計算機網絡課程原始套接字編程實驗的實踐探索

　　摘要：簡述計算機網絡課程及實驗體系的發展狀況，指出原有實驗模式的不足，改革實驗體系并新增了部分原始套接字實驗模塊，以網絡嗅探程序設計為例給出原始套接字程序設計實驗的目的、要求和實現方法，分析總結了原始套接字實驗的特色和優勢。
　　關鍵詞：網絡實驗；原始套接字；協議分析；綜合設計
　　
　　
　　作為計算機科學與技術、軟件工程、網絡工程等專業重要的學位課和考研課，計算機網絡課程在我校開設已整整20年，先后歷經多次課程和實驗體系改革，在IT人才培養和專業建設方面發揮著重要作用。1990年，計算機網絡課程在我校計算機應用87級本科班正式開設；1996年，計算機網絡課程從OSI開放式系統互連模型轉向到TCP/IP協議體系；2001年，計算機網絡課程實施雙語教學并成為我校首批雙語示范課程；2003年，Cisco網絡技術引入網絡課程教學；2004年，計算機網絡課程被評為校優質課和首批校級精品課。2004年以后，計算機網絡實驗課程主要采用Java套接字編程和思科網絡配置管理相結合，在學生動手能力培養方面取得了積極效果。然而，Java套接字技術只能進行應用層編程，路由配置管理則只關注網絡互連設備的操作管理，這對于理解底層網絡協議是不夠的。
　　在此背景下，課程組對網絡實驗課程進行了改革，在原有實驗環節中增加了原始套接字實驗，將操作、驗證、分析和設計結合起來，在提高動手能力的同時，加深了學生對于網絡協議的理解和運用。
　　1計算機網絡課程實驗體系
　　目前，我院網絡課程體系包括了計算機網絡原
　　理、TCP/IP協議分析、網絡安全、路由與交換、無線網絡技術、網絡編程以及網絡管理等7門專業課程。其中，計算機網絡原理為必修課和研究生入學統考課，面向計算機科學與技術、通信工程、軟件工程等專業開設，而不同專業的后續網絡課程安排有所差異。
　　從有利于學生綜合素質和創新能力的培養角度出發，課程組對計算機網絡原理實驗課程進行了調整，增加了兩個原始套接字編程設計實驗，將網絡編程深入到底層協議，旨在強化學生深入理解網絡協議和報文格式。調整后的計算機網絡原理實驗課程設置了8個實驗模塊，每模塊分配2個學時，總計16個實驗學時，具體如下。
　　實驗一：網線制作與連接測試實驗。物理層操作實驗，掌握非屏蔽五類雙絞線制作和測試，理解T568A/568B標準，完成直通雙絞線、交叉雙絞線的制作和連接測試。
　　實驗二：客戶機/服務器通信實驗。標準套接字編程實驗，學習套接字編程調試，理解服務器與客戶端程序的工作原理，設計實現簡單的服務器和客戶端程序，進行網絡請求和響應測試。
　　實驗三：網絡服務配置實驗。操作性實驗，熟練掌握FTP文件下載服務、POP3郵局服務、SMTP簡
　　單郵件發送服務、WWW服務等常見網絡服務的安裝配置。
　　實驗四：網絡命令字實驗。驗證性實驗，熟練掌握FTP、POP3、SMTP服務命令字，掌握Ping、Netstat、Tracert、Nslookup、Route等常見網絡命令。
　　實驗五：郵件收發程序設計。編程設計性實驗，掌握標準套接字編程方法，設計實現簡單的電子郵件發送和接收程序。
　　實驗六：網絡嗅探分析實驗。驗證性實驗，學習使用Sniffer、Wireshark、Iris等專業網絡分析工具，捕獲局域網數據并進行協議分析。
　　實驗七：網絡嗅探程序設計。編程設計性實驗，掌握原始套接字編程基本方法，深入理解網絡嗅探原理，設計實現網絡數據包捕獲程序，按照以太網數據幀—IP報文—TCP/UDP報文封裝順序，對所捕獲數據進行分析。
　　實驗八：TCP洪泛攻擊程序設計。編程設計性實驗，掌握原始套接字編程基本方法，學習網絡協議數據包的構造，理解TCP三次握手協議，設計實現TCP SYN同步報文偽造和發送程序，實現洪泛攻擊。
　　2原始套接字實驗設置
　　下面以網絡嗅探程序設計為例，簡要介紹實驗課
　　程體系中的原始套接字實驗項目。
　　實驗原理：共享式局域網中，設置為混雜模式的網卡可以接收所有經過網卡的網絡數據。
　　實驗目的：掌握共享式局域網數據捕獲的基本原理；深入理解Ehternet數據幀、IP數據包、TCP/UDP報文的格式，理解協議封裝過程；掌握原始套接字編程方法。
　　實驗要求：捕獲數據包，解析目標和源MAC地址、IP地址、端口號以及傳輸層協議類型。
　　實驗環境：Redhat Linux 9.0，Vi編輯/Gcc編譯，共享式網絡環境。
　　實驗步驟：1)編寫程序打開網卡，創建原始套接字；2)設置網卡工作在混雜模式；3)啟動數據包捕獲；4)判斷并具體解析數據。
　　程序實現：首先引用必要的Linux C程序頭文件，定義網卡設備、接收字符緩沖區、報頭指針等變量，創建原始套接字；然后，設置網卡工作方式為混雜模式以進行數據捕獲，方法為ioctl(int