本發(fā)明涉及通信協(xié)議領(lǐng)域和圖形界面編程領(lǐng)域，尤其涉及一種tcp協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)原理可視化的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

計算機技術(shù)領(lǐng)域可以分為兩大類：計算機本身的技術(shù)，計算機之間的互聯(lián)技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)達的今天，計算機之間的互聯(lián)技術(shù)便有了很高的研究價值。在計算機互聯(lián)領(lǐng)域，tcp協(xié)議無疑成為了現(xiàn)在千萬計算機互聯(lián)的語言。研究、學習tcp協(xié)議對于理解計算機之間的互聯(lián)技術(shù)以及設(shè)計一些簡單的通訊協(xié)議具有很高的價值，但tcp協(xié)議本身具有復雜、結(jié)構(gòu)龐大的特點，學習研究tcp協(xié)議需要c語言和os的相關(guān)知識，入門門檻較高。學習tcp協(xié)議最直接的方式是閱讀tcp協(xié)議的具體實現(xiàn)項目，比如lwip。但是此類項目源代碼體積龐大，閱讀代碼往往會陷入代碼細節(jié)，不能從整體上掌握協(xié)議棧設(shè)計原理及方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決該問題，本發(fā)明提出了一種tcp協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)原理可視化的方法和系統(tǒng)。將tcp協(xié)議的理論知識通過仿真軟件以圖形和文字的方式展示出來，讓對tcp協(xié)議有興趣的學習者有了一個簡單有效地全面了解協(xié)議棧的途徑，能夠讓學習者快速入門。

本發(fā)明提供了一種tcp協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)原理可視化的方法。模擬終端設(shè)備通訊中tcp協(xié)議發(fā)送、接收數(shù)據(jù)的過程，以圖形和文字的方式詳細展現(xiàn)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層的協(xié)議定義和原理。以仿真軟件的形式體現(xiàn)，模擬發(fā)送、接收tcp數(shù)據(jù)，將發(fā)送或者接收到的數(shù)據(jù)按照以太網(wǎng)協(xié)議自動分為數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層，并以分層圖形的形式展現(xiàn)，每一層都按照協(xié)議規(guī)定按照協(xié)議字段展示，使用鼠標點擊相關(guān)部分都有詳細的協(xié)議規(guī)范解釋。系統(tǒng)可以模擬的硬件設(shè)備有pc機、交換機，可以模擬兩個pc機之間使用tcp協(xié)議發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。同時，也可以使用兩個pc機和交換機（三層）模擬兩臺pc之間通過三層路由交換的數(shù)據(jù)交互。

模擬的硬件設(shè)備有pc機、交換機，模擬兩個pc機之間使用tcp協(xié)議發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。

使用兩個pc機和交換機模擬兩臺pc之間通過三層路由交換的數(shù)據(jù)交互。

分為三個主要的模塊，設(shè)備仿真模塊、tcp協(xié)議仿真模塊、界面展示模塊；

設(shè)備仿真模塊主要仿真的設(shè)備有pc機和三層交換機；pc需要仿真的主要特性包括設(shè)置mac地址、ip地址、建立網(wǎng)絡(luò)連接、發(fā)送接收數(shù)據(jù)；三層交換機需要仿真的主要特性包括設(shè)置端口的ip，設(shè)置三層路由；

tcp協(xié)議仿真模塊根據(jù)tcp協(xié)議規(guī)范內(nèi)容，使用算法模擬仿真一個輕量級的tcp協(xié)議棧，能產(chǎn)生符合tcp協(xié)議的數(shù)據(jù)包，解析tcp協(xié)議的數(shù)據(jù)包；

界面展示模塊通過圖形界面和文字的方式展示收發(fā)tcp數(shù)據(jù)包的詳細過程。

pc機和三層交換機的外觀設(shè)計使用qt的點、線、面繪制模塊繪制簡單的外觀形狀。

tcp協(xié)議仿真模塊實現(xiàn)了一個輕量級的tcp協(xié)議棧，支持數(shù)據(jù)鏈路層、ip層、tcp層的協(xié)議數(shù)據(jù)封裝和解析。此模塊為設(shè)備仿真模塊提供協(xié)議包封包、解包的服務。

