docs(代码解释): 更新代码解释文档
- 重新组织代码解释结构，按功能模块划分 - 补充了部分函数和操作的详细说明 - 调整了部分描述，使其更加准确和易于理解
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parent
300f42fd8f
commit
0a2ace4916
74
main.py
74
main.py
@ -8,6 +8,12 @@ import re
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||||
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||||
# 获取本机信息
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def get_local_info():
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"""
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||||
获取本机的主机名、MAC地址和IP地址列表。
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||||
Returns:
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||||
tuple: 包含主机名、MAC地址和IP地址列表的元组。
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||||
"""
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||||
hostname = socket.gethostname()
|
||||
local_ips = socket.gethostbyname_ex(hostname)[-1]
|
||||
mac = ':'.join(re.findall('..', '%012x' % uuid.getnode()))
|
||||
@ -15,16 +21,46 @@ def get_local_info():
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||||
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||||
# 验证 IP 地址或域名
|
||||
def validate_ip_or_domain(value):
|
||||
"""
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||||
验证输入值是否为有效的IP地址或域名。
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||||
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||||
Args:
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value (str): 待验证的IP地址或域名。
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||||
|
||||
Returns:
|
||||
bool: 如果输入值有效返回True，否则返回False。
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||||
"""
|
||||
ip_pattern = re.compile(r'^\d{1,3}(\.\d{1,3}){3}$')
|
||||
domain_pattern = re.compile(r'^([a-zA-Z0-9-]+\.)+[a-zA-Z]{2,}$')
|
||||
return ip_pattern.match(value) or domain_pattern.match(value)
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||||
|
||||
# 验证端口号
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||||
def validate_port(port):
|
||||
"""
|
||||
验证输入的端口号是否有效。
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||||
Args:
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||||
port (str): 待验证的端口号。
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||||
|
||||
Returns:
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||||
bool: 如果端口号有效返回True，否则返回False。
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||||
"""
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||||
return port.isdigit() and 1 <= int(port) <= 65535
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||||
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||||
# 构造 IP 头部
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||||
def construct_ip_header(src_ip, dest_ip, payload_length, protocol):
|
||||
"""
|
||||
构造IP头部。
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||||
|
||||
Args:
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||||
src_ip (str): 源IP地址。
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||||
dest_ip (str): 目标IP地址。
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||||
payload_length (int): 负载长度。
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||||
protocol (int): 协议号。
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||||
Returns:
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||||
bytes: 构造的IP头部。
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||||
"""
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||||
version = 4
|
||||
ihl = 5
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tos = 0
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||||
@ -45,6 +81,12 @@ def construct_ip_header(src_ip, dest_ip, payload_length, protocol):
|
||||
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||||
# 构造 ICMP 报文
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||||
def construct_icmp():
|
||||
"""
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||||
构造ICMP报文。
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||||
|
||||
Returns:
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||||
bytes: 构造的ICMP报文。
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||||
"""
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||||
icmp_header = struct.pack('!BBHHH', 8, 0, 0, 1, 1)
|
||||
data = b'Ping'
|
||||
checksum = calculate_checksum(icmp_header + data)
|
||||
@ -53,11 +95,31 @@ def construct_icmp():
|
||||
|
||||
