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网络安全课程设计报告题目：端口扫描程序设计专业网络工程学号姓名B12070405彭慧珺B12070408魏园园指导教师董小燕日期2014.12.2评分分细则评分项优秀良好中等差遵守机房规章制度实验原理分析与设计课题功能实现情况设计验收与答辩课程设计报告书写简短评语教师签名：年月日评分等级备注-3-端口扫描程序设计一、设计目的和任务扫描器是网络信息收集的一种方法，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。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。从功能上可分为漏洞扫描器和端口扫描器。根据提供服务类型的不同，端口分为两种，一种是TCP端口，一种是UDP端口。通过此次课程设计，能够掌握端口的基础知识，掌握扫描器的基本原理并设计实现端口扫描。本程序主要实现：简易的端口扫描，支持多线程，并可指定线程数进行端口扫描，并记录时间；能对指定的主机进行端口扫描；能扫描特定的部分端口号或对指定的端口段内的端口进行逐个扫描；能识别部分开放端口所提供的服务；以及使端口扫描器具有简单易懂美观的用户图形界面。二、设计原理2.1关于攻击Internet的网络通信大多是建立在TCP和UDP协议之上的，各个主机遵循着TCP/IP协议封装数据包进行通信。根据提供服务类型的不同，端口分为两种，一种是TCP端口，一种是UDP端口。TCP端口：即传输控制协议端口，需要在客户端和服务器之间建立连接，这样可以提供可靠的数据传输。常见的包括FTP服务的21端口，Telnet服务的23端口，SMTP服务的25端口，以及HTTP服务的80端口等等。UDP端口：即用户数据包协议端口，无需在客户端和服务器之间建立连接，可靠性得不到保障。常见的有DNS服务的53端口，SNMP（简单网络管理协议）服务的161端口，QICQ使用的8000和4000端口等等。本程序通过TCPconnect扫描：通过调用socket函数connect()连接到目标计算机上，完成一次完整的三次握手过程。如果端口处于侦听状态，那么connect()就能成功返回。否则，这个端口不可用，即没有提供服务。优点：稳定可靠，不需要特殊的权限。-4-缺点：扫描方式不隐蔽，服务器日志会记录下大量密集的连接和错误记录，并容易被防火墙发现和屏蔽。2.2关于防御1．关闭闲置和有潜在危险的端口这个方法有些“死板”，它的本质是——将所有用户需要用到的正常计算机端口外的其他端口都关闭掉。因为就黑客而言，所有的端口都可能成为攻击的目标。换句话说“计算机的所有对外通讯的端口都存在潜在的危险”，而一些系统必要的通讯端口，如访问网页需要的HTTP（80端口）；QQ（4000端口）等不能被关闭。2．检查各端口，有端口扫描的症状时，立即屏蔽该端口这种预防端口扫描的方式显然用户自己手工是不可能完成的，或者说完成起来相当困难，需要借助软件。这些软件就是我们常用的网络防火墙.防火墙的工作原理是：首先检查每个到达你的电脑的数据包，在这个包被你机上运行的任何软件看到之前，防火墙有完全的否决权，可以禁止你的电脑接收Internet上的任何东西。当第一个请求建立连接的包被你的电脑回应后，一个“TCP/IP端口”被打开；端口扫描时，对方计算机不断和本地计算机建立连接，并逐渐打开各个服务所对应的“TCP/IP端口”及闲置端口，防火墙经过自带的拦截规则判断，就能够知道对方是否正进行端口扫描，并拦截掉对方发送过来的所有扫描需要的数据包。三、实验环境和总体设计3.1实验环境开发工具：J2SDK1.7.0Eclipse语言：Java运行环境：Windows2000以上3.2总体设计多线程端口扫描器是实现计算机的端口的扫描，只要在在前台设置好所要扫描的IP、起始端口、结束端口以及所要用到的线程数，点击扫描，就可以扫描到所输入IP地址主机的开放端口，并显示在主窗体中；点击退出，则可以退出该程序。IP设置应为所在主机的IP地址，起始端口和结束端口应为0~65535之间的一个数，且起始端口应小于结束端-5-口的大小。线程数为0~200之间的一个数。点击开始后就会运行，直到扫描完毕显示出开放端口，如果没有开放端口，则只显示扫描完毕。功能分为以下四模块：①图像显示功能：显示界面图形。②端口扫描功能：扫描开放的端口，并将扫描到的开放端口号送到前台。③多线程功能：当客户端要求与服务器端建立连接时，服务器端就将用到多线程功能，为每一个建立起来的连接创建一个线程。④异常抛出功能：对于明显的错误，提示出错误的类型并结束程序的运行。界面设置构思图图1界面使用构思当出现如图所示的界面时，填写好要扫描的IP地址，需要扫描的端口范围和线程数，单击命令提示按钮就可以开始扫描，扫描结果就会显示在中间的扫描结果显示区域，在扫描状态显示区就会显示是否扫描完毕。流程图如下：-6-四、详细设计步骤本程序使用了为主要的Scanner类和Scan类。Scan类的作用是创建线程扫描端口，然后把结果显示到前台。Scanner类的作用是构造前台布局，调用Scan类添加事件处理，对输入进行错误判断，如果输入不在允许的范围之内则显示相关错误。以下是四模块的详细设计步骤：4.1图像显示功能界面设计本程序采用小窗口形式，外围大小为170mm*90mm,字体采用宋体五号，结果显示区域界面出现填写IP地址或者用默认的IP设置扫描需要的线程数或者是用默认的线程数单击命令按钮开始扫描扫描结束，显示结果显示在结果显示区域是否继续退出结束否是-7-框架大小为160mm*45mm,底色为粉红，结果显示字幕为主机地址加开放端口。其余地方设置按钮和扫描的主机地址、端口和线程数。设计的预计页面图形如图：图2本程序调用一些类和包，比如软件包java.awt.color、java.awt.event、io.IOException、Javax.Swing、jvnet.substance.