界面展示模塊負責將整個tcp通訊過程中涉及到的協(xié)議，以圖形配合文字的形式展示出來；展示模塊使用qt的2d圖形管理架構(gòu)thegraphicsviewframework。graphicsview框架提供了一個界面，用于管理和交互大量的用戶自定義的2d圖形物件，并且有一個viewwidget用戶可視化這些物件。

每一個圖形展示元素都有兩部分組成，圖形本身的屬性描述和數(shù)據(jù)描述；圖形本身的屬性主要包括表格類型、線條粗細，內(nèi)容數(shù)據(jù)屬性主要包含由tcp仿真層提供的動態(tài)數(shù)據(jù)組成。

具體圖形模塊抽象模型如下所示。

classdisplaymodule

{

color;

fill;

classattribute_data

{

tcpheader;

tcpdata;

}

}

圖形展示元素的數(shù)據(jù)屬性設(shè)計按照tcp協(xié)議棧各層次的協(xié)議格式設(shè)計，當用戶發(fā)送數(shù)據(jù)時，由tcp仿真模塊產(chǎn)生tcp協(xié)議包各個協(xié)議層數(shù)據(jù)內(nèi)容更新圖形展示模塊的數(shù)據(jù)屬性，圖形展示元素檢測到數(shù)據(jù)屬性變化后更新展示內(nèi)容。

本發(fā)明的有益效果是

本發(fā)明可以幫助初學者快速掌握tcp協(xié)議內(nèi)容，對整個協(xié)議內(nèi)容的宏觀掌握有較強的幫助作用。較傳統(tǒng)通過閱讀書籍、編程實驗等學習方法學習tcp協(xié)議相比，具有趣味性，整體性的優(yōu)點。

附圖說明

圖1是系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

圖2是協(xié)議總體展示圖；

圖3是具體協(xié)議內(nèi)容概況提示圖；

圖4是體協(xié)議內(nèi)容示意圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的內(nèi)容進行更加詳細的闡述：

該系統(tǒng)共分為三個主要的模塊，設(shè)備仿真模塊、tcp協(xié)議仿真模塊、界面展示模塊。設(shè)備仿真模塊主要仿真的設(shè)備有pc機和三層交換機。pc需要仿真的主要特性包括設(shè)置mac地址、ip地址、建立網(wǎng)絡(luò)連接、發(fā)送接收數(shù)據(jù)。三層交換機需要仿真的主要特性包括設(shè)置端口的ip，設(shè)置三層路由。tcp協(xié)議仿真模塊根據(jù)tcp協(xié)議規(guī)范內(nèi)容，使用算法模擬仿真一個輕量級的tcp協(xié)議棧，能產(chǎn)生符合tcp協(xié)議的數(shù)據(jù)包，解析tcp協(xié)議的數(shù)據(jù)包。界面展示模塊通過圖形界面和文字的方式展示收發(fā)tcp數(shù)據(jù)包的詳細過程。整個系統(tǒng)的架構(gòu)見附圖1所示。

設(shè)備仿真模塊主要設(shè)備有兩種，pc機和三層交換機。pc機和三層交換機的外觀設(shè)計使用qt的點、線、面繪制模塊繪制簡單的外觀形狀。主要設(shè)計到的qt的圖形類有qpainter、qpen、qrectf、qbrush等。pc設(shè)備可以設(shè)置mac地址、ip地址，交換機設(shè)備可以設(shè)置端口ip和靜態(tài)路由信息。

tcp協(xié)議仿真模塊實現(xiàn)了一個輕量級的tcp協(xié)議棧，支持數(shù)據(jù)鏈路層、ip層、tcp層的協(xié)議數(shù)據(jù)封裝和解析。此模塊為設(shè)備仿真模塊提供協(xié)議包封包、解包的服務。設(shè)計并實現(xiàn)tcp_protocol_init、tcp_protocol_socket_create、tcp_protocol_socket_bind、tcp_protocol_socket_listen、tcp_protocol_socket_accept、tcp_protocol_socket_connect、tcp_protocol_socket_send_data、tcp_protocol_socket_receive_data、tcp_protocol_close接口。這些接口為設(shè)備仿真層提供socket應用層的服務。

