示了该帧包含了IEEE 802.1Q帧。
在这里插入图片描述
目的地址（Destination）:数据的接收方，这里是10.60.202.32；

源地址：（Source）:数据的发送方，这里是10.60.190.83

数据类型（Type）：分为 IP(0800) 包和 ARP(0806) 包，包是 0800 ，所以是 IP 包

数据：后面三排，上层（网络层）传下来的一个 IP 包，数据部分又分为数据部分和填充部分，当这个 IP 包的长度小于 46 个字节，比如数据部分长度为 30 ，那么填充部分（无用信息）就是 16 个字节，保证这个帧的总长度最短为 64 个字节，如果数据部分长度为50，那么填充部分就为 0 个字节，最后，数据（数据部分 + 填充部分）的长度最长为 1500 个字节，不能过大，所以帧的总长度最长为 1518 字节，抓取的所有包，都不会超过这个长度。
在这里插入图片描述
校验码：帧的末尾有 4 字节的校验码，但是抓包软件会自动舍去
ip数据报

下面我们任意一个数据进行分析

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)
在这里插入图片描述
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，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
在这里插入图片描述
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
在这里插入图片描述
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10.60.190.83
在这里插入图片描述
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
数据包
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2018级
在这里插入图片描述
至此，数据帧的结构就分析完了，想要了解更多详情，可以见参考资料。

三、vs2019的C#编写一个简单的Form窗口程序

本部分内容：用 VS2019 的 C# 编写一个简单的 Form 窗口程序，有一个文本框 textEdit 和一个发送按钮 button ，运行程序后，可以在文本框里输入文字，如 “ hello cqjtu！重交物联2018级 ” ，点击 button ，将这些文字发送给室友电脑或树莓派，采用 TCP 套接字

1、创建窗口

创建窗口（创建步骤大致同上）
打开VS2019，选择创建新项目，选择Windows窗体应用，点击下一步
在这里插入图片描述
配置新项目，自定义项目名称、路径，点击创建

创建完成

至此，窗口的创建就完成了。

2、设计界面

摆放控件，从工具箱内拖 2 个 TextBox 和 1 个 Button 控件
在这里插入图片描述
设置消息输入框属性
左键选中最下面的 TextBox ，并在右下角的属性中找到 Font 属性，并点击 “ … ” ，界面内可以设置字体样式。

在设计属性中的(Name)这里默认的 textBox1 ，也可以更改，但不能重复，唯一标识，这是控件的编号，用于代码编写的时候识别，不能用中文。
在这里插入图片描述
在布局这里，Location 是指控件左上角顶点基于窗口所在的位置，Size 是指控件的长和宽，可以自行设置

设置消息显示界面属性
选中一个 TextBox ，并点击黑色的小三角按钮，可以将单行文本框设置为多行文本框；找到 ScrollBars 属性，设置参数为 Vertical
在这里插入图片描述
设置边界样式：找到 BorderStyle ，参数设置为 FixedSingle

找到 Enabled 属性，参数设为 False

可以根据自己需求设置文本属性
左键点击button按钮，找到 Text 属性，参数输入为 “ 发送 ” ，则控件上就会显示输入的“发送”字样
在这里插入图片描述
设置窗体属性
左击窗体选中它，在右下角的属性中找到 Text 属性，编辑为 “ 客户端 ” ，然后窗体的左上角，就显示为 “ 客户端 ”。

选中AcceptButton 属性，下拉框选中这个 button1 按钮，设置完这个属性后，当我们最后执行这个程序后，按下回车键相当于点击这个按钮。
在这里插入图片描述
至此，控件就基本设置完成了。

3、窗体程序代码

需要创建的项目方法参照上面内容，这里忽略。
双击界面按钮，VS会自动跳到代码区域。
在这里插入图片描述
button1_Click 函数内复制粘贴如下代码

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();
        }

         public void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
    
    
            try
            {
    
    
                /*
                 * 显示当前时间
                 */
                string str = "The current time: ";
                str += DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
                textBox2.AppendText(str + Environment.NewLine);
                /*
                 * 做好连接准备
                 */
                int port = 2000;
                string host = "10.60.202.32";//我室友的IP地址
                IPAddress ip = IPAddress.Parse(host);
                IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(ip, port);//把ip和端口转化为IPEndPoint实例
                Socket c = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);//创建一个Socket
                /*
                 * 开始连接
                 */
                str = "Connect to server...";
                textBox2.AppendText(str + Environment.NewLine);
                c.Connect(ipe);//连接到服务器
                /*
                 *发送消息 
                 */
                string sendStr = textBox1.Text;
                str = "The message content: " + sendStr;
                textBox2.AppendText(str + Environment.NewLine);
                byte[] bs = Encoding.UTF8.GetBytes(sendStr);
                str = "Send the message to the server...";
                textBox2.AppendText(str + Environment.NewLine);
                c.Send(bs, bs.Length, 0);//发送信息
                /*
                 * 接收服务器端的反馈信息
                 */
                string recvStr = "";
                byte[] recvBytes = new byte[1024];
                int bytes;
                bytes = c.Receive(recvBytes, recvBytes.Length, 0);//从服务器端接受返回信息
                recvStr += Encoding.UTF8.GetString(recvBytes, 0, bytes);
                str = "The server feedback: " + recvStr;//显示服务器返回信息
                textBox2.AppendText(str + Environment.NewLine);
                /*
                 * 关闭socket
                 */
                c.Close();
            }
            catch (ArgumentNullException f)
            {
    
