 |
Диаграмма состояний TCP соединения.
|
|
|
|
Временная диаграмма установления TCP соединения.
Временная диаграмма завершения TCP соединения.
Временная диаграмма обмена данными.
Описание алгоритма подсчёта контрольной суммы TCP сегмента.
В общих чертах алгоритм расчета контрольной суммы очень прост:
1. Соседние октеты информации, для которой создается контрольная сумма, объединяются в 16-битовые целые числа и для этих чисел формируется 16-битовое поразрядное дополнение до 1.
2. При расчете контрольной суммы значение самого поля контрольной суммы принимается нулевым. Для 16-битовых поразрядных дополнений вычисляется сумма. Для полученного в результате 16-битового целого числа создается 16-битовое поразрядное дополнение до 1 и помещается в поле контрольной суммы.
3. Для проверки контрольной суммы вычисляется сумма поразрядных дополнений до 1 для того же набора октетов, включая поле контрольной суммы. Если в результате получается значение, все биты которого равны 1 (-0 в арифметике дополнений до 1), это говорит о корректности контрольной суммы.
Временная диаграмма одновременного завершения TCP соединения.
Исходный код и результаты работы программы.
Main.cpp
#include "buffer.h"
#include "TcpSegment.h"
#include <conio.h>
void const GetTcpHeader(TcpSegment &head);
void GetTcpData(TcpSegment &head);
void SetTcpHeader(TcpSegment &head);
void ContBits(byte contbits);
void Reserved(uint16_t reserved);
void Comparison(TcpSegment &head);
void main()
{
cout << "Hex Data Vector:\n";
shared_ptr <vector<byte>> v(new vector < byte >({
/*0x45, 0x00, 0x01, 0x43, 0x00, 0x14, 0x40, 0x00, 0x80, 0x06,
0x8f, 0xdf, 0x0a, 0x00, 0x02, 0x69, 0xd5, 0xdb, 0x87, 0x7d,*/
0xc0, 0x06, 0x0f, 0x42, 0x43, 0x51, 0xbb, 0x09, 0x00, 0x00,
0xfa, 0x02, 0x50, 0x18, 0xfa, 0xf0, 0x32, 0x2b, 0x00, 0x00 }));
for (unsigned int i = 0; i < v->size(); i++)
cout << hex << "0x" << (int)*(v->data() + i) << " ";
|
|
|
buffer buf(v);
try
{
buffer buf(v);
}
catch (exception &e)
{
cout << "NULLPTR";
}
TcpSegment TcpHead(buf);
int ans = 0;
do {
cout << "\n\nWhat do you want to do?: \n";
cout << "1. Get Header;\n2. Set Header;\n3. Get Data;\n4. Wireshark vs. C++;\n0. Quit Programm.\n\n";
cout << "Your choice: ";
cin >> ans;
switch (ans)
{
case 1: GetTcpHeader(TcpHead); break;
case 2: SetTcpHeader(TcpHead); break;
case 3: GetTcpData(TcpHead); break;
case 4: Comparison(TcpHead); break;
case 0: break;
}
} while (ans!= 0);
}
void Reserved(uint16_t reserved)
{
char name1[][10] = { "Not Set", "Set" };
char name2[][10] = { "Not Set", "Set" };
char name3[][10] = { "Not Set", "Set" };
char name4[][10] = { "Not Set", "Set" };
int bits = ((reserved >> 9) & 111); //0000111111000000 => 0000000000000111
cout << "Reserved: " << name1[bits] << endl;
bits = ((reserved >> 8) & 1); //0000111111000000 => 0000000000001111
cout << "Nonce: " << name2[bits] << endl;
bits = ((reserved >> 7) & 1);
cout << "CWR: " << name3[bits] << endl;
bits = ((reserved >> 6) & 1);
cout << "ECN-Echo: " << name4[bits] << endl;
}
void ContBits(byte contbits)
{
char name1[][10] = { "Not Set", "Set" };
char name2[][10] = { "Not Set", "Set" };
char name3[][10] = { "Not Set", "Set" };
char name4[][10] = { "Not Set", "Set" };
char name5[][10] = { "Not Set", "Set" };
char name6[][10] = { "Not Set", "Set" };
int bits = ((contbits >> 5) & 1); //00111111 => 00000001
cout << "URG: " << name1[bits] << endl;
bits = ((contbits >> 4) & 1); //00111111 => 00000011
cout << "ACK: " << name2[bits] << endl;
bits = ((contbits >> 3) & 1);
cout << "PSH: " << name3[bits] << endl;
bits = ((contbits >> 2) & 1);
cout << "RST: " << name4[bits] << endl;
bits = ((contbits >> 1) & 1);
cout << "SYN: " << name5[bits] << endl;
bits = (contbits & 1);
cout << "FIN: " << name6[bits] << endl;
}
void const GetTcpHeader(TcpSegment &head)
