课程设计--端口扫描器的设计与实现.doc

网络与信息安全·课程设计
网络与信息安全·课程设计

学院 计算科学与技术学院
班级 网络工程06-1班
姓名 刘纪生
学号 310609040115
指导老师 刘琨

前言
网络中的每一台计算机如同一座城堡，在这些城堡中，有的对外完全开放，有的却是紧锁城门。入侵者们是如何找到，并打开它们的城门的呢？这些城门究竟通向城堡的何处呢？在网络技术中，把这些城堡的“城门”称之为计算机的“端口”。端口扫描是入侵者搜集信息的几种常用手法之一，也正是这一过程最容易使入侵者暴露自己的身份和意图。一般来说，扫描端口有如下目的：
·判断目标主机上开放了哪些服务；
·判断目标主机的操作系统；
如果入侵者掌握了目标主机开放了哪些服务，运行何种操作系统，他们就能够使用相应的手段实现入侵，本课程设计将会通过用JAVA语言实现一个小的端口扫描软件，详细描述端口扫描的原理，分析端口扫描所涉及的问题，以便更加清楚地了解入侵者如何扫描目标主机的端口，同时掌握如何确保本机的安全性，为将来设计更为安全的系统打下牢固基础。

目录
一、网络基础知识 4
1、端口的基本概念 4
2、端口的分类 4
二、端口扫描的基本原理 5
1、基本原理 5
2、基于JAVA语言实现的核心代码 5
三、端口扫描器视图 6
1、工作窗口 6
2、异常窗口 6
3、窗口核心代码 6
四、多线程快速扫描 7
1、多线程机制 7
2、多线程核心代码 8
五、用户使用方法 9
1、页面说明 9
2、按主机名扫描 9
3、按IP地址扫描 9
六、常用端口 9
七、异常检测 10
结语 12

端口扫描器的设计与实现
一、网络基础知识
1、端口的基本概念
“端口”在计算机网络领域中是个非常重要的概念。它是专门为计算机通信而设计的，它不是硬件，不同于计算机中的“插槽”，可以说是个“软插槽”。如果有需要的话，一台计算机中可以有上万个端口。
端口是由计算机的通信协议TCP/IP协议定义的。其中规定，用IP地址和端口作为套接字，它代表TCP连接的一个连接端，一般称为Socket。具体来说，就是用IP端口来定位一台主机中的进程。可以做这样的比喻，端口相当于两台计算机进程间的大门，可以随便定义，其目的只是为了让两台计算机能够找到对方的进程。计算机就像一座大楼，这个大楼有好多入口（端口），进到不同的入口中就可以找到不同的公司（进程）。如果要和远程主机A的程序通信，那么只要把数据发向A端口就可以实现通信了。
可见，端口与进程是一一对应的，如果某个进程正在等待连接，称之为该进程正在监听，那么就会出现与它相对应的端口。由此可见，通过扫描端口，便可以判断出目标计算机有哪些通信进程正在等待连接。
2、端口的分类
端口是一个16 bit的地址，用端口号进行标识不同作用的端口，参见表2-2和表2-3。端口一般分为两类。
■熟知端口号：范围从0到1023，这些端口号一般固定分配给一些服务。比如21端口分配给FTP服务，25端口分配给SMTP服务，80端口分配给HTTP服务，135端口分配给RPC服务等等
■动态端口号：动态端口的范围从1024到65535，这些端口号一般不固定分配给某个服务，也就是说许多服务都可以使用这些端口。只要运行的程序向系统提出访问网络的申请，那么系统就可以从这些端口号中分配一个供该程序使用。比如8080端口就是分配给第一个向系统发出申请的程序。在关闭程序进程后，就会释放所占用的端口号。
二、端口扫描的基本原理
1、基本原理
端口扫描的原理其实非常简单，只是简单的利用JAVA提供库函数Socket进行调用，与每一个感兴趣的目标计算机的端口进行连接。如果对方端口处于监听状态，那么连接就能成功。否则，这个端口不能用，既没有提供服务。这个技术的一个最大的优点是，不需要任何权限，系统中的任何用户都有权利使用这个调用。
引入多线程机制，利用多线程扫描的好处就是速度快，如果对每个目标端口以线性的方式使用单独的连接调用,那么将会花费相当长的时间。多线程同时打开多个套接字，从而加速扫描。在本设计中用户可以自定义线程的个数。此处用户还可以自定义扫描方式。
2、基于JAVA语言实现的核心代码
//在多线程的控制下，利用for循环对端口逐一扫描
for (i =XXXXXX; i <XXXXXX; i+=XXXXXX){
try{
theTCPsocket=new Socket(hostAddress,i);
theTCPsocket.close();
//判断端口的类别
switch(i){
case 21:
……
//对相应开放端口识别。
}
//将开放端口内容添加到显示区域，并加锁使各处同步关系。
synchronized (ThreadScan.Result) {
ThreadScan.Result.append(" "+i);
ThreadScan.Result.append(":"+porttype+"\n");
}
//对相应开放端口和没有开放即连接失败的端口作记录，放入显示区。
catch (IOException e){
//同时也对程序加锁防止出现序。
synchronized (ThreadScan.ResultAll) {
//将所有端口内容添加到显示区域
ThreadScan.ResultAll.append(" "+i);
ThreadScan.ResultAll.append(":Closed"+"\n");
}
}
}
三、端口扫描器视图
1、工作窗口
这是用JAVA语言实现的一个简单的端口扫描器软件，主页面视图如下：

