[发明专利]一种基于libpcap的计算机网络原理教学系统

说明书

本发明公开一种基于libpcap的计算机网络原理教学系统，该系统能够帮助学生提高动手能力，理解典型的计算机网络协议，掌握计算机网络知识，进而提升计算机网络原理课程的教学质量。本发明所述系统包括驱动层模块，数据链路层模块，邻居子系统模块，网络层模块，路由子系统模块，传输层模块，Socket接口层模块。本发明结合抓包分析，要求学生自行编程实现典型计算机网络协议，以这种方式加深学生对计算机网络原理的理解和认识，同时提高学生的动手实践能力。本发明利用面向对象编程模型，采取典型协议分离的方式，降低了整体实现难度，让学生能够一步一步地实现单一协议，逐渐地掌握整个系统，从而掌握计算机网络原理。

技术领域

本发明计算机网络技术和教育领域，更具体地，涉及一种基于libpcap的计算机网络原理教学系统。

背景技术

当代计算机技术发展迅猛，近年来，人们对云计算，大数据和网络安全的关注度居高不下，而这些技术的发展都离不开计算机网络技术的支撑。熟练地掌握计算机网络原理，是计算机科学与技术和与之专业相关的学生必须具备的能力，但计算机网络体系庞大，结构复杂，一直以来学生们都感觉计算机网络原理这门课程难以掌握。各高校对计算机网络课程虽有重视，增加了实验课时，但实际上大部分依然以理论教学为主，或只是做一些简单的网络通信程序，抓包分析实验，学生对知识的理解依然停留在基本的认识上。

培养具有高水平的计算机网络技术人才，是满足企业需求，未来社会信息化，网络空间安全的重要保障。要掌握好计算机网络原理，不仅需要熟悉关键知识点的每个细节，还要对整体结构有一定的把握。一些好的计算机网络原理教材会在每章最后一节给出实验练习，让学生亲自动手抓包分析，这种方式一般能加深学生宏观上的理解，但不够细致，也不够深入。

为此，需要提供一种计算机网络原理教学系统，既能针对关键知识点的细节，并且层层深入，又能在整体上前后贯穿，提高学生对计算机网络原理的理解和认识，同时提升计算机网络原理课程的教学质量。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有计算机网络课程教学，以理论教学为主，学生对知识的理解依然停留在基本的认识上，或者只做一些简单的网络通信程序或联系，不够细致，也不够深入的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于libpcap的计算机网络原理教学系统，包括：驱动层模块、数据链路层模块、邻居子系统模块、网络层模块、路由子系统模块、传输层模块、Socket接口层模块以及评估模块；

所述驱动层模块，基于libpcap直接从网卡收发数据包，不经过操作系统网络子系统，将接收到的数据包交给数据链路层模块，或者将数据链路层待发送数据包进行发送；

所述数据链路层模块，根据接收到的数据包的帧类型，去掉数据链路层头部以后分发给网络层模块，或邻居子系统模块；对于待发送数据包，加上数据链路层头部信息并调用驱动层接口发送；

所述邻居子系统模块，向网络层提供发送接口，维护一个网络地址到硬件地址映射关系的缓存表和一个缓存数据包的待发送队列；

所述网络层模块，根据接收到的数据包目的网络地址是否为本机地址分别处理，当数据包为本机数据包，则若数据包为分片，重组后交由传输协议UDP或TCP处理，若数据包不是分片数据包，直接交由传输协议UDP或TCP处理；当数据包不是本机数据包，则对数据包通过路由子系统模块转发；

所述路由子系统模块，运行路由算法，保存路由表，根据数据包目的地址选择路由，决定下一跳地址；

所述传输层模块，收到数据包后，首先对数据进行完整性校验；发送数据包时，先添加传输层头部信息，再调用网络层接口进一步处理；

所述Socket接口层模块，作为协议栈和应用程序的桥梁，通过共享内存和信号的方式进行数据交互；