{
int ans = 0;
start:
cout << "\nWhat header field do you want to see?: \n";
cout << "1. Source port;\n2. Destination port;\n3. Sequence number;\n4. Acknowledgement number;\n5. Data offset;\n6. Reserved;\n7. Control bits;\n";
cout << "8. Window;\n9. Checksum;\n10. Urgent pointer;\n0. Return to menu\n ";
do {
cout << "\nYour choice: ";
cin >> ans;
switch (ans) {
case 1: cout << "Source port: " << endl << dec << (int)head.GetSourcePort() << endl;; break;
case 2: cout << "Destination port: " << endl << dec << (int)head.GetDestinationPort() << endl;; break;
|
|
|
case 3: cout << "Sequence number: " << endl << hex << (int)head.GetSequenceNumber() << endl; break;
case 4: cout << "Acknowledgement number: " << endl << hex << (int)head.GetAckNumber() << endl; break;
case 5: cout << "Data Offset: " << endl << dec << (int)head.GetOffset() << " bytes" << endl; break;
case 6: cout << "Reserved: \n"; Reserved(head.GetReserved()); break;
case 7: cout << "Control Bits: \n"; ContBits(head.GetContBits()); break;
case 8: cout << "Window: " << endl << dec << (int)head.GetWindow() << endl; break;
case 9: cout << "Checksum: " << endl << hex << "0x" << (int)head.GetChecksum() << endl; break;
case 10: cout << "Urgent pointer: " << endl << dec << (int)head.GetUrgPointer() << endl; break;
default: cout << "ERROR\n"; goto start;
case 0: break;
}
} while (ans!= 0);
}
void SetTcpHeader(TcpSegment &head)
{
int ans = 0;
start:
cout << "\nWhat header field do you want to set?: \n";
cout << "1. Source port;\n2. Destination port;\n3. Sequence number;\n4. Acknowledgement number;\n5. Data offset;\n6. Reserved;\n7. Control bits;\n";
cout << "8. Window;\n9. Checksum;\n10. Urgent pointer;\n0. Return to menu\n ";
do {
cout << "\nYour choice: ";
cin >> ans;
switch (ans) {
case 1:
{
int i = 0;
cout << endl << "Source port - header's bytes 1 & 2: enter the number [1..65 535]: ";
do {
cin >> i;
if (i <= 0 || i > 65535)
cout << "\nERROR: Enter the number [1..65 535]: ";
} while (i <= 0 || i > 15);
head.SetSourcePort(i);
break;
}
case 2:
{
int i = 0;
cout << endl << "Destination porth - header's bytes 3 & 4: enter the number [1..65 535]: ";
do {
cin >> i;
if (i < 0 || i > 65535)
cout << "\nERROR: Enter the number [1..65 535]: ";
} while (i < 0 || i > 15);
head.SetDestinationPort(i);
break;
}
case 3:
{
uint16_t i = 0;
cout << endl << "Sequence number - header's bytes 5, 6, 7, 8: enter the number [0..65 535]: ";
do {
cin >> i;
if (i < 0 || i > 65535)
cout << "\nERROR: Enter the number [0..65 535]: ";
} while (i < 0 || i > 255);
head.SetSequenceNumber(i);
break;
}
case 4:
{
uint16_t i = 0;
cout << endl << "Acknowledgement number - header's bytes 9, 10, 11, 12: enter the number [0..65 535]: ";
do {
cin >> i;
if (i < 20 || i > 65535)
cout << "\nERROR: Enter the number [0..65 535]: ";
} while (i < 20 || i > 65535);
head.SetAckNumber(i);
break;
}
case 5:
{
uint16_t i = 0;
cout << endl << "Header's offset - 4 bits: enter the number [1..15]: ";
do {
cin >> i;
if (i <= 0 || i > 15)
cout << "\nERROR: Enter the number [1..15]: ";
} while (i <= 0 || i > 15);
head.SetOffset(i);
break;
}
case 6:
{
int i = 0;
head.SetReserved(i);
break;
}
case 7:
{
uint16_t i = 0;
cout << endl << "Control bits - 6 bits: enter the number [15..63]: "; //63 = 00111111
do {
cin >> i;
if (i < 15 || i > 63)
cout << "\nERROR: Enter the number [15..63]: ";
} while (i < 15 || i > 63);
head.SetContBits(i);
break;
}
case 8:
{
int i = 0;
cout << endl << "Window size value - header's bytes 15 & 16: enter the number [0..65 535]: ";
|
|
|
do {
cin >> i;
if (i < 0 || i > 65535)
cout << "\nERROR: Enter the number [0..65 535]: ";
} while (i < 0 || i > 65535);
head.SetWindow(i);
break;
}
case 9:
{
int i = 0;
cout << endl << "Checksum - header's bytes 17 & 18: enter the number [0..65 535]: ";