2、异常窗口
当用户操用不当，例如输入的IP地址超过255，或者端口范围大于65535时，用户点击“开始扫描”按钮都会抛出相应的异常，并提示错误原因。如下图示例：

3、窗口核心代码
public class ThreadScan{
public static JFrame main=new JFrame("网络与信息安全课程设计·端口扫描器·刘纪生");
public static void main(String[] args){
Submit.addActionListener(new SubmitAction());
Stop.addActionListener(new StopAction());
Cancel.addActionListener(new CancleAction());
OK.addActionListener(new OKAction());
//实现保存功能
saveItem.addActionListener(new java.awt.event.ActionListener() {
});
//实现退出功能
exitItem.addActionListener(new java.awt.event.ActionListener()
//实现帮助功能
helpItem.addActionListener(new java.awt.event.ActionListener() {
saveButton.addActionListener(new java.awt.event.ActionListener() {
});
main.setVisible(true);
}
}
四、多线程快速扫描
1、多线程机制
在本系统中采用了多线程机制，用户可以上述工作窗口中输入所要打开的线程数，对相端口范围进行扫描。多线程是指在一个程序中同时打开多处运行单元，各线程同时执行。大大提高了扫描的速度。
例如，假设用户填写的线程数为3，则其扫描过程如下所示

例如，假设用户填写的线程数为1，则其扫描过程如下所示

当设置1个线程时，就好比只有一个人（一个线程）在做这件事，而但设置多个线程时，就好比是多个人分批一起做这件事。显然是多线程会处理的更快。
2、多线程核心代码
public class TCPThread extends Thread{
public static InetAddress hostAddress;
……
public TCPThread(String name,int threadnum){
super(name);
this.threadnum = threadnum;
}
//运行函数
public void run() {
//根据ip地址进行扫描
if(type == 0){
//不同的端口循环扫描
for (i = XXXXXX; i < XXXXXX; i += XXXXXX){
theTCPsocket=new Socket(hostAddress,i);
theTCPsocket.close();
}
}
//按照主机名进行端口扫描
if(type == 1){
for (i = XXXXXX; i < XXXXXX; i += XXXXXX){
//……
}
}
}
}
//启动线程
for(int i=0;i<maxThread;i++){
new TCPThread("T" + i,i).start();
}
五、用户使用方法
1、页面说明
首先在菜单中有“文件”“帮助”选项。在“文件”中设置了“保存扫描结果”和“退出”。用户可以点击“保存扫描结果”或者是Ctrl+S，对扫描结果进保存。也可在“帮助”菜单查看相关信息。如图

