简易TCP/IP与UDP接口实现（Slip）

Super Lightweight Internet Protocol Inplementation based on C++.

项目组成员：

• 欧一锋(@a20185)(组长)
• 王天宇
• 王毅峰
• 赵子琳(@SakurazukaKen)
• 郑齐(@tidyzq)

项目目录结构：

TCP（主目录）

• README.md
• Makefile
• bin (存放此实现的测试类编译后生成的二进制文件)
  • tcptest
  • udptest
• build (存放此实现编译过程中生成的**.o文件**)
  • tcp.o
  • test
    • tcptest.o
    • udptest.o
  • udp.o
  • utils.o
• demo (存放基于此实现的一个小应用)
  • include (存放实现小应用的所有需要用到的C++头文件)
  • src (存放小应用的所有C++文件)
  • bin (存放实现小应用编译后生成的二进制文件)
  • Makefile
• include (存放此实现的所有需要用到的C++头文件)
  • tcp.hpp
  • udp.hpp
  • utils.hpp
• src (存放基于此实现的所有C++文件)
  • tcp.hpp
  • udp.hpp
  • utils.hpp
• test(存放基于此实现的测试类的C++文件)
  • tcptest.cpp
  • udptest.cpp

[注意事项]

由于本项目使用了 raw socket, 因此需要 root 权限才能正常运行, 同时需要设置 ip 转发防止内核自动终止 tcp 包

• 关闭 ubuntu 防火墙

  sudo ufw disable

• 关闭 iptabls 转发的自动 RST

  sudo iptables -A OUTPUT -p tcp --tcp-flags RST RST -j DROP

使用方式:

• Shell 下进入本目录执行make命令即可编译。
• 执行测试可以使用bin目录下的 tcptest 以及 udptest 文件。
• 测试文件使用方法：

  • tcptest

    • sudo ./tcptest l [listen-port]

      • 指定程序监听本机listen-port端口的tcp连接。

    • sudo ./tcptest s [dest-ip] [dest-port] [source-port] [pkg-count]

      • 指定程序使用本地的source-port端口向ip为dest-ip的dest-port端口发起tcp连接, 并自动发送pkt-count个测试包。

    • mode: 指定tcp使用模式。s为主动连接，l为监听端口。

    • dest-ip: 目的主机的ip地址。

    • dest-port: 目的主机的端口。

    • source-port: 本地主机的端口。

    • pkt-count: 自动发送测试数据包的个数。

  • udptest

    • sudo ./udptest l [listen-port] [pkt-count]

      • 指定程序监听本机listen-port端口的udp连接, 当收到pkt-count个数据包后终止程序。

    • sudo ./udptest s [dest-ip] [dest-port] [source-port] [pkt-count]

      • 指定程序使用本地的source-port端口向ip为dest-ip的dest-port端口自动发送pkt-count个udp测试包。

    • mode: 指定udp使用模式。s为发送，l为接收。

    • dest-ip: 目的主机的ip地址。

    • dest-port: 目的主机的接收端口。

    • source-port: 本地主机的发送端口。

    • pkt-count: 测试发送的数据报文包(datagram packet)数量。

本实现的API接口：

Utils类：

(通过命名空间 调用即可，本类置于namespace slip 中)

• 校验和计算方法：

  • 使用方式:

  • unsigned short calc_checksum(unsigned long source_ip,
                  unsigned long dest_ip,
                  u_int8_t protocol,
                  char* payload,
                  unsigned short payload_len);

    • source_ip: 源主机ip
    • dest_ip：目的主机ip
    • protocol： 8位协议号
    • payload: 数据包
    • payload_len: 数据包长度

• 校验和检查方法:

  • 使用方式:

  • bool verify_checksum(unsigned long source_ip,
                         unsigned long dest_ip,
                         u_int8_t protocol,
                         char* payload,
                         unsigned short payload_len,
                         unsigned short checksum);

    • source_ip: 源主机ip地址
    • dest_ip: 目的主机ip地址
    • protocol: 8位协议号
    • payload: 数据包
    • payload_len: 数据包长度
    • checksum: 传入的原始报文校验和

• 获取本地IP方法：

  • 使用方法：

  • std::string get_local_ip();

    • 返回为调用者本机的IP

---

UDP类

（此类使用时通过本类对象方法调用）

slip::Udp udp; //此为示例中的方法

• 添加监听器方法：

  注意：本类必须 调用添加监听器方法之后才可正常接收UDP信息。

  • 使用方法：

    udp.add_listener(listen_port,
                     std::function<void(std::string,
                                        unsigned short,
                                        std::string)>);

    • listen_port： 为监听端口（远程主机的接收端口）。
    • 参数2为监听函数：写成lambda表达式。
    • 返回值为 listener_ptr , 可以用于之后的监听器删除

    //调用样例,详情请参照test/udptest.cpp
    udp.add_listener(listen_port,
                     [&count](std::string source_ip,
                              unsigned short source_port,
                              std::string message)
                     -> void {
          					// do something
         					 ++count;
       					 }
                    );

• 移除监听器方法:

  • 使用方法：

    udp.remove_listener(unsigned short port,
                        Udp::listener_ptr ptr);

    • port: 为监听端口（远程主机的接收端口）。
    • listener_ptr : 添加监听器时返回的监听器指针。
    • 返回值为删除操作是否成功的bool值。

• 数据报文包发送方法：

  • 使用方法：

    udp.send(std::string dest_ip,
             unsigned short dest_port,
             unsigned short source_port,
             std::string data);

    • dest_ip: 目的主机ip地址
    • dest_port: 目的主机端口
    • source_port: 源主机端口
    • data: 发送的数据，字符串形式

---

TCP类

首先需要通过tcp.connect 或者 tcp.listen 取得 tcp控制块的指针

tcp_pcb_ptr connect(std::string dest_ip,
                    unsigned short dest_port,
                    unsigned short source_port);

tcp_pcb_ptr listen(unsigned short source_port);

tcp.connect 和 tcp.listen 区分主要为发出连接请求和接收连接请求。参数与上面的方法中的同名参数类似，此处不再赘述。

随后发送端需要通过tcp控制块进行发送和关闭连接操作。通过调用pcb -> send(message)以及 pcb -> close() 即可达成以上功能。

对于接收端，只需要类似于上面的UDP类中那样，调用pcb -> add_listener() 那样添加好监听器便可以实现接收的功能了。