do {
cin >> i;
if (i < 0 || i > 65535)
cout << "\nERROR: Enter the number [0..65 535]: ";
} while (i < 0 || i > 65535);
head.SetChecksum(i);
break;
}
case 10:
{
uint16_t i = 0;
cout << endl << "Urgent pointer - header's bytes 19 & 20: enter the number [0..65 535]: ";
do {
cin >> i;
if (i < 0 || i > 65535)
cout << "\nERROR: Enter the number [0..65 535]: ";
} while (i < 0 || i > 65535);
head.SetUrgPointer(i);
break;
}
default: cout << endl << "ERROR\n"; goto start;
case 0: break;
}
} while (ans!= 0);
}
void GetTcpData(TcpSegment &head)
{
cout << "\nTCP Segment's Data:\n";
buffer data = buffer(head.GetData(head), 20, head.GetData(head).GetLength());
for (int i = 0; i < head.GetData(head).GetLength(); i++)
cout << hex << (int)data[i];
cout << "\n\n";
}
void Comparison(TcpSegment &head)
{
cout << "\t\t\t\tWireshark \tvs. \tC++";
cout << "\nSource port: \t\t\t49158" << dec << "\t\t\t" << (int)head.GetSourcePort() << endl;;
cout << "Destination port: \t\t3906" << dec << "\t\t\t" << (int)head.GetDestinationPort() << endl;;
cout << "Sequence number: \t\t1129429769" << dec << "\t\t" << (int)head.GetSequenceNumber() << endl;;
cout << "Acknowledgement number: \t64002" << dec << "\t\t\t" << (int)head.GetAckNumber() << endl;
cout << "Data offset: \t\t\t20 bytes" << dec << "\t\t\t" << (int)head.GetOffset() << " bytes" << endl;
cout << "Reserved: \t\t\t0" << dec << "\t\t\t" << (int)head.GetReserved() << endl;;
cout << "Control bits: \t\t\t18" << hex << "\t\t\t" << (int)head.GetContBits() << endl;
cout << "Window: \t\t\t64240" << dec << "\t\t\t" << (int)head.GetWindow() << endl;
cout << "Checksum: \t\t\t332b" << hex << "\t\t\t" << (int)head.GetChecksum() << endl;
cout << "Urgent pointer: \t\t0" << dec << "\t\t\t" << (int)head.GetUrgPointer() << endl;
}
Buffer.h
#include <memory>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <conio.h>
#include <stdlib.h>
#include <exception>
using namespace std;
typedef uint8_t byte;
/*Класс "Буфер", содержит индекс начала буфера внутри вектора,
длину буфера, умный указатель на вектор.*/
class buffer {
uint32_t m_start;
uint32_t m_length;
shared_ptr <vector<byte>> m_data;
public:
buffer();
buffer(shared_ptr <vector<byte>> data);
buffer(shared_ptr <vector<byte>> data, uint32_t start, uint32_t length);
buffer(buffer b, uint32_t start, uint32_t length);
|
|
|
byte& operator[](uint32_t index);
int const GetLength();
buffer operator=(buffer& b);
};
Buffer.cpp
#include "buffer.h";
#include <exception>
using namespace std;
buffer::buffer()
{
m_start = 0;
m_length = 0;
m_data = 0;
}
buffer::buffer(shared_ptr <vector<byte>> data)
{
if (data == nullptr) throw exception("Error");
m_data = data;
m_start = 0;
m_length = data->size();
}
buffer::buffer(shared_ptr <vector<byte>> data, uint32_t start, uint32_t length)
{
m_data = data;
m_start = start;
m_length = length;
}
buffer::buffer(buffer b, uint32_t start, uint32_t length)
{
m_data = b.m_data;
m_start = start;
m_length = length;
}
byte& buffer::operator[](uint32_t index) { return *(m_data->data() + index + m_start); }
int const buffer::GetLength() { return m_length; }
buffer buffer::operator=(buffer& b)
{
m_data = b.m_data;
m_start = b.m_start;
m_length = b.m_length;
return *this;
}
TCPSegment.h
#include <memory>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <conio.h>
#include <stdlib.h>
using namespace std;
typedef uint8_t byte;
/*Класс дэйтаграммы, элементы - 3 разных буфера,
указывающие на один вектор, но на разные его части.*/
class TcpSegment {
buffer data;
buffer header;
buffer option;
public:
TcpSegment(buffer a);
uint16_t const GetSourcePort();
uint16_t const GetDestinationPort();
uint32_t const GetSequenceNumber();
uint32_t const GetAckNumber();
byte const GetOffset();
