docs(代码解释): 更新网络通信软件的代码解释文档
-优化了代码解释的结构和内容，使其更加清晰和详细 - 增加了对 DNS 查询报文构造的解释 -改进了对 IP 头部和 TCP 报文的解释 - 调整了部分术语和描述，使其更符合技术文档的标准
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a0d3d8363f
246
代码解释.md
246
代码解释.md
@ -1,8 +1,6 @@
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这段代码实现了一个基本的网络通信工具，允许用户通过图形用户界面（GUI）构造并发送不同类型的网络报文（如ICMP、UDP、TCP、DNS、IP）。让我们逐部分深入分析代码的实现原理和工作方式。
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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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### 1. **导入模块**
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```python
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import tkinter as tk
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from tkinter import ttk, messagebox
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@ -11,16 +9,17 @@ import struct
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import time
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import uuid
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import re
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import random
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```
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- `tkinter` 用于创建 GUI 界面。
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- `ttk` 提供更丰富的部件，如下拉框（`Combobox`）。
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- `messagebox` 用于显示消息框。
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- `socket` 用于创建网络连接。
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- `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。
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- `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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- **tkinter**: 用于构建GUI，提供创建窗口、标签、按钮等界面元素的功能。
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- **socket**: 用于低层次的网络操作，如创建套接字、发送和接收数据等。
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- **struct**: 用于处理二进制数据的打包和解包，例如网络数据报文的处理。
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- **time**: 用于获取时间戳、计算延迟等。
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- **uuid**: 用于获取唯一的标识符，特别是获取本机的MAC地址。
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- **re**: 用于正则表达式，主要用来验证输入的IP地址或域名的格式。
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- **random**: 用于生成随机数，这里主要用在构造DNS查询报文时随机生成事务ID。
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### 获取本机信息
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### 2. **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()
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@ -28,40 +27,42 @@ def get_local_info():
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mac = ':'.join(re.findall('..', '%012x' % uuid.getnode()))
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return hostname, mac, local_ips
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```
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- `gethostname()` 获取当前计算机的主机名。
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- `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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- **`socket.gethostname()`**: 获取当前计算机的主机名。
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- **`socket.gethostbyname_ex(hostname)[-1]`**: 根据主机名获取本机所有的IP地址（IPv4），返回的列表中的最后一个元素包含了所有本机的IP。
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- **`uuid.getnode()`**: 获取计算机的硬件地址（MAC地址）。返回的是一个64位的数字，我们通过格式化成16进制，并使用正则表达式将其格式化为常见的MAC地址格式（如：`00:1A:2B:3C:4D:5E`）。
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### 验证 IP 地址或域名
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### 3. **验证IP地址或域名**
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```python
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def validate_ip_or_domain(value):
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ip_pattern = re.compile(r'^\d{1,3}(\.\d{1,3}){3}$')
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domain_pattern = re.compile(r'^([a-zA-Z0-9-]+\.)+[a-zA-Z]{2,}$')
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||||
return ip_pattern.match(value) or domain_pattern.match(value)
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```
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- 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。
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- 该函数通过正则表达式检查用户输入的值是否符合IP地址或域名的格式。
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- **IP地址格式**: `\d{1,3}(\.\d{1,3}){3}` 匹配四个以点分隔的1到3位数字。
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- **域名格式**: `([a-zA-Z0-9-]+\.)+[a-zA-Z]{2,}` 匹配由字母、数字或中划线组成的域名部分和一个或多个子域名部分。
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### 验证端口号
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### 4. **验证端口号**
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```python
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def validate_port(port):
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return port.isdigit() and 1 <= int(port) <= 65535
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```
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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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||||
- 该函数检查端口号是否在1到65535的范围内，确保用户输入的是有效的端口号。
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### 构造 IP 头部
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### 5. **构造IP头部**
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```python
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||||
def construct_ip_header(src_ip, dest_ip, payload_length, protocol):
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version = 4
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ihl = 5
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tos = 0
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total_length = 20 + payload_length