# 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_header = struct.pack('!HHHH', src_port, dest_port, 8, 0)
|
||||
return udp_header
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||||
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||||
# 构造 TCP 报文（SYN）
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||||
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。
|
||||
"""
|
||||
seq = 0
|
||||
ack_seq = 0
|
||||
offset = 5
|
||||
@ -75,6 +137,15 @@ def construct_tcp(src_port, dest_port):
|
||||
|
||||
# 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。
|
||||
"""
|
||||
checksum = 0
|
||||
n = len(data)
|
||||
for i in range(0, n - 1, 2):
|
||||
@ -88,6 +159,9 @@ def calculate_checksum(data):
|
||||
|
||||
# 发送报文
|
||||
def send_packet():
|
||||
"""
|
||||
发送报文。
|
||||
"""
|
||||
try:
|
||||
src_ip = ip_combobox.get()
|
||||
dest_host = dest_entry.get()
|
||||
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||||
334
代码解释.md
334
代码解释.md
@ -1,48 +1,90 @@
|
||||
下面是任务 2 代码的逐行详细解释：
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||||
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||||
---
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||||
该代码是一个使用 `Tkinter` 库制作的网络通信软件，通过图形界面（GUI）允许用户发送不同类型的网络报文（如 ICMP、UDP、TCP）。以下是逐行解释代码：
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||||
### 导入必要的库
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||||
```python
|
||||
import tkinter as tk
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||||
from tkinter import messagebox
|
||||
from tkinter import ttk, messagebox
|
||||
import socket
|
||||
import struct
|
||||
import re
|
||||
import time
|
||||
import uuid
|
||||
import re
|
||||
```
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||||
1. **`tkinter`**：Python 的内置 GUI 库，用于创建图形用户界面。
|
||||
2. **`messagebox`**：`tkinter` 模块中的组件，用于显示错误或提示信息。
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||||
3. **`socket`**：提供网络编程接口，用于构造和发送报文。
|
||||
4. **`struct`**：用于将数据打包成特定格式（二进制结构），例如构造报文头。
|
||||
5. **`re`**：正则表达式模块，用于验证 IP 地址的格式。
|
||||
6. **`time`**：用于记录和计算时间，测量报文往返的时间。
|
||||
- `tkinter` 用于创建 GUI 界面。
|
||||
- `ttk` 提供更丰富的部件，如下拉框（`Combobox`）。
|
||||
- `messagebox` 用于显示消息框。
|
||||
- `socket` 用于创建网络连接。
|
||||
- `struct` 用于处理二进制数据的打包和解包（比如构造报文头）。
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||||
- `time` 和 `uuid` 用于获取当前时间戳和生成唯一的 MAC 地址。
|
||||
- `re` 用于正则表达式操作，主要用于验证 IP 地址或域名的格式。
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||||
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||||
---
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||||
### 获取本机信息
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||||
```python
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||||
def get_local_info():
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||||
hostname = socket.gethostname()
|
||||
local_ips = socket.gethostbyname_ex(hostname)[-1]
|
||||
mac = ':'.join(re.findall('..', '%012x' % uuid.getnode()))
|
||||
return hostname, mac, local_ips
|
||||
```
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||||
- `gethostname()` 获取当前计算机的主机名。
|
||||
- `gethostbyname_ex(hostname)` 返回主机名对应的 IP 地址列表，选择最后一个（所有可用的 IP 地址）。
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||||
- 使用 `uuid.getnode()` 获取 MAC 地址，使用正则表达式将其格式化为 `XX:XX:XX:XX:XX:XX` 的格式。
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||||
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||||
### 验证 IP 地址或域名
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||||
```python
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||||
def validate_ip_or_domain(value):
|
||||
ip_pattern = re.compile(r'^\d{1,3}(\.\d{1,3}){3}$')
|
||||
domain_pattern = re.compile(r'^([a-zA-Z0-9-]+\.)+[a-zA-Z]{2,}$')
|
||||
return ip_pattern.match(value) or domain_pattern.match(value)
|
||||
```
|
||||
- 使用正则表达式验证输入的值是否是有效的 IP 地址或域名。
|
||||
|
||||
### 验证端口号
|
||||
```python
|
||||
def validate_port(port):
|
||||
return port.isdigit() and 1 <= int(port) <= 65535
|
||||
```
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||||
- 确保端口号是一个数字并在合法范围（1-65535）内。
|
||||
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||||
### 构造 IP 头部
|
||||
```python
|
||||
def construct_ip_header(src_ip, dest_ip, payload_length, protocol):
|
||||
version = 4
|
||||
ihl = 5
|
||||
tos = 0
|
||||
total_length = 20 + payload_length
|
||||
identification = 54321
|
||||
flags_offset = 0
|
||||
ttl = 64
|
||||