uint16_t const GetReserved();
byte const GetContBits();
uint16_t const GetWindow();
uint16_t const GetChecksum();
uint16_t const GetUrgPointer();
void SetSourcePort(int i);
void SetDestinationPort(int i);
void SetSequenceNumber(uint16_t i);
void SetAckNumber(uint16_t i);
void SetOffset(uint16_t i);
void SetReserved(int i);
void SetContBits(uint16_t i);
void SetWindow(int i);
void SetChecksum(int i);
void SetUrgPointer(uint16_t i);
buffer TcpSegment::GetData(TcpSegment &head);
};
TCPSegment.cpp
#include "buffer.h"
#include "TcpSegment.h"
TcpSegment::TcpSegment(buffer a)
{
auto len = a[0] & 0x0F;
len *= 4;
auto optionLen = len - 20;
auto totalLen = (a[2] * 0x100) + a[3];
header = buffer(a, 0, 20);
option = buffer(a, 20, optionLen);
data = buffer(a, len, totalLen - len);
}
uint16_t const TcpSegment::GetSourcePort() { return (header[0] * 0x100) + header[1]; }
uint16_t const TcpSegment::GetDestinationPort() { return (header[2] * 0x100) + header[3]; }
uint32_t const TcpSegment::GetSequenceNumber() { return (((header[4] * 0x100) + header[5]) * 0x100 + header[6]) * 0x100 + header[7]; }
uint32_t const TcpSegment::GetAckNumber() { return (((header[8] * 0x100) + header[9]) * 0x100 + header[10]) * 0x100 + header[11]; }
byte const TcpSegment::GetOffset() { return (header[12] >> 4) * 4; } //размер в 4-х байтных словах
uint16_t const TcpSegment::GetReserved() { uint16_t temp = (header[12] * 0x100) + header[13]; return (temp & 0xfc0); } //fc0 = 0000111111000000
byte const TcpSegment::GetContBits() { return (header[13] & 0x3f); } //3f = 00111111 (берем 6 последних битов)
uint16_t const TcpSegment::GetWindow() { return (header[14] * 0x100) + header[15]; }
uint16_t const TcpSegment::GetChecksum() { return (header[16] * 0x100) + header[17]; }
uint16_t const TcpSegment::GetUrgPointer() { return (header[18]) + header[19]; }
void TcpSegment::SetSourcePort(int i)
{
header[0] = header[0] & 0;
header[0] = header[0] | (i >> 8);
header[1] = header[1] & 0;
header[1] = header[1] | (i & 255);
}
void TcpSegment::SetDestinationPort(int i)
{
header[2] = header[2] & 0;
header[2] = header[2] | (i >> 8);
header[3] = header[3] & 0;
header[3] = header[3] | (i & 255);
}
void TcpSegment::SetSequenceNumber(uint16_t i)
{
header[1] = i;
}
void TcpSegment::SetAckNumber(uint16_t i)
{
header[2] = header[2] & 0;
header[2] = header[2] | (i >> 8);
header[3] = header[3] & 0;
header[3] = header[3] | (i & 255);
}
void TcpSegment::SetOffset(uint16_t i)
{
header[12] = header[12] & 15;
header[12] = header[12] | (i << 4);
}
void TcpSegment::SetReserved(int i)
{
cout << "No need in setting Reserved field";
|
|
|
}
void TcpSegment::SetContBits(uint16_t i)
{
header[13] = header[13] & (63 << 2);
header[13] = header[13] | i;
}
void TcpSegment::SetWindow(int i)
{
header[14] = header[14] & 0;
header[14] = header[14] | (i >> 8);
header[15] = header[15] & 0;
header[15] = header[15] | (i & 255);
}
void TcpSegment::SetChecksum(int i)
{
header[16] = header[16] & 0;
header[16] = header[16] | (i >> 8);
header[17] = header[17] & 0;
header[17] = header[17] | (i & 255);
}
void TcpSegment::SetUrgPointer(uint16_t i)
{
header[18] = header[18] & 0;
header[18] = header[18] | (i >> 8);
header[19] = header[19] & 0;
header[19] = header[19] | (i & 255);
}
buffer TcpSegment::GetData(TcpSegment &head) { return data; }
Выводы.
Изучил принцип работы протокола TCP, структуру TCP-сегмента.
Контрольные вопросы
Назначение протокола TCP.
Механизм TCP предоставляет поток данных с предварительной установкой соединения, осуществляет повторный запрос данных в случае потери данных и устраняет дублирование при получении двух копий одного пакета, гарантируя тем самым, в отличие от UDP, целостность передаваемых данных и уведомление отправителя о результатах передачи.
|
|
|
