Python-web-communicate/main.py

import tkinter as tk
from tkinter import ttk, messagebox
import socket
import struct
import time
import uuid
import re
import random

# 获取本机信息
def get_local_info():
    """
    获取本机的主机名、MAC地址和IP地址列表。

    Returns:
        tuple: 包含主机名、MAC地址和IP地址列表的元组。
    """
    hostname = socket.gethostname()  # 获取主机名
    local_ips = socket.gethostbyname_ex(hostname)[-1]  # 获取本机的IP地址列表
    mac = ':'.join(re.findall('..', '%012x' % uuid.getnode()))  # 获取MAC地址
    return hostname, mac, local_ips

# 验证 IP 地址或域名
def validate_ip_or_domain(value):
    """
    验证输入值是否为有效的IP地址或域名。

    Args:
        value (str): 待验证的IP地址或域名。

    Returns:
        bool: 如果输入值有效返回True，否则返回False。
    """
    ip_pattern = re.compile(r'^\d{1,3}(\.\d{1,3}){3}$')  # 匹配IPv4地址的正则
    domain_pattern = re.compile(r'^([a-zA-Z0-9-]+\.)+[a-zA-Z]{2,}$')  # 匹配域名的正则
    return ip_pattern.match(value) or domain_pattern.match(value)

# 验证端口号
def validate_port(port):
    """
    验证输入的端口号是否有效。

    Args:
        port (str): 待验证的端口号。

    Returns:
        bool: 如果端口号有效返回True，否则返回False。
    """
    return port.isdigit() and 1 <= int(port) <= 65535

# 构造 IP 头部
def construct_ip_header(src_ip, dest_ip, payload_length, protocol):
    """
    构造IP头部。

    Args:
        src_ip (str): 源IP地址。
        dest_ip (str): 目标IP地址。
        payload_length (int): 负载长度。
        protocol (int): 协议号。

    Returns:
        bytes: 构造的IP头部。
    """
    # IP头部的版本号，IPv4为4
    version = 4
    # IP头部长度，IPv4头部长度为5个32位字节，即20字节
    ihl = 5
    # 服务类型，表示优先权及吞吐量、延迟等特性
    tos = 0
    # 总长度，即IP头部加数据部分的长度
    total_length = 20 + payload_length  # IP头部20字节 + 数据部分
    # 标识符，用于唯一标识主机发送的每一份数据包
    identification = 54321
    # 标志位与片偏移，用于指示数据包的分割与重组
    flags_offset = 0
    # 生存时间，表示数据包可以经过的路由器数量
    ttl = 64
    # 首部校验和，用于错误检测
    header_checksum = 0

    # 将源IP转换为二进制格式
    src_ip_bytes = socket.inet_aton(src_ip)
    # 将目标IP转换为二进制格式
    dest_ip_bytes = socket.inet_aton(dest_ip)
    # 打包IP头部信息，转换为二进制格式
    ip_header = struct.pack('!BBHHHBBH4s4s',
                            (version << 4) + ihl, tos, total_length,
                            identification, flags_offset, ttl, protocol,
                            header_checksum, src_ip_bytes, dest_ip_bytes)

    # 返回构造的IP头部
    return ip_header


# 构造 ICMP 报文
def construct_icmp():
    """
    构造ICMP报文。

    Returns:
        bytes: 构造的ICMP报文。
    """
    # ICMP 报文头部: 类型(8), 代码(0), 校验和(0), 标识符(1), 序列号(1)
    # 一开始校验和设为0，因为之后需要先计算校验和
    icmp_header = struct.pack('!BBHHH', 8, 0, 0, 1, 1)
    # ICMP 报文的数据部分，这里简单地使用 'Ping' 作为示例数据
    data = b'Ping'
    # 计算校验和，确保报文的完整性
    checksum = calculate_checksum(icmp_header + data)
    # 填充校验和字段，完成报文头部的构造
    icmp_header = struct.pack('!BBHHH', 8, 0, checksum, 1, 1)
    # 返回完整的ICMP报文
    return icmp_header + data