*。1．java.awt.color包：提供用于颜色空间的类。它包含了基于国际色彩联盟(ICC)配置文件格式规范的颜色空间实现。e.g.Result.setBackground(Color.PINK);//设置窗口为粉红2.java.awt.event包：提供处理由AWT组件所激发的各类事件的接口和类。此包定义了事件和事件侦听器，以及事件侦听器适配器，它是让事件侦听器的编写过程更为轻松的便捷类。e.g.publicvoidactionPerformed(ActionEvente){Stringcmd=e.getActionCommand();if(cmd.equals(Start))…………}3.Javax.Swing：由所有Java图形用户界面（GUI）组件所构成，它们可以提供比本地平台GUI组件更多的功能。Swing包的组成：javax.swing，javax.swing.borde，javax.swing.colorchooser，avax.swing.event，javax.swing.filechooser，javax.swing.plaf，javax.swing.tree等接口-8-常用Swing组件：按钮：JButton文本区：JTextArea文本字段：JTextField在本程序中使用如下：//设置主窗体位置和大小mainFrame.setBounds(180,200,550,300);//设置扫描按钮和退出按钮Start.setActionCommand(Start);Start.addActionListener(this);Exit.setActionCommand(Exit);Exit.addActionListener(this);4.2端口扫描功能在本程序中后台端口扫描关键代码使用的两个类，下面介绍这两个类的常用方法。InetSocketAddress类构造方法如下：InetSocketAddress(InetAddressaddr,intport)：根据IP地址和端口号创建套接字地址。Socket类常用方法如下：Socket()：通过系统默认类型的SocketImpl创建未连接套接字Socket(InetAddressaddress,intport)：创建一个流套接字并将其连接到指定IP地址的指定端口号。voidbind(SocketAddressbindpoint)：将套接字绑定到本地地址。voidclose()：关闭此套接字。voidconnect(SocketAddressendpoint,inttimeout)：将此套接字连接到具有指定超时值的服务器。关键代码如下：SocketAddresssockaddr=newInetSocketAddress(hostAddress,i);Socketscans=newSocket();inttimeoutMs=50;scans.connect(sockaddr,timeoutMs);//将此套接字连接到具有指定超时值的服务器-9-scans.close();//关闭此套接字。4.3多线程功能用递归函数实验多线程使用关键算法如下：for(inti=minPort;i=maxPort;){if((i+threadNum)=maxPort){newScan(i,i+threadNum).start();i+=threadNum;}else{newScan(i,maxPort).start();i+=threadNum;}}4.4异常抛出功能使用io.IOException包：用来处理io的错误，在以后的程序中调用这个函数的时候就必须用try和catch来捕获异常，否则编译会报错，这主要涉及到java的安全机制。e.g．try{……..}catch(NumberFormatExceptione1){DLGINFO.setText(错误的端口号或线程数!端口号和线程数必须为整数!);return;}4.5总流程图如下：-10-在Eclipse中右击，选择运行方式，JAVA应用程序填写IP地址，可填写任意的一个IP出现程序界面设置开始端口大小，设置0~65535之间的端口号且必须为整数设置结束口，设置0~65535之间的端口号且必须为整数，并且大于开始端口设置进程数，0~200之间且必须为整数点击扫描可以开始扫描结果显示是否继续扫描结束程序否，点击退出是，重新设置-11-四、结果测试与分析4.1运行结果1.运行界面：图32.未开始扫描状态：图43.正常扫描时：-12-图54.起始端口设置有误扫描开始后状态报错：图6图75.结束端口设置有误扫描开始后状态报错：图8-13-6.线程数设置错误报错：图97.另外我们计算了扫描器的扫描时间，我们能发现线程数的增多能有效减少扫描器的扫描时间图10第一个红框是线程数为10时的扫描时间，而线程数为20所用时间为3000ms，可见线程数增多缩短了扫描时间4.2防御措施根据防御原理，我们通过开启系统防火墙来对端口扫描进行防御-14-图11防火墙关闭图12防火墙开启从图中可得知，开启防火墙之后，只能扫出端口912,902,443，扫描不出端口23,445,135,139。可见系统自带防火墙能对防御端口扫描起到一定作用，但并不能够完全阻止，需要设计具有更严格规则的包过滤防火墙才行。4.3系统异常图13系统异常-15-当线程数为100或过多时，扫描结果已显示扫描完成，但扫描器左下方的扫描状态却并没有显示扫描完成，而是呈现正在扫描某一端口的情况，在后续的改进中会加以改进。五、存在的问题1、由于对Java的编程掌握得不够深入，所以程序的界面设计得不够完美。我们通过调用一些包，尽可能优化用户界面，后续将对按钮，皮肤等等进行优化。2、扫描状态的输出函数的速度跟不上端口扫描的速度，最后程序扫描结束时，扫描状态函数有时还在继续运行，程序运行无法达到一致性。3.本程序还不能实现对一整个网段的IP进行端口扫描，我们考虑套更大的IP段for循环来实现，但因时间有限未能调