    
                string str = "ArgumentNullException: " + f.ToString();
                textBox2.AppendText(str + Environment.NewLine);
            }
            catch (SocketException f)
            {
    
    
                string str = "ArgumentNullException: " + f.ToString();
                textBox2.AppendText(str + Environment.NewLine);
            }
            textBox2.AppendText("" + Environment.NewLine);
            textBox1.Text = "";
        }
    }
}

复制下面 main 函数内的代码，并粘贴进你自己的 main 函数内

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

namespace ConsoleApp2
{
    
    
    class Program
    {
    
    
        static void Main(string[] args)
        {
    
    
            /*
             * 做好连接准备
             */
            int i = 0;
            int port = 2000;
            string host = "10.60.202.32";
            IPAddress ip = IPAddress.Parse(host);
            IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(ip, port);
            Socket s = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);//创建一个Socket类
            s.Bind(ipe);//绑定2000端口
            /*
             * 循环监听并处理消息
             */
            while (true)
            {
    
    
                i++;
                try
                {
    
    
                    Console.Write("Perform operations {0} :",i);
                    Console.WriteLine("\t-----------------------------------------------");
                    s.Listen(0);//开始监听
                    Console.WriteLine("1. Wait for connect...");
                    /*
                     * 实例一个新的socket端口
                     */
                    Socket temp = s.Accept();//为新建连接创建新的Socket。
                    Console.WriteLine("2. Get a connect");
                    /*
                     * 接收客户端发的消息并做解码处理
                     */
                    string recvStr = "";
                    byte[] recvBytes = new byte[1024];
                    int bytes;
                    bytes = temp.Receive(recvBytes, recvBytes.Length, 0);//从客户端接受信息
                    recvStr += Encoding.UTF8.GetString(recvBytes, 0, bytes);
                    Console.WriteLine("3. Server Get Message:{0}", recvStr);//把客户端传来的信息显示出来
                    /*
                     * 返回给客户端连接成功的消息
                     */
                    string sendStr = "Ok!Client send message sucessful!";
                    byte[] bs = Encoding.UTF8.GetBytes(sendStr);
                    temp.Send(bs, bs.Length, 0);//返回客户端成功信息
                    /*
                     * 关闭端口
                     */
                    temp.Close();
                    Console.WriteLine("4. Completed...");
                    Console.WriteLine("-----------------------------------------------------------------------");
                    Console.WriteLine("");
                    //s.Close();//关闭socket（由于再死循环中，所以不用写，但如果是单个接收，实例socket并完成任务后需关闭）
                }
                catch (ArgumentNullException e)
                {
    
    
                    Console.WriteLine("ArgumentNullException: {0}", e);
                }
                catch (SocketException e)
                {
    
    
                    Console.WriteLine("SocketException: {0}", e);
                }
            }
        }
    }
}

4、结果演示

客户端：
在这里插入图片描述

服务器端：
在这里插入图片描述

5、数据帧分析

参考上面抓包方式，进行抓包分析。由于上面已有抓包分析数据帧结构的详细步骤，这里不再阐述。这里主要说明一下UDP与TCP协议的区别。
UDP:
在这里插入图片描述
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
由此可见，它们区别在于第四行，第三行都是 IPv4 协议
p 包头也是 45 00 开头，对比一下第二部分对 ip 包的分析，这个 ip 包头也是 45 00 开头，所以一个 ip 包的前两个字节一定是 45 00
在这里插入图片描述
生存期也是 128 ，一个包的生存期基本上都是默认的数值 128 ，而这里的协议号是 6 ，这就是 TCP 的协议号，第二部分的协议号是 17 ，是 UDP 的

其他的就同UDP协议雷同了。

四、总结与参考资料

1、总结

能够创建窗体，用窗体进行消息的发送与接收；了解到UDP与TCP协议是怎么进行套字的；对我们日常发送的消息是怎么进行有了深刻了解；对数据帧的认识也更加深刻。

2、参考资料

1: 分析数据链路层帧结构实验.
2: UDP-文库.
3: 数据帧结构.
4: 数据帧.
5: UDP数据的发送与接收.
6: 网络编程之UDP套接字.