# 构造 UDP 报文
def construct_udp(src_port, dest_port):
    """
    构造UDP报文。

    Args:
        src_port (int): 源端口号。
        dest_port (int): 目标端口号。

    Returns:
        bytes: 构造的UDP报文。
    """
    # UDP头部格式: 源端口号 (2 字节), 目标端口号 (2 字节), 长度 (2 字节), 校验和 (2 字节)
    # 长度固定为8，因为UDP头部长度为8字节，校验和暂时为0，稍后由IP层计算并填充
    udp_header = struct.pack('!HHHH', src_port, dest_port, 8, 0)
    return udp_header

# 构造 TCP 报文（SYN）
def construct_tcp(src_port, dest_port):
    """
    构造TCP报文（SYN）。

    Args:
        src_port (int): 源端口号。
        dest_port (int): 目标端口号。

    Returns:
        bytes: 构造的TCP报文。
    """
    # 初始化TCP标头字段
    seq = 0  # 初始序列号
    ack_seq = 0  # 确认序列号
    offset = 5  # TCP头部的长度，单位是32位字（5 * 4 = 20字节）
    reserved = 0  # 保留字段，默认为0
    flags = 0b000010  # SYN标志位设置为1，其他标志为0
    window = socket.htons(5840)  # 窗口大小，使用network字节序
    checksum = 0  # 校验和，暂时为0
    urgent_ptr = 0  # 紧急指针，默认为0

    # 打包TCP报文头部
    tcp_header = struct.pack('!HHLLBBHHH',
                             src_port, dest_port, seq, ack_seq,
                             (offset << 4) + reserved, flags, window,
                             checksum, urgent_ptr)
    return tcp_header

# 计算校验和
def calculate_checksum(data):
    """
    计算校验和。

    Args:
        data (bytes): 待计算校验和的数据。

    Returns:
        int: 计算得到的校验和。
    """
    # 初始化校验和变量
    checksum = 0
    # 获取数据长度
    n = len(data)

    # 按 16 位块划分
    for i in range(0, n - 1, 2):
        # 将每块数据转换为 16 位整数
        chunk = (data[i] << 8) + data[i + 1]
        # 累加每块数据到校验和
        checksum += chunk

    # 如果长度为奇数，补零
    if n % 2 == 1:
        # 只取最后一个字节，并将其置于 16 位整数的高字节位置
        checksum += data[-1] << 8

    # 将 32 位总和折叠为 16 位
    checksum = (checksum >> 16) + (checksum & 0xFFFF)
    checksum += (checksum >> 16)

    # 对总和取反
    return ~checksum & 0xFFFF

# 构造 DNS 查询报文
def build_dns_query(domain):
    """
    构建DNS查询报文。

    Args:
        domain (str): 需要查询的域名。

    Returns:
        bytes: 构建的DNS查询报文。
    """
    # DNS请求报文头部
    transaction_id = random.randint(0, 65535)  # 随机生成事务ID
    flags = 0x0100  # 标志字段（标准查询请求）
    questions = 1  # 查询问题数
    answer_rrs = 0  # 回答资源记录数
    authority_rrs = 0  # 权威记录数
    additional_rrs = 0  # 附加记录数

    # 将DNS报文头部各个字段打包成二进制数据
    header = struct.pack('>HHHHHH', transaction_id, flags, questions, answer_rrs, authority_rrs, additional_rrs)

    # 域名部分（查询问题）
    domain_parts = domain.split('.')
    query = b''
    for part in domain_parts:
        # 每个域名部分前添加其长度，并将域名部分转换为字节串
        query += struct.pack('B', len(part)) + part.encode()
    query += b'\0'  # 域名结束符

