Python-web-communicate/代码解释.md

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。

1. 导入模块

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

• tkinter: 用于构建GUI，提供创建窗口、标签、按钮等界面元素的功能。
• 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。
• 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。
• time: 用于获取时间戳、计算延迟等。
• uuid: 用于获取唯一的标识符，特别是获取本机的MAC地址。
• 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。
• 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。

2. 获取本机信息

def get_local_info():
    hostname = socket.gethostname()
    local_ips = socket.gethostbyname_ex(hostname)[-1]
    mac = ':'.join(re.findall('..', '%012x' % uuid.getnode()))
    return hostname, mac, local_ips

• socket.gethostname(): 获取当前计算机的主机名。
• 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。
• 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）。

3. 验证IP地址或域名

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)

• 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。
  • 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。
  • 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。

4. 验证端口号

def validate_port(port):
    return port.isdigit() and 1 <= int(port) <= 65535

• 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。

5. 构造IP头部

def construct_ip_header(src_ip, dest_ip, payload_length, protocol):
    version = 4
    ihl = 5
    tos = 0
    total_length = 20 + payload_length  # 20字节的IP头部 + 数据部分长度
    identification = 54321
    flags_offset = 0
    ttl = 64
    header_checksum = 0

    src_ip_bytes = socket.inet_aton(src_ip)  # 转换IP地址为二进制格式
    dest_ip_bytes = socket.inet_aton(dest_ip)  # 转换目标IP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)

    return ip_header

• 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。
  • 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：
    • !：大端字节序。
    • B：一个字节（8位），表示一个无符号整数。
    • H：两个字节（16位），表示一个无符号整数。
    • 4s：4个字节的字符串（即4个字符的IP地址）。
  • 字段说明:
    • 版本（version）: 使用IPv4协议，版本号为4。
    • 头部长度（ihl）: 5表示头部长度为5个32位字（即20字节）。
    • 总长度（total_length）: 包括IP头部和数据部分的总长度。
    • TTL（ttl）: 存活时间（Time To Live），默认为64。
    • 协议（protocol）: 用于指示数据部分使用的协议类型，如TCP、UDP、ICMP等。

6. 构造ICMP报文

def construct_icmp():
    icmp_header = struct.pack('!BBHHH', 8, 0, 0, 1, 1)
    data = b'Ping'
    checksum = calculate_checksum(icmp_header + data)
    icmp_header = struct.pack('!BBHHH', 8, 0, checksum, 1, 1)
    return icmp_header + data

• ICMP报文用于网络诊断（例如Ping）。
  • **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。
  • 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。
  • 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。

7. 构造UDP报文

def construct_udp(src_port, dest_port):
    udp_header = struct.pack('!HHHH', src_port, dest_port, 8, 0)
    return udp_header

• 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。

8. 构造TCP报文（SYN）

def construct_tcp(src_port, dest_port):
    seq = 0
    ack_seq = 0
    offset = 5
    reserved = 0
    flags = 0b000010  # SYN标志位为1，表示建立连接
    window = socket.htons(5840)  # 窗口大小
    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

• SYN报文用于TCP的三次握手，建立连接时发送。
  • **flags = 0b000010**表示SYN标志为1。
  • window: 接收窗口大小。
  • seq和ack_seq: TCP的序列号和确认号，初始化为0。

9. 计算校验和

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:
        checksum += data[-1] << 8

    checksum = (checksum >> 16) + (checksum & 0xFFFF)
    checksum += (checksum >> 16)
    
    return ~checksum & 0xFFFF

• 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。
  • 将数据拆分为16位块并求和。
  • 如果数据长度为奇数，则补零。
  • 最后对结果取反，并返回16位校验和。

10. 构造DNS查询报文

def build_dns_query(domain):
   

 # 随机生成事务ID
    txid = random.randint(0, 65535)
    flags = 0x0100  # 查询标志
    qdcount = 1  # 查询数量
    ancount = 0  # 回答数量
    nscount = 0  # 权威服务器数量
    arcount = 0  # 附加记录数量

    query = struct.pack('>HHHHHH', txid, flags, qdcount, ancount, nscount, arcount)
    query += encode_domain(domain)
    query += struct.pack('>HH', 1, 1)  # 类型为A记录（IPv4地址）

    return query

• **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）。
  • 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。
  • 事务ID（txid）随机生成，查询的标志位设置为标准查询。

11. 发送报文

def send_packet():
    src_ip = ip_combobox.get()
    dest_host = dest_entry.get()
    dest_port = port_entry.get()
    packet_type = var.get()

• 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。

12. GUI界面设计与事件循环

window = tk.Tk()
window.title("网络通信软件")

• 使用tkinter创建GUI窗口，设置窗口标题和布局。
• 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。
• 通过**Button**控件触发发送报文的功能，调用 send_packet()。

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。