header_checksum = 0
|
||||
|
||||
src_ip_bytes = socket.inet_aton(src_ip)
|
||||
dest_ip_bytes = socket.inet_aton(dest_ip)
|
||||
ip_header = struct.pack('!BBHHHBBH4s4s',
|
||||
(version << 4) + ihl, tos, total_length,
|
||||
identification, flags_offset, ttl, protocol,
|
||||
header_checksum, src_ip_bytes, dest_ip_bytes)
|
||||
|
||||
return ip_header
|
||||
```
|
||||
- 构造一个 IPv4 头部，使用 `struct.pack()` 将数据打包为二进制格式。
|
||||
- `socket.inet_aton()` 用于将 IP 地址转换为二进制格式。
|
||||
- 该函数生成一个标准的 IPv4 头部，包含源 IP、目的 IP 和协议类型等信息。
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||||
|
||||
### 构造 ICMP 报文
|
||||
```python
|
||||
def construct_icmp():
|
||||
icmp_header = struct.pack('!BBHHH', 8, 0, 0, 1, 1)
|
||||
checksum = ~sum(icmp_header) & 0xFFFF
|
||||
data = b'Ping'
|
||||
checksum = calculate_checksum(icmp_header + data)
|
||||
icmp_header = struct.pack('!BBHHH', 8, 0, checksum, 1, 1)
|
||||
return icmp_header
|
||||
return icmp_header + data
|
||||
```
|
||||
1. **构造 ICMP 报文的头部**：
|
||||
- 使用 `struct.pack` 打包数据为二进制格式。
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||||
- `!` 表示网络字节序（大端模式）。
|
||||
- `BBHHH` 定义字段类型：2 个 8 位整数，3 个 16 位整数。
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||||
- **8** 表示 ICMP 类型（8 = 回显请求）。
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||||
- **0** 表示代码字段。
|
||||
- **0** 表示校验和（暂时填充 0）。
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||||
- **1, 1** 表示标识符和序列号。
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||||
2. **计算校验和**：
|
||||
- 使用 `~sum(...)` 计算报文的校验和并取反，确保数据完整性。
|
||||
- 结果为 16 位，使用 `& 0xFFFF` 截断为无符号整数。
|
||||
3. **重新打包报文**：
|
||||
- 将计算后的校验和填入头部。
|
||||
4. **返回构造好的 ICMP 报文**。
|
||||
|
||||
---
|
||||
- ICMP 报文的类型为 8（Echo 请求）。
|
||||
- 使用 `struct.pack()` 构造 ICMP 头部，并计算校验和。
|
||||
- 校验和通过 `calculate_checksum()` 函数来计算，确保报文的完整性。
|
||||
|
||||
### 构造 UDP 报文
|
||||
```python
|
||||
@ -50,142 +92,164 @@ def construct_udp(src_port, dest_port):
|
||||
udp_header = struct.pack('!HHHH', src_port, dest_port, 8, 0)
|
||||
return udp_header
|
||||
```
|
||||
1. **打包 UDP 报文头**：
|
||||
- `HHHH` 表示 4 个 16 位整数（源端口、目标端口、长度、校验和）。
|
||||
- **src_port**：源端口号。
|
||||
- **dest_port**：目标端口号。
|
||||
- **8**：UDP 报文长度（仅头部时固定为 8 字节）。
|
||||
- **0**：校验和（暂时不计算，系统会自动填充）。
|
||||
2. **返回 UDP 报文头**。
|
||||
- 构造一个简单的 UDP 报文头，包含源端口、目标端口、长度和校验和。
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
### 验证 IP 地址
|
||||
### 构造 TCP 报文（SYN）
|
||||
```python
|
||||
def validate_ip(ip):
|
||||
pattern = re.compile(r'^\d{1,3}(\.\d{1,3}){3}$')
|
||||
return pattern.match(ip) is not None
|
||||
```
|
||||
1. **正则表达式验证**：
|
||||
- 匹配 IP 地址格式：四段数字，每段 0-255 范围。
|
||||
- `^\d{1,3}`：每段由 1 到 3 位数字组成。
|
||||
- `(\.\d{1,3}){3}`：重复三次的“点+数字”模式。
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||||
2. **返回结果**：
|
||||
- 如果匹配成功，返回 `True`。
|
||||
- 如果失败，返回 `False`。
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||||
def construct_tcp(src_port, dest_port):
|
||||
seq = 0
|
||||
ack_seq = 0
|
||||
offset = 5
|
||||
reserved = 0
|
||||
flags = 0b000010 # SYN flag
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||||
window = socket.htons(5840)
|
||||
checksum = 0
|
||||
urgent_ptr = 0
|
||||
|
||||
---
|
||||
tcp_header = struct.pack('!HHLLBBHHH',
|
||||
src_port, dest_port, seq, ack_seq,
|
||||
(offset << 4) + reserved, flags, window,
|
||||
checksum, urgent_ptr)
|
||||
return tcp_header
|
||||
```
|
||||
- 构造 TCP 头部，设置 SYN 标志位以启动连接。
|
||||
- 包含源端口、目标端口、序列号等信息。
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||||
|
||||
### 计算校验和
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||||
```python
|
||||
def calculate_checksum(data):
|
||||
checksum = 0
|
||||
n = len(data)
|
||||
for i in range(0, n - 1, 2):
|
||||
chunk = (data[i] << 8) + data[i + 1]
|
||||
checksum += chunk
|
||||
if n % 2 == 1:
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||||
checksum += data[-1] << 8
|
||||
checksum = (checksum >> 16) + (checksum & 0xFFFF)
|
||||
checksum += (checksum >> 16)
|
||||
return ~checksum & 0xFFFF
|
||||
```
|
||||
- 计算校验和，保证数据的完整性。
|
||||
- 将数据按 2 字节分组求和，最终计算出一个 16 位的校验和。
|
||||
|
||||
### 发送报文
|
||||
```python
|
||||
def send_packet():
|
||||
try:
|
||||
target_ip = ip_entry.get()
|
||||
target_port = int(port_entry.get())
|
||||
src_ip = ip_combobox.get()
|
||||
dest_host = dest_entry.get()
|
||||
dest_port = port_entry.get()
|
||||
packet_type = var.get()
|
||||
if not validate_ip(target_ip):
|
||||