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total_length = 20 + payload_length # 20字节的IP头部 + 数据部分长度
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identification = 54321
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flags_offset = 0
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ttl = 64
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header_checksum = 0
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src_ip_bytes = socket.inet_aton(src_ip)
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dest_ip_bytes = socket.inet_aton(dest_ip)
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||||
src_ip_bytes = socket.inet_aton(src_ip) # 转换IP地址为二进制格式
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dest_ip_bytes = socket.inet_aton(dest_ip) # 转换目标IP为二进制格式
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||||
ip_header = struct.pack('!BBHHHBBH4s4s',
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||||
(version << 4) + ihl, tos, total_length,
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||||
identification, flags_offset, ttl, protocol,
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||||
@ -69,11 +70,20 @@ def construct_ip_header(src_ip, dest_ip, payload_length, protocol):
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||||
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||||
return ip_header
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```
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||||
- 构造一个 IPv4 头部，使用 `struct.pack()` 将数据打包为二进制格式。
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- `socket.inet_aton()` 用于将 IP 地址转换为二进制格式。
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||||
- 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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||||
- 该函数用于构造IP头部，按网络字节序（大端字节序）格式将各种字段打包。
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||||
- **`struct.pack`**: 用于将数据按指定格式打包成二进制数据。格式`'!BBHHHBBH4s4s'`表示：
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- `!`：大端字节序。
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- `B`：一个字节（8位），表示一个无符号整数。
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||||
- `H`：两个字节（16位），表示一个无符号整数。
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||||
- `4s`：4个字节的字符串（即4个字符的IP地址）。
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||||
- **字段说明**:
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||||
- **版本（version）**: 使用IPv4协议，版本号为4。
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- **头部长度（ihl）**: 5表示头部长度为5个32位字（即20字节）。
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||||
- **总长度（total_length）**: 包括IP头部和数据部分的总长度。
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||||
- **TTL（ttl）**: 存活时间（Time To Live），默认为64。
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||||
- **协议（protocol）**: 用于指示数据部分使用的协议类型，如TCP、UDP、ICMP等。
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||||
### 构造 ICMP 报文
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### 6. **构造ICMP报文**
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```python
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||||
def construct_icmp():
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||||
icmp_header = struct.pack('!BBHHH', 8, 0, 0, 1, 1)
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@ -82,27 +92,28 @@ def construct_icmp():
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||||
icmp_header = struct.pack('!BBHHH', 8, 0, checksum, 1, 1)
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||||
return icmp_header + data
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```
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||||
- ICMP 报文的类型为 8（Echo 请求）。
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||||
- 使用 `struct.pack()` 构造 ICMP 头部，并计算校验和。
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||||
- 校验和通过 `calculate_checksum()` 函数来计算，确保报文的完整性。
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||||
- **ICMP报文**用于网络诊断（例如Ping）。
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||||
- **`struct.pack('!BBHHH', 8, 0, 0, 1, 1)`**构造一个ICMP头部。`8`表示回显请求类型，`0`表示无错误，`checksum`和`seq`等字段在后续计算和填充。
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||||
- **`calculate_checksum`**: 计算ICMP报文的校验和，确保数据在传输过程中没有被篡改。
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||||
- **数据部分**: 这里简单地将“Ping”作为数据发送，实际应用中可以是更复杂的内容。
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||||
### 构造 UDP 报文
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||||
### 7. **构造UDP报文**
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||||
```python
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||||
def construct_udp(src_port, dest_port):
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udp_header = struct.pack('!HHHH', src_port, dest_port, 8, 0)
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||||
return udp_header
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||||
```
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||||
- 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。
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||||
- 构造UDP头部，包含源端口、目标端口、长度和校验和。这里暂时将校验和置为0。
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||||
### 构造 TCP 报文（SYN）
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||||
### 8. **构造TCP报文（SYN）**
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||||
```python
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||||
def construct_tcp(src_port, dest_port):
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||||
seq = 0
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||||
ack_seq = 0
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||||
offset = 5
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reserved = 0
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flags = 0b000010 # SYN flag
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||||
window = socket.htons(5840)
