基于Winpcap软件测试系统的研究与实现

论文摘要

在设备产品软硬件设计与开发过程中,硬件设计与开发周期相对较长,而软件设计与开发周期相对较短。当软件设计与开发完成后,无法立即对软件与硬件进行高效、并发的调试,必须等到硬件设计与开发完成后,才能对软硬件进行联合调试。同时,随着设备运用场景增多和程序代码量的增大,设备出现故障无法进行精确的定位和调试。这些原因都会导致设备产品的设计与开发周期变长,研发成本上升。仿真设备的出现,解决了上述问题。本文分析了多种网络捕获包技术的优缺点,并从中选取WinPcap作为本系统对网络数据包进行捕获和分析的工具。阐述了WinPcap技术的一些相关内容,介绍了WinPcap内核工作原理、BPF过滤器和数据包过滤算法、如何提高网络捕获数据包效率以及过滤掉不是用户关心的网络数据包。为了使系统测试人员和开发人员在测试设备的同时也能对仿真设备进行同步测试,实现仿真设备与设备之间混合组网,提出了基于WinPcap的软件测试系统。首先,系统利用WinPcap网络捕获包技术对PC机上通过网络传输给设备的网络数据包进行捕获。由于捕获到的TCP层网络数据包存在重传的问题,本文利用TCP的序列号之间存在的关系,对重传包进行过滤。然后,把重组后的网络数据包用于数据输入与仿真设备进行通信,模拟设备和PC机通信。最后,把仿真设备反馈信息保存在日志文件中,该系统的日志文件用来方便开发人员利用来了解设备运行状态、调试并解决设备运行中出现的故障。实际应用结果表明,基于WinPcap的软件测试系统运行良好、稳定,并具有较好的扩展性和实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 课题相关技术研究现状
• 1.2.1 验证技术
• 1.2.2 仿真技术
• 1.2.3 网络数据包捕获技术
• 1.3 课题研究的内容
• 1.4 课题研究的目标
• 1.5 论文的组织结构
• 第二章 网络数据包捕获技术的研究
• 2.1 网络数据包捕获技术的产生
• 2.2 常用的网络数据包捕获技术
• 2.2.1 原始套接字技术
• 2.2.2 Libpcap技术
• 2.2.3 NIDS技术
• 2.2.4 WinPcap技术
• 2.3 WinPcap技术
• 2.3.1 WinPcap特点
• 2.3.2 WinPcap主要功能与应用
• 2.3.3 WinPcap组成部分
• 2.4 BPF模型
• 2.4.1 BPF的工作过程
• 2.4.2 BPF过滤器
• 2.4.3 BPF过滤虚拟机
• 2.4.4 BPF数据包过滤机制
• 2.5 NPF组成
• 2.5.1 网络适配器与网络适配器设备驱动程序
• 2.5.2 NPF与NDIS的关系
• 2.6 NPF主要功能
• 2.6.1 网络数据包捕获功能
• 2.6.2 网络数据包发送功能
• 2.6.3 网络监控功能
• 2.6.4 转存磁盘功能
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于WinPcap软件测试系统的设计
• 3.1 系统实现主要功能
• 3.2 系统架构
• 3.3 系统配置模块设计
• 3.3.1 系统配置方式的选取
• 3.3.2 系统配置设计流程
• 3.4 络数据包捕获模块设计
• 3.4.1 系统配置方式的选取
• 3.4.2 网络数据包捕获设计流程
• 3.4.3 网络数据包的捕获效率
• 3.4.4 捕获网络数据包工作模式与缓冲区设计
• 3.5 网络数据包重组模块设计
• 3.6 仿真设备通信模块设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于WinPcap软件测试系统的实现
• 4.1 系统配置模块实现
• 4.2 络数据包捕获模块实现
• 4.3 网络数据包协议分析与实现
• 4.3.1 TCP/IP协议分析
• 4.3.2 数据链路层协议解析
• 4.3.3 IP协议解析
• 4.3.4 TCP协议解析
• 4.3.5 网络数据包协议解析的实现
• 4.4 网络数据包重组模块实现
• 4.4.1 TCP建立连接
• 4.4.2 TCP发送数据
• 4.4.3 TCP关闭连接
• 4.4.4 解决重传包的实现
• 4.5 与仿真设备通信模块实现
• 4.6 系统测试
• 4.6.1 系统测试运行场景
• 4.6.2 系统测试运行结果
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 已经完成工作
• 5.2 对未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要成果