界面展示模塊負責將整個tcp通訊過程中涉及到的協(xié)議，以圖形配合文字的形式展示出來。展示模塊使用qt的2d圖形管理架構(gòu)thegraphicsviewframework。graphicsview框架提供了一個界面，用于管理和交互大量的用戶自定義的2d圖形物件，并且有一個viewwidget（qgraphicsview）用戶可視化這些物件，支持zoom和rotate。這個框架包含事件傳播構(gòu)架，支持場景中物體交互能力。物件的鍵盤，鼠標的按下，移動，松開，雙擊事件都能響應，并且可以跟蹤鼠標移動。該框架可以滿足tcp原理展示的具體需求。tcp原理展示最好的圖形是表格，但需要表格的內(nèi)容和格式是隨著仿真設(shè)備的配置和使用的具體協(xié)議以及發(fā)送的內(nèi)容動態(tài)更改的。因此，本系統(tǒng)使用了具體圖形形狀屬性和內(nèi)容數(shù)據(jù)分離的設(shè)計，即每一個圖形展示元素都有兩部分組成，圖形本身的屬性描述和數(shù)據(jù)描述。圖形本身的屬性主要包括表格類型、線條粗細等外觀，內(nèi)容數(shù)據(jù)屬性主要包含由tcp仿真層提供的動態(tài)數(shù)據(jù)組成。具體圖形模塊抽象模型如下所示。

classdisplaymodule

{

color;

fill;

classattribute_data

{

tcpheader;

tcpdata;

}

}

圖形展示元素的數(shù)據(jù)屬性設(shè)計按照tcp協(xié)議棧各層次的協(xié)議格式設(shè)計，當用戶發(fā)送數(shù)據(jù)時，由tcp仿真模塊產(chǎn)生tcp協(xié)議包各個協(xié)議層數(shù)據(jù)內(nèi)容更新圖形展示模塊的數(shù)據(jù)屬性，圖形展示元素檢測到數(shù)據(jù)屬性變化后更新展示內(nèi)容。

該系統(tǒng)的實例說明，兩臺pc間通過tcp通訊。步驟如下：

1.新建project，然后新增兩臺pc機仿真設(shè)備，然后使用仿真rj45網(wǎng)線將兩臺計算機連接。

2.設(shè)置pc1的ip地址為192.168.0.12，pc2的ip地址為192.168.0.15。

3.使用pc1使用本地地址和80端口創(chuàng)建tcpserver，并等待對方連接。

4.pc2使用pc1的ip地址和作為服務地址，連接pc1。

5.連接成功后，使用pc1發(fā)送tcp數(shù)據(jù)到pc2。

6.系統(tǒng)將這個過程中的數(shù)據(jù)鏈路層、ip層、tcp層的數(shù)據(jù)內(nèi)容以圖形的方式實時展示。

展示的一個實例，圖2為tcp協(xié)議整體的概況說明展示圖，鼠標放在某一個具體協(xié)議內(nèi)容上時（這里以ip協(xié)議頭為例），系統(tǒng)會簡略提示該協(xié)議內(nèi)容，見圖3具體協(xié)議內(nèi)容概況提示。使用鼠標點擊具體的協(xié)議內(nèi)容，可以查看該協(xié)議的具體細節(jié)，見圖4具體協(xié)議內(nèi)容。同樣，可以在詳細的協(xié)議圖里點擊查看協(xié)議字段詳細的解釋。