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||||
flags = 0b000010 # SYN标志位为1，表示建立连接
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||||
window = socket.htons(5840) # 窗口大小
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||||
checksum = 0
|
||||
urgent_ptr = 0
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||||
@ -112,144 +123,75 @@ def construct_tcp(src_port, dest_port):
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||||
checksum, urgent_ptr)
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return tcp_header
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||||
```
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||||
- 构造 TCP 头部，设置 SYN 标志位以启动连接。
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||||
- 包含源端口、目标端口、序列号等信息。
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||||
- **SYN报文**用于TCP的三次握手，建立连接时发送。
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- **`flags = 0b000010`**表示SYN标志为1。
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||||
- **`window`**: 接收窗口大小。
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||||
- **`seq`**和**`ack_seq`**: TCP的序列号和确认号，初始化为0。
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||||
|
||||
### 计算校验和
|
||||
### 9. **计算校验和**
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```python
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||||
def calculate_checksum(data):
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||||
checksum = 0
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||||
n = len(data)
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||||
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for i in range(0, n - 1, 2):
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||||
chunk = (data[i] << 8) + data[i + 1]
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||||
checksum += chunk
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||||
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||||
if n % 2 == 1:
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||||
checksum += data[-1] << 8
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||||
checksum = (checksum >> 16) + (checksum & 0xFFFF)
|
||||
checksum += (checksum >> 16)
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||||
return ~checksum & 0xFFFF
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```
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||||
- 计算校验和，保证数据的完整性。
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||||
- 将数据按 2 字节分组求和，最终计算出一个 16 位的校验和。
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- 该函数计算数据的校验和，主要用于检测数据在传输过程中是否发生了错误。
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||||
- 将数据拆分为16位块并求和。
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- 如果数据长度为奇数，则补零。
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- 最后对结果取反，并返回16位校验和。
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### 发送报文
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### 10. **构造DNS查询报文**
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```python
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def build_dns_query(domain):
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# 随机生成事务ID
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txid = random.randint(0, 65535)
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flags = 0x0100 # 查询标志
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qdcount = 1 # 查询数量
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ancount = 0 # 回答数量
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nscount = 0 # 权威服务器数量
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arcount = 0 # 附加记录数量
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query = struct.pack('>HHHHHH', txid, flags, qdcount, ancount, nscount, arcount)
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query += encode_domain(domain)
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query += struct.pack('>HH', 1, 1) # 类型为A记录（IPv4地址）
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return query
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```
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- **`build_dns_query`**构造DNS查询报文，查询给定域名的A记录（即返回IPv4地址）。
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- **`encode_domain(domain)`**: 将域名按照DNS协议格式编码，域名分段，每段前面加上该段的长度。
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- 事务ID（txid）随机生成，查询的标志位设置为标准查询。
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### 11. **发送报文**
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```python
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def send_packet():
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try:
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src_ip = ip_combobox.get()
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dest_host = dest_entry.get()
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||||
dest_port = port_entry.get()
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||||
packet_type = var.get()
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||||
# 验证目标地址
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if not validate_ip_or_domain(dest_host):
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||||
raise ValueError("目标地址无效，必须为有效的 IP 或域名")
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||||
# 验证端口号
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if not validate_port(dest_port):
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||||
raise ValueError("端口号无效，必须是有效的正整数（1-65535）")
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||||
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||||
dest_ip = socket.gethostbyname(dest_host)
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src_port = 12345
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dest_port = int(dest_port)
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# 构造报文并发送
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if packet_type == "ICMP":