在“端口范围”用户可以输入要扫描的端口的范围，默认是0—1000，最大是65535。
在“线程数”中用户可以自定义线程数，默认是100，最大是200。之后是两种扫描方式的选择。
扫描所有窗口中会显示所有被扫描过的不有打开和打开的端口，开放端口中会显示所有扫描得到的开放端口。
2、按主机名扫描
当用户选中按主机名扫描时，需要输入将要扫描的主机名，默认是本机localhost，用户也可以自己填写相关主机。之后点击“开始扫描”。
3、按IP地址扫描
当用户选中按IP地址扫描时，需要输入将要扫描的主机的IP，默认是0.0.0.0。之后点击“开始扫描”。如果用户输入的端口范围太大，这样会导致程序扫描时间很长，这时可以点击“停止扫描”来中止扫描。
六、常用端口
系统默认会识别一部分常用端口，对常用端口系统将扫描出来，并随之打印端口功能，对未能识别的开放端口，系统将随之打印“UnknownPort:Open”。代码如下：
switch(i){
case 21:
porttype = "(FTP)";
break;
case 23:
porttype = "(TELNET)";
break;
case 25:
porttype = "(SMTP)";
break;
case 80:
porttype = "(HTTP)";
break;
case 110:
porttype = "(POP)";
break;
case 139:
porttype = "(netBIOS)";
break;
case 1433:
porttype = "(SQL Server)";
break;
case 3389:
porttype = "(Terminal Service)";
break;
case 443:
porttype = "(HTTPS)";
break;
case 1521:
porttype = "(Oracle)";
break;
default :
porttype = "(UnknownPort:Open)";
break;
}
七、异常检测
当用户输入的数据不合法时，系统将弹出错误窗口，并提示错误原因，
相关代码：
//判断起始ip是否正确，判断条件：大于0且小于等于255
if(ip1<0 || ip1>255||ip2<0 || ip2>255||ip3<0 || ip3>255||ipstart<0 || ipstart>255){
ThreadScan.DLGINFO.setText("ip地址为0-255的整数! ");
ThreadScan.DLGError.setVisible(true);
ThreadScan.Submit.setEnabled(true);
//设置开始扫描按钮可用。
return;
}

//判断主机名称的有效性
try{
TCPThread.hostAddress=InetAddress.getByName(ThreadScan.hostname.getText());
}catch(UnknownHostException e){
ThreadScan.DLGINFO.setText(" 错误的域名或地址不可达! ");
ThreadScan.DLGError.setVisible(true);
ThreadScan.Submit.setEnabled(true); //设置开始扫描按钮可用。
return;
}

//判断端口号的有效性
try{
minPort=Integer.parseInt(ThreadScan.minPort.getText());
maxPort=Integer.parseInt(ThreadScan.maxPort.getText());
maxThread=Integer.parseInt(ThreadScan.maxThread.getText());
}catch(NumberFormatException e){
ThreadScan.DLGINFO.setText("错误的端口号或线程数!端口号和线程数必须为整数!");
ThreadScan.DLGError.setVisible(true);
ThreadScan.Submit.setEnabled(true); //设置开始扫描按钮可用。
return;
}

//判断最小端口号的有效范围：大于0且小于65535，最大端口应大于最小端口
if(minPort<0 || minPort>65535 || minPort>maxPort){
ThreadScan.DLGINFO.setText("最小端口必须是0-65535并且小于最大端口的整数!");
ThreadScan.DLGError.setVisible(true);
ThreadScan.Submit.setEnabled(true); //设置开始扫描按钮可用。
return;
}else{
TCPThread.MIN_port=minPort;
}

//判断最大端口号的有效范围：大于0且小于65535，最大端口应大于最小端口
if(maxPort<0 || maxPort>65535 || maxPort<minPort){
ThreadScan.DLGINFO.setText("最大端口必须是0-65535并且大于最小端口的整数!");
ThreadScan.DLGError.setVisible(true);
ThreadScan.Submit.setEnabled(true); //设置开始扫描按钮可用。
return;
}else{
TCPThread.MAX_port=maxPort;
}
//判断线程数量的有效范围：大于1且小于200
if(maxThread<1 || maxThread>200){
ThreadScan.DLGINFO.setText("线程数为1-200的整数!");
ThreadScan.DLGError.setVisible(true);
ThreadScan.Submit.setEnabled(true); //设置开始扫描按钮可用。
return;
}

结语
在这次课程设计中，我遇到了不少的困难。大多数是对程序的设计相关，当然还是因为知识点不全，技术不成熟造成的。不过，这个过程却使我学习了不少新的知识。包括对信息安全更深层的解理。我自认为这是一次比较成功的课程设计。不过我不知道为什么，我写的程序中还一点小BUG，就是在扫描过程中如果把窗口缩下去，再拉上来可能会导致窗口布局变乱，但这也不是经常发生的，所以不学对系统造成太大影响。由于时间关系，我不想再花时间查找原因了。但是以后有空时我会在复习这个程序时把问题解决掉。

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