TCP 协议仿真工具

一个使用 Python 和 Scapy 实现的 TCP 协议仿真工具，采用现代化的架构设计和设计模式，用于学习和研究 TCP 协议的工作原理。

功能特点

• 采用现代化的架构设计
  • 依赖注入容器管理服务
  • 事件驱动架构
  • 接口分离原则
  • 配置管理
• 使用设计模式
  • 工厂模式：数据包创建
  • 状态模式：TCP 状态转换
  • 观察者模式：事件通知
  • 发布-订阅模式：组件通信
• 支持自定义 TCP 参数
  • IP 地址和端口配置
  • 序列号和确认号
  • 窗口大小
  • 调试模式
• 完善的日志系统
  • 多级别日志记录
  • 数据包捕获
  • 错误追踪
• 可扩展的架构
  • 插件式设计
  • 接口标准化
  • 松耦合组件

环境要求

• Python 3.7+
• Windows/Linux/macOS
• 管理员/root 权限（用于网络数据包捕获）
• Wireshark（用于查看捕获的数据包）

安装步骤

1. 克隆仓库：

git clone https://github.com/guangqianhui/tcp-simulation.git
cd tcp-simulation

2. 运行安装脚本：

python install.py

3. 激活虚拟环境：

# Windows
.\venv\Scripts\activate

# Linux/macOS
source venv/bin/activate

使用方法

基本用法

python -m tcp_simulation --src-ip 192.168.1.100 --dst-ip 192.168.1.101

自定义参数

python -m tcp_simulation \
    --src-ip 192.168.1.100 \
    --dst-ip 192.168.1.101 \
    --src-port 12345 \
    --dst-port 80 \
    --seq 1000 \
    --ack 2000 \
    --window 65535 \
    --debug

参数说明

• --src-ip: 源 IP 地址（必需）
• --dst-ip: 目标 IP 地址（必需）
• --src-port: 源端口号（默认：随机）
• --dst-port: 目标端口号（默认：80）
• --seq: 初始序列号（默认：随机）
• --ack: 初始确认号（默认：0）
• --window: 窗口大小（默认：65535）
• --debug: 启用调试模式（可选）

项目结构

tcp-simulation/
├── tcp_simulation/
│   ├── config/
│   │   ├── __init__.py
│   │   └── settings.py          # 配置管理
│   ├── core/
│   │   ├── __init__.py
│   │   ├── container.py         # 依赖注入容器
│   │   ├── events.py           # 事件系统
│   │   ├── interfaces.py       # 接口定义
│   │   ├── packet_factory.py   # 数据包工厂
│   │   ├── tcp_state.py        # TCP状态
│   │   └── tcp_simulation.py   # TCP仿真核心
│   ├── utils/
│   │   ├── __init__.py
│   │   ├── error_handler.py    # 错误处理
│   │   └── logger.py          # 日志系统
│   ├── observers/
│   │   ├── __init__.py
│   │   ├── packet_logger.py    # 数据包日志
│   │   └── packet_capture.py   # 数据包捕获
│   └── __main__.py            # 程序入口
├── tests/
│   ├── __init__.py
│   ├── test_packet_factory.py
│   ├── test_tcp_state.py
│   └── test_tcp_simulation.py
├── install.py
├── setup.py
├── requirements.txt
├── README.md
└── LICENSE

核心组件

配置管理 (Config)

• 使用数据类管理配置
• 支持 TCP 和日志配置
• 类型安全的配置访问

事件系统 (Events)

• 发布-订阅模式
• 支持多种事件类型
• 松耦合的组件通信

依赖注入 (Container)

• 服务注册和解析
• 接口实现管理
• 依赖关系管理

接口定义 (Interfaces)

• 清晰的接口契约
• 类型提示支持
• 实现一致性保证

数据包工厂 (PacketFactory)

• 工厂模式实现
• 支持多种数据包类型
• 参数化数据包创建

TCP 状态 (TCPState)

• 状态模式实现
• 状态转换管理
• 事件处理机制

观察者 (Observers)

• 观察者模式实现
• 数据包日志记录
• 数据包捕获功能

开发指南

添加新的 TCP 状态

1. 在 tcp_simulation/core/tcp_state.py 中创建新的状态类
2. 实现 ITCPState 接口
3. 在 TCPState 类中注册新状态

添加新的观察者

1. 在 tcp_simulation/observers 目录下创建新的观察者类
2. 实现 IObserver 接口
3. 在容器中注册新观察者

添加新的事件类型

1. 在 tcp_simulation/core/events.py 中的 EventType 枚举中添加新类型
2. 实现相应的事件处理逻辑
3. 在需要的地方触发事件

测试

运行测试：

# 激活虚拟环境后
pytest tests/

注意事项

1. 需要管理员/root 权限运行
2. 确保 Wireshark 已安装
3. 如果遇到权限问题，请使用 python -m tcp_simulation 命令运行

日志

日志文件保存在 logs 目录下：

• tcp_simulation.log: 主日志文件
• packet_capture.pcap: 数据包捕获文件

许可证

本项目采用 MIT 许可证 - 详见 LICENSE 文件

贡献指南

欢迎提交 Pull Request 或创建 Issue！

联系方式

• 作者：Guang Qianhui
• 邮箱：xuqiguang9@gmail.com
• GitHub：guangqianhui

更新内容

• 添加全面的 TCP 测试文档
• 增加新的测试场景
• 完善 TCP 选项测试
• 添加流量控制和拥塞控制测试

测试覆盖

• 基础功能测试
• 网络环境兼容性测试
• 协议合规性测试
• 异常处理测试
• 状态机测试

相关文件

• docs/tcp_test_cases.md
• tests/test_tcp_comprehensive.py
• tcp_simulation/core/tcp_simulation.py