    # 查询类型 (A记录: 1)
    query_type = 1
    # 查询类 (IN: 1)
    query_class = 1

    # 将查询类型和查询类打包到查询报文中
    # 完整的查询报文由头部、域名部分和查询类型、查询类组成
    query_packet = header + query + struct.pack('>HH', query_type, query_class)

    return query_packet

# 解析 DNS 响应报文
def parse_dns_response(response):
    """
    解析DNS响应报文，提取IP地址。

    Args:
        response: response -- DNS响应报文（字节流）

    Returns:
        String: IP地址字符串，如果未找到A记录则返回None。
    """
    # 解析DNS响应报文的头部信息
    # 响应头部：包含事务ID、标志、问题数、答案数等
    transaction_id, flags, questions, answer_rrs, authority_rrs, additional_rrs = struct.unpack('>HHHHHH', response[:12])

    # 初始化偏移量以解析响应报文的其余部分
    offset = 12
    # 跳过问题部分，找到第一个答案记录的起始位置
    while response[offset] != 0:
        length = response[offset]
        offset += length + 1
    offset += 5  # 跳过结束符和查询类型、查询类部分

    # 解析回答部分，寻找A记录
    # 答案数量
    for _ in range(answer_rrs):
        # 跳过名字部分（不需要，因为已经知道是A记录）
        offset += 2  # 跳过指针
        # 解析答案的类型、类、TTL和数据长度
        answer_type, answer_class, ttl, data_len = struct.unpack('>HHIH', response[offset:offset+10])
        offset += 10
        if answer_type == 1:  # A记录
            # 获取并返回IP地址
            ip = socket.inet_ntoa(response[offset:offset+4])
            return ip
        offset += data_len  # 跳过数据部分

    # 如果没有找到A记录，返回None
    return None

# 发送报文
def send_packet():
    """
    发送报文。
    """
    try:
        # 获取源IP、目标主机和目标端口
        src_ip = ip_combobox.get()
        dest_host = dest_entry.get()
        dest_port = port_entry.get()
        packet_type = var.get()
        local_port = local_port_entry.get()  # 获取本地发送端口

        # 验证目标地址
        if not validate_ip_or_domain(dest_host):
            raise ValueError("目标地址无效，必须为有效的 IP 或域名")

        # 验证端口号
        if not validate_port(dest_port):
            raise ValueError("端口号无效，必须是有效的正整数（1-65535）")

        # 验证本地发送端口号
        if local_port and not validate_port(local_port):
            raise ValueError("本地发送端口号无效，必须是有效的正整数（1-65535）")

        # 解析目标IP地址
        dest_ip = socket.gethostbyname(dest_host)
        src_port = int(local_port) if local_port else 12345  # 使用用户输入的本地端口或默认端口
        dest_port = int(dest_port)

        # ICMP报文需要添加 RTT 计算
        if packet_type == "ICMP":
            sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket.IPPROTO_ICMP)
            packet = construct_icmp()

            # 记录发送时间
            start_time = time.time()

            # 发送ICMP报文
            sock.sendto(packet, (dest_ip, 0))

            # 接收响应
            sock.settimeout(2)  # 设置超时为2秒
            try:
                sock.recvfrom(1024)
                end_time = time.time()
                rtt = (end_time - start_time) * 1000  # 毫秒
                result.set(f"ICMP请求成功，RTT: {rtt:.2f} 毫秒")
            except socket.timeout:
                result.set("ICMP请求超时")
            finally:
                sock.close()

            return  # 结束函数

        # 对于其他报文类型（UDP, TCP, DNS, IP）
        if packet_type == "UDP":
            sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
            sock.bind(('', src_port))  # 绑定本地发送端口
            packet = construct_udp(src_port, dest_port)
        elif packet_type == "TCP":
            sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
            sock.bind(('', src_port))  # 绑定本地发送端口
            sock.connect((dest_ip, dest_port))
            packet = b"Hello, TCP!"  # TCP 是面向连接的，这里发送简单的字符串
            sock.sendall(packet)
            sock.close()
            result.set(f"TCP 连接成功，数据已发送！")
            return  # 结束函数
        elif packet_type == "DNS":
            dns_server = '8.8.8.8'  # Google Public DNS
            port = 53
            sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
            sock.bind(('', src_port))  # 绑定本地发送端口
            query_packet = build_dns_query(dest_host)
            sock.sendto(query_packet, (dns_server, port))
            response, _ = sock.recvfrom(512)
            ip = parse_dns_response(response)
            if ip:
                result.set(f"DNS解析成功，IP地址: {ip}")
            else:
                result.set("DNS解析失败")
            sock.close()
            return  # 结束函数
        elif packet_type == "IP":  # 添加IP报文类型处理
            # 构造IP头部
            payload = b"Hello, IP!"  # 示例负载数据
            ip_header = construct_ip_header(src_ip, dest_ip, len(payload), socket.IPPROTO_RAW)
            packet = ip_header + payload