raise ValueError("目标 IP 地址无效")
|
||||
```
|
||||
1. **获取用户输入**：
|
||||
- `ip_entry.get()`：从文本框中获取目标 IP 地址。
|
||||
- `port_entry.get()`：从文本框中获取目标端口号并转为整数。
|
||||
- `var.get()`：从单选框中获取选择的报文类型。
|
||||
2. **验证 IP 地址**：
|
||||
- 使用 `validate_ip` 函数检查 IP 格式。
|
||||
- 如果无效，抛出 `ValueError` 异常。
|
||||
|
||||
---
|
||||
# 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")
|
||||
|
||||
```python
|
||||
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket.IPPROTO_ICMP if packet_type == "ICMP" else socket.IPPROTO_UDP)
|
||||
```
|
||||
1. **创建套接字**：
|
||||
- `socket.AF_INET`：使用 IPv4 地址。
|
||||
- `socket.SOCK_RAW`：使用原始套接字，允许手动构造报文。
|
||||
- `socket.IPPROTO_ICMP`：ICMP 协议。
|
||||
- `socket.IPPROTO_UDP`：UDP 协议。
|
||||
# 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）")
|
||||
|
||||
---
|
||||
dest_ip = socket.gethostbyname(dest_host)
|
||||
src_port = 12345
|
||||
dest_port = int(dest_port)
|
||||
|
||||
```python
|
||||
# 构造报文并发送
|
||||
if packet_type == "ICMP":
|
||||
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket.IPPROTO_ICMP)
|
||||
packet = construct_icmp()
|
||||
elif packet_type == "UDP":
|
||||
packet = construct_udp(12345, target_port)
|
||||
```
|
||||
1. **选择报文类型**：
|
||||
- 如果选择 ICMP，则调用 `construct_icmp` 构造报文。
|
||||
- 如果选择 UDP，则调用 `construct_udp`，源端口固定为 12345。
|
||||
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
|
||||
packet = construct_udp(src_port, dest_port)
|
||||
elif packet_type == "TCP":
|
||||
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
|
||||
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
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
```python
|
||||
start_time = time.time()
|
||||
sock.sendto(packet, (target_ip, target_port))
|
||||
end_time = time.time()
|
||||
```
|
||||
1. **发送报文并测量时间**：
|
||||
- 记录发送开始时间 `start_time`。
|
||||
- 使用 `sendto` 方法将报文发送到目标地址和端口。
|
||||
- 记录发送结束时间 `end_time`。
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
```python
|
||||
result.set(f"报文发送成功！类型: {packet_type}, 往返时间: {end_time - start_time:.2f} 秒")
|
||||
# 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("错误", f"报文发送失败: {e}")
|
||||
messagebox.showerror("未知错误", f"发送报文时发生未知错误: {e}")
|
||||
```
|
||||
1. **显示结果**：
|
||||
- 使用 `result.set` 更新界面上的结果显示。
|
||||
- 如果发送成功，显示报文类型和往返时间。
|
||||
2. **错误处理**：
|
||||
- 捕获异常并通过 `messagebox` 提示错误信息。
|
||||
- 根据用户选择的目标地址、端口号和报文类型，构造并发送相应的网络报文。
|
||||
- 对地址和端口进行验证，若无误则根据选择的报文类型（ICMP、UDP、TCP）构造报文并发送。
|
||||
- 如果是 TCP 报文，使用 `socket.SOCK_STREAM` 进行连接并发送数据。
|
||||
- 若发送成功，通过 `messagebox.showerror()` 显示错误信息。
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
### GUI 界面
|
||||
### GUI 界面设计
|
||||
```python
|
||||
window = tk.Tk()
|
||||
window.title("网络通信软件")
|
||||
```
|
||||
- 创建一个 Tkinter 窗口，设置标题为“网络通信软件”。
|
||||
|
||||
tk.Label(window, text="目标 IP 地址:").grid(row=0, column=0)
|
||||
ip_entry = tk.Entry(window)
|
||||
ip_entry.grid(row=0, column=1)
|
||||
```python
|
||||
hostname, mac, local_ips = get_local_info()
|
||||
```
|
||||
- 获取本机的主机名、MAC 地址和可用的 IP 地址。
|
||||
|
||||
tk.Label(window, text="目标端口号:").grid(row=1, column=0)
|
||||
```python
|
||||
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)
|
||||
```
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- 显示本机的相关信息，如主机名、MAC 地址和可用 IP 地址。
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```python
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tk.Label(window, text="本机 IP 地址:").grid(row=1, column=0)
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ip_combobox = ttk.Combobox(window, values=local_ips)
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ip_combobox.grid(row=1, column=1)
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ip_combobox.current(0)
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```
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- 提供一个下拉框，显示本机的 IP 地址供用户选择。
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```python
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tk.Label(window, text="目标地址:").grid(row=2, column=0)
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dest_entry = tk.Entry(window)
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||||
dest_entry.grid(row=2, column=1)
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||||
```
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||||
- 提供一个文本框供用户输入目标地址。
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||||
```python