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sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket.IPPROTO_ICMP)
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packet = construct_icmp()
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||||
elif packet_type == "UDP":
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sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
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||||
packet = construct_udp(src_port, dest_port)
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||||
elif packet_type == "TCP":
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sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
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sock.connect((dest_ip, dest_port))
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packet = b"Hello, TCP!" # TCP 是面向连接的，这里发送简单的字符串
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sock.sendall(packet)
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sock.close()
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result.set(f"TCP 连接成功，数据已发送！")
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return # 结束函数
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# 发送报文
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sock.sendto(packet, (dest_ip, dest_port))
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result.set(f"报文发送成功！类型: {packet_type}")
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except socket.gaierror:
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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。")
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except socket.error as e:
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messagebox.showerror("网络错误", f"网络错误: {e.strerror}")
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except ValueError as e:
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||||
messagebox.showerror("输入错误", f"输入无效: {e}")
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||||
except Exception as e:
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messagebox.showerror("未知错误", f"发送报文时发生未知错误: {e}")
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src_ip = ip_combobox.get()
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||||
dest_host = dest_entry.get()
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||||
dest_port = port_entry.get()
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||||
packet_type = var.get()
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```
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- 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。
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||||
- 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。
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||||
- 如果是 TCP 报文，使用 `socket.SOCK_STREAM` 进行连接并发送数据。
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||||
- 若发送成功，通过 `messagebox.showerror()` 显示错误信息。
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- 该函数会根据用户在GUI中输入的源IP地址、目标地址、目标端口和报文类型（ICMP、UDP、TCP、DNS、IP）来发送报文。具体的报文构造和发送过程，会根据不同类型的报文选择相应的构造函数。
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||||
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||||
### GUI 界面设计
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### 12. **GUI界面设计与事件循环**
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```python
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||||
window = tk.Tk()
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||||
window.title("网络通信软件")
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```
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||||
- 创建一个 Tkinter 窗口，设置标题为“网络通信软件”。
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||||
- 使用**tkinter**创建GUI窗口，设置窗口标题和布局。
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||||
- 通过**`Label`**、**`Entry`**、**`Button`**等控件让用户输入本机IP、目标地址、端口和报文类型。
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||||
- 通过**`Button`**控件触发发送报文的功能，调用 `send_packet()`。
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||||
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||||
```python
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||||
hostname, mac, local_ips = get_local_info()
|
||||
```
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||||
- 获取本机的主机名、MAC 地址和可用的 IP 地址。
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||||
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||||
```python
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||||
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)
|
||||
```
|
||||
- 显示本机的相关信息，如主机名、MAC 地址和可用 IP 地址。
|
||||
|
||||
```python
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||||
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)
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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)
|
||||
dest_entry = tk.Entry(window)
|
||||
dest_entry.grid(row=2, column=1)
|
||||
```
|
||||
- 提供一个文本框供用户输入目标地址。
|
||||
|
||||
```python
|
||||
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)
|
||||
```
|
||||
- 提供一个文本框供用户输入目标端口。
|
||||
|
||||
```python
|
||||
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)
|
||||
```
|
||||
- 提供单选按钮供用户选择报文类型（ICMP、UDP、TCP）。
|
||||
|
||||
```python
|
||||
result = tk.StringVar()
|
||||
tk.Label(window, textvariable=result).grid(row=6, column=0, columnspan=3)
|
||||
```
|
||||
- 显示报文发送结果。
|
||||
|
||||
```python
|
||||
tk.Button(window, text="发送报文", command=send_packet).grid(row=5, column=1)
|
||||
```
|
||||
- 创建一个按钮，点击后调用 `send_packet()` 函数发送报文。
|
||||
|
||||
```python
|
||||
window.mainloop()
|
||||
```
|
||||
- 启动 GUI 窗口的主循环，使窗口保持显示状态。
|
||||
**总结：**
|
||||
这段代码的核心功能是通过GUI界面实现用户自定义网络报文的构造、发送和反馈。主要操作包括获取本机信息、验证输入数据、根据不同报文类型（如ICMP、TCP、UDP、DNS）构造报文，最后通过`socket`库将其发送到指定目标。
|
||||
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