利用PythonSocket实现ICMP协议下的网络通信

实验内容

1. 操作系统附带的标准 Ping 命令使用 ICMP 进行通信&＃xff0c;本实验要求学生编程实现一个简单的&＃xff0c;非标准的&＃xff0c;基于 UDP 进行通信的 Ping 程序。学生需要用 Python 编写一个 Ping 客户端。客户端程序发送一个 ping 报文&＃xff0c;然后接收一个从已经提供的服务器上返回的对应 pong 报文&＃xff0c;并计算出从该客户发送 ping 报文到接收到 pong 报文为止的往返时延&＃xff08;Round-Trip Time&＃xff0c;RTT&＃xff09;。
2. 在客户端程序一次执行过程中&＃xff0c;学生编写的的 Ping 客户端程序需经 UDP 向服务器发送 10 个ping 报文。对于每个报文&＃xff0c;当对应的 pong 报文返回时&＃xff0c;客户端程序要确认并打印输出 RTT值&＃xff1b;在整个执行过程中&＃xff0c;客户端程序需要考虑分组丢失情况&＃xff0c;客户端最多等待 1 秒&＃xff0c;超过该时长则打印丢失报文。

代码说明

服务端代码server.py

import random
from socket import *
serverSocket &＃61; socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
serverSocket.bind((&＃39;&＃39;, 12000))
while True:
rand &＃61; random.randint(0, 10)
message, address &＃61; serverSocket.recvfrom(1024)
message &＃61; message.upper()
if rand < 4:
continue
serverSocket.sendto(message, address)


客户端代码client.py

from socket import *
from time import time
# 创建socket套接字
udpSocket &＃61; socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
# 设置超时时间为1s
udpSocket.settimeout(1)
# 准备接收方的地址
sendAddress &＃61; ("127.0.0.1", 12000)
# 总的包的个数
total_data &＃61; 10
get_data_counts &＃61; 0 # 接收包的个数
max_RIT &＃61; 0.000 # 最大RIT时间
min_RIT &＃61; 1.000 # 最短RIT时间
total_RIT &＃61; 0.000 # 总的时间
sendData &＃61; 1 # 发送的消息
while sendData <&＃61; total_data:
begin_time &＃61; time()
udpSocket.sendto(str(sendData).encode(), sendAddress)
try:
receiveData &＃61; udpSocket.recvfrom(1024)
run_time &＃61; time() - begin_time
print("RIT time:", run_time, "s")
print(receiveData)
get_data_counts &＃43;&＃61; 1
min_RIT &＃61; min(min_RIT, run_time)
max_RIT &＃61; max(max_RIT, run_time)
total_RIT &＃43;&＃61; run_time
except Exception as e:
print(&＃39;Time out!!!!&＃39;)
sendData &＃43;&＃61; 1
print("max_time:", max_RIT, "s")
print("min_time:", min_RIT, "s")
print("avg_time:", total_RIT / get_data_counts, "s")
print("average packet loss rate:", (float)(get_data_counts) / total_data * 100, "%")
udpSocket.close()


实验过程

1. 启动服务端server,py代码
2. 启动客户端client,py代码
3. 观察和计算平均RIT时间和平均丢包率

实验结果和改进措施

实验结果

RIT time: 0.0002722740173339844 s
(b&＃39;1&＃39;, (&＃39;127.0.0.1&＃39;, 12000))
RIT time: 0.0001609325408935547 s
(b&＃39;2&＃39;, (&＃39;127.0.0.1&＃39;, 12000))
Time out!!!!
RIT time: 0.00022411346435546875 s
(b&＃39;4&＃39;, (&＃39;127.0.0.1&＃39;, 12000))
RIT time: 7.915496826171875e-05 s
(b&＃39;5&＃39;, (&＃39;127.0.0.1&＃39;, 12000))
RIT time: 6.890296936035156e-05 s
(b&＃39;6&＃39;, (&＃39;127.0.0.1&＃39;, 12000))
Time out!!!!
Time out!!!!
RIT time: 0.000347137451171875 s
(b&＃39;9&＃39;, (&＃39;127.0.0.1&＃39;, 12000))
Time out!!!!
max_time: 0.000347137451171875 s
min_time: 6.890296936035156e-05 s
avg_time: 0.00019208590189615885 s
average packet loss rate: 60.0 %


改进措施

1. 由于本次实验我只仅仅发送10个数据包。由于数据包数量过少&＃xff0c;并不能很好地模拟出丢包率&＃xff0c;所以为了更好地模拟丢包率。我将发送的数据包增加到了100。以下是部分实验结果

由此可见&＃xff0c;当发送的数据包足够大时&＃xff0c;平均丢包率为70%

实验中问题以和解决方法

实验中遇到的问题&＃xff1a;

1. 判断该请求是否超时
2. 怎么精确计算RIT时间

解决方法&＃xff1a;

1. 使用socket的内置函数settimeout来判断请求是否超时&＃xff0c;并捕获异常打出超时
2. 利用python内置模块time获取发送和接受数据的时间戳&＃xff0c;相减得到RIT时间

不同网络环境下的测试结果

1. 将server.py放在我的云服务器主机122.9.33.112
2. 用python运行
   
3. 本机开始ping