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tk.Label(window, text="目标端口:").grid(row=3, column=0)
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||||
port_entry = tk.Entry(window)
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||||
port_entry.grid(row=1, column=1)
|
||||
port_entry.grid(row=3, column=1)
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||||
```
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||||
- 提供一个文本框供用户输入目标端口。
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||||
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||||
tk.Label(window, text="报文类型:").grid(row=2, column=0)
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||||
```python
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tk.Label(window, text="报文类型:").grid(row=4, column=0)
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||||
var = tk.StringVar(value="ICMP")
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||||
tk.Radiobutton(window, text="ICMP", variable=var, value="ICMP").grid(row=2, column=1)
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||||
tk.Radiobutton(window, text="UDP", variable=var, value="UDP").grid(row=2, column=2)
|
||||
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)
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||||
tk.Radiobutton(window, text="TCP", variable=var, value="TCP").grid(row=4, column=3)
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||||
```
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||||
- 提供单选按钮供用户选择报文类型（ICMP、UDP、TCP）。
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||||
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||||
```python
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||||
result = tk.StringVar()
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||||
tk.Label(window, textvariable=result).grid(row=4, column=0, columnspan=3)
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||||
tk.Label(window, textvariable=result).grid(row=6, column=0, columnspan=3)
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||||
```
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||||
- 显示报文发送结果。
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||||
tk.Button(window, text="发送报文", command=send_packet).grid(row=3, column=1)
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```python
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||||
tk.Button(window, text="发送报文", command=send_packet).grid(row=5, column=1)
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```
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||||
- 创建一个按钮，点击后调用 `send_packet()` 函数发送报文。
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||||
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||||
```python
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window.mainloop()
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```
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1. **窗口初始化**：
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- 创建 `window` 窗口对象。
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- 设置窗口标题为“网络通信软件”。
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2. **界面布局**：
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- 使用 `grid` 方法设置控件布局，分别添加：
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- 文本标签：提示用户输入目标 IP 和端口号。
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- 输入框：用于输入目标 IP 和端口号。
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- 单选框：选择报文类型（ICMP 或 UDP）。
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||||
- 按钮：点击后调用 `send_packet` 函数发送报文。
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- 结果标签：显示发送结果或错误信息。
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3. **事件循环**：
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- `window.mainloop()` 启动 GUI 主循环，等待用户交互。
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---
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### 总结
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这段代码实现了一个功能完备的网络通信工具，具备以下特点：
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- **GUI 界面**：直观的输入与反馈。
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- **多协议支持**：可发送 ICMP 和 UDP 报文。
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- **输入验证**：保证用户输入的有效性。
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- **异常处理**：确保程序运行稳定。
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||||
- 启动 GUI 窗口的主循环，使窗口保持显示状态。
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