《TCP/IP详解 卷1》读书心得及基于RFC手撮一个TFTP Server

1 书籍概况

• 书籍版本：第2版（建议与旧版对照阅读）
  
• 适用人群：
  • 网络应用开发者
  • 系统管理员
  • 频繁使用TCP/IP应用的用户

2 核心工具与技能

2.1 协议分析工具

• RFC文档
  • 标准协议来源（如HTTP1.1对应RFC2616）
  • 查询站点：www.faqs.org/rfcs
    

RFC2616（HTTP协议）的内容：

• Wireshark
  • 抓包必备工具，依赖 WinPcap 驱动
  • Windows版通过 WinPcap 实现抓包功能
    以下是wireshark的截图：
    
    以下是 WinPcap 的安装界面
    

以下是wireshark的入门书籍：

2.2 Java网络编程

工具列表

分类	类库	功能
传输层以上	Java Socket API / NIO、Mina、Netty	封装了TCP和UDP包的细节，提供高层网络通信接口。
传输层及以下	JPCap	直接操纵TCP、UDP、ICMP、IP等底层协议数据包。

JPCap库
Jpcap主要用于捕获、发送网络数据包。它提供以下功能：

• 捕获末加工的原始数据包。
• 保存捕获到的数据包到本地文件，从本地文件读出先前捕获的数据包。
• 自动分辨数据包的类型并产生相应的Java类（如：Ethenet、IPv4、IPv6、ARP/RARP、TCP、UDP和ICMP包）。
• 根据用户在程序代码中指定的过滤规则过滤数据包。
• 向网络发送各种数型的数据包

JPCap库可用于开发以下几种应用

• 网络以及协议的分析器：类似于 Wireshark。
• 网络监听器
• 网络流量记录器
• 网络流量发生器
• 用户级的网桥、路由
• 网络入侵检测系统
• 网络扫描器
• 网络安全工具箱

JPCap库注意事项：

• 需安装WinPcap
• 需匹配JRE位数（32/64位）
• 注意命名空间差异（jpcap vs net.sourceforge）

3 实践案例：TFTP服务器开发

3.1 需求背景

• 设备升级工具需集成TFTP Server服务
• 现有Java库缺陷：
  • 不支持选项协商（默认512字节/包）
  • 文件传输限制32MB

3.2 协议要点

TFTP Server的实现涉及以下4个主要的协议:

RFC编号	描述	代替	选项
RFC1350	基础协议	783	-
RFC2347	option extension	1782	选项应答OACK
RFC2348	block size option	1783	blksize
RFC2349	Timeout Interval and Transfer Size Options	1784	timeout、tsize

核心RFC协议：

• RFC1350（基础协议），如下图所示：
  

• RFC2347（选项协商），如下图所示：
  

抓包
为了对这些协议有一个感性的认识，我们构建一个场景来
运行一个c版的tftp服务端：tftpd32.exe，客户端使用tftp来下载一个文件:tftp -i 10.18.75.97 get session.log, 然后使用Wireshark进行抓包，如下：

• 列表
  

• RRQ包：
  

• OACK包
  

• ACK包
  

• DATA包
  

• ACK包
  

关键包类型总结：

• RRQ（读请求）。由客户端发起，里面包含了文件名，文件大小，文件类型等信息
• OACK（选项确认）。由服务端发起，表示收到这个文件读求。
• DATA（数据包）。下载时由服务端发起，上传时由客户端发起。
• ACK（确认包）。客户端/服务端在收到数据包后确认。

3.3 Java实现

因为TFTP是使用UDP来传输的，这里直接使用socket api。
主要用到JDK中的2个UDP通信类：

DatagramSocket  // 套接字
DatagramPacket  // 数据包

TFTP包的结构如下：

TFTP包的实现

ACK代码片断

块号与字节的转换

说明：

• 块编号：0-65535。用2个字节来表示大端小端顺序。
• 网络字节序列：大端。高位在前，低位在后。Java：小端。低位在前，高位在后。

４ 小结

前文的TFTP实现主要偏原理的介绍，不能用于生产环境。作者开发了一个可用于生产环境的TFTP Server，基于netty实现，已托管在github上，参见: netty-tftp
。

此项目严格遵守以下rfc规范：

• https://tools.ietf.org/html/rfc1350
• https://tools.ietf.org/html/rfc2347
• https://tools.ietf.org/html/rfc2348
• https://tools.ietf.org/html/rfc2349

功能特性如下：

• 可传输大于32M的文件。
• 支持协商选项blksize。用于配置每次传输多少字节，当块大小为8192B时，会比512B要快16倍。
• 支持协商选项timeout，用于配置丢包时重试等待的时间。当网络状态良好时，timeout可以配置得低一些，这样传输会快一些。
• 支持协商选项tsize，用于指示要传输的文件的大小，可以据此实现下载进度功能。
• 实现了简单的权限功能，可以配置为是否可读、是否可写、是否可覆盖。