            # 创建原始套接字
            sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket.IPPROTO_RAW)
            sock.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_HDRINCL, 1)  # 告诉内核IP头部已包含在数据包中
            sock.bind(('', src_port))  # 绑定本地发送端口

            # 发送IP报文
            sock.sendto(packet, (dest_ip, 0))
            result.set(f"IP报文发送成功！")
            sock.close()
            return  # 结束函数

        # 发送报文
        sock.sendto(packet, (dest_ip, dest_port))
        result.set(f"报文发送成功！类型: {packet_type}")
    except socket.gaierror:
        messagebox.showerror("网络错误", "无法解析目标地址，请检查输入的 IP 或域名是否正确。")
    except socket.error as e:
        messagebox.showerror("网络错误", f"网络错误: {e.strerror}")
    except ValueError as e:
        messagebox.showerror("输入错误", f"输入无效: {e}")
    except Exception as e:
        messagebox.showerror("未知错误", f"发送报文时发生未知错误: {e}")

# GUI 界面设计
window = tk.Tk()
window.title("网络通信软件")

# 获取本机信息
hostname, mac, local_ips = get_local_info()

tk.Label(window, text="本机信息:").grid(row=0, column=0)
info_text = tk.Text(window, height=4, width=40)
info_text.grid(row=0, column=1, columnspan=2)
info_text.insert(tk.END, f"主机名: {hostname}\nMAC 地址: {mac}\n可用 IP: {', '.join(local_ips)}")
info_text.config(state=tk.DISABLED)

# 配置IP地址选择
tk.Label(window, text="本机 IP 地址:").grid(row=1, column=0)
ip_combobox = ttk.Combobox(window, values=local_ips)
ip_combobox.grid(row=1, column=1)
ip_combobox.current(0)

# 配置本地发送端口输入框
tk.Label(window, text="本地发送端口:").grid(row=1, column=2)
local_port_entry = tk.Entry(window)
local_port_entry.grid(row=1, column=3)

# 配置目标地址输入框
tk.Label(window, text="目标地址:").grid(row=2, column=0)
dest_entry = tk.Entry(window)
dest_entry.grid(row=2, column=1)

# 配置目标端口输入框
tk.Label(window, text="目标端口:").grid(row=3, column=0)
port_entry = tk.Entry(window)
port_entry.grid(row=3, column=1)

# 配置报文类型选择
tk.Label(window, text="报文类型:").grid(row=4, column=0)
var = tk.StringVar(value="ICMP")
tk.Radiobutton(window, text="ICMP", variable=var, value="ICMP").grid(row=4, column=1)
tk.Radiobutton(window, text="UDP", variable=var, value="UDP").grid(row=4, column=2)
tk.Radiobutton(window, text="TCP", variable=var, value="TCP").grid(row=4, column=3)
tk.Radiobutton(window, text="DNS", variable=var, value="DNS").grid(row=4, column=4)
tk.Radiobutton(window, text="IP", variable=var, value="IP").grid(row=4, column=5)  # 添加IP选项

# 配置结果显示
result = tk.StringVar()
tk.Label(window, textvariable=result).grid(row=6, column=0, columnspan=3)

# 发送报文按钮
tk.Button(window, text="发送报文", command=send_packet).grid(row=5, column=1)

# 启动GUI主循环
window.mainloop()