基于Libpcap的计算机网络协议栈教学系统设计与实现

摘要

随着计算机网络被越来越广泛地应用，社会对能够理解并熟练运用计算机网络的人才的需求与日俱增。而实际上，计算机网络以其庞大的结构体系和繁多的通信协议，一直被计算机科学与技术系学生认为是难以掌握的课程之一。 从实践教学的角度出发，采用让学生逐个动手实现计算机网络协议栈中的核心功能和协议的教学方式，以达到掌握计算机网络原理的目的。同时，参照TCP/IP五层模型和IETF RFC的一系列标准，给出了一种基于Libpcap的计算机网络协议栈的设计与实现方式。通过Libpcap，绕过操作系统的网络协议栈直接从网卡接收和发送数据包，将其封装为系统的物理层，然后在物理层上实现数据链路层，完成数据帧的接收和发送，再依次实现网络层，传输层和Socket接口层，分别完成报文，数据段和消息的接收和发送。整个系统采用面向对象的方法设计与实现，精心设计编程接口以尽量降低各协议之间的耦合度，让学生能够逐步地理解和实现单一协议，逐渐掌握计算机网络协议栈，进而掌握计算机网络。 系统以虚拟机平台作为调试运行环境，既减少了环境配置的麻烦，也避免了外网数据的干扰。从两个实际的应用程序案例出发，详细分析了两台主机之间数据的发送和接收过程。同时，通过这种实际案例的方式让实验目的更加清晰。

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