20165223 实验五网络编程与安全

实验五网络编程与安全

一、实验报告封面

北京电子科技学院（BESTI）

实验报告

◆	◇	◆	◇
课程	Java程序设计	班级	1652班
姓名	蔡霓	学号	20165223
成绩		指导教师	娄嘉鹏
实验日期	2018年5月28日	实验密级	非密级
预习程度	已预习	实验时间	13:45 - 15:25
必修/选修	选修	实验序号	五

实验名称：Android开发基础

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二、具体实验内容

（一）网络编程与安全-1

两人一组结对编程：

0.参考http://www.cnblogs.com/rocedu/p/6766748.html#SECDSA

1.结对实现中缀表达式转后缀表达式的功能 MyBC.java

2.结对实现从上面功能中获取的表达式中实现后缀表达式求值的功能,调用MyDC.java

3.上传测试代码运行结果截图和码云链接

（1）实验步骤

编写实现中缀表达式转后缀表达式的功能代码 MyBC.java
编写实现后缀表达式求值功能的代码 MyDC.java
编写测试代码 MyDCTester.java及 MyBCTest.java

（2）实验代码

详见码云链接：T1

MyBC.java

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Collectors;
import java.lang.String;
import org.junit.Test;

public class MyBC{
    private static final Map<Character, Integer> basic = new HashMap<Character, Integer>();
    static {
        basic.put('-', 1);
        basic.put('+', 1);
        basic.put('*', 2);
        basic.put('/', 2);
        basic.put('(', 0);
    }


    //中缀表达式 转 后缀表达式

    public static String toSuffix(String infix){
        List<String> queue = new ArrayList<String>();
        List<Character> stack = new ArrayList<Character>();

        char[] charArr = infix.trim().toCharArray();
        String standard = "*/+-()";
        char ch = '&';
        int len = 0;
        for (int i = 0; i < charArr.length; i++) {

            ch = charArr[i];
            if(Character.isDigit(ch)) {
                len++;
            }else if(Character.isLetter(ch)) {
                len++;
            }else if(ch == '.'){
                len++;
            }else if(Character.isSpaceChar(ch)) {
                if(len > 0) {
                    queue.add(String.valueOf(Arrays.copyOfRange(charArr, i - len, i)));
                    len = 0;
                }
                continue;
            }else if(standard.indexOf(ch) != -1) {
                if(len > 0) {
                    queue.add(String.valueOf(Arrays.copyOfRange(charArr, i - len, i)));
                    len = 0;
                }
                if(ch == '(') {
                    stack.add(ch);
                    continue;
                }
                if (!stack.isEmpty()) {
                    int size = stack.size() - 1;
                    boolean flag = false;
                    while (size >= 0 && ch == ')' && stack.get(size) != '(') {
                        queue.add(String.valueOf(stack.remove(size)));
                        size--;
                        flag = true;
                    }
                    while (size >= 0 && !flag && basic.get(stack.get(size)) >= basic.get(ch)) {
                        queue.add(String.valueOf(stack.remove(size)));
                        size--;
                    }
                }
                if(ch != ')') {
                    stack.add(ch);
                } else {
                    stack.remove(stack.size() - 1);
                }
            }
            if(i == charArr.length - 1) {
                if(len > 0) {
                    queue.add(String.valueOf(Arrays.copyOfRange(charArr, i - len+1, i+1)));
                }
                int size = stack.size() - 1;
                while (size >= 0) {
                    queue.add(String.valueOf(stack.remove(size)));
                    size--;
                }
            }
        }
        return queue.stream().collect(Collectors.joining(" "));
    }
}

MyDC.java

import javax.xml.bind.annotation.XmlType;
import java.lang.Integer;
import java.util.StringTokenizer;
import java.util.Stack;

public class MyDC
{
    /** constant for addition symbol */
    private final String ADD="+";
    /** constant for subtraction symbol */
    private final String SUBTRACT="-";
    /** constant for multiplication symbol */
    private final String MULTIPLY="*";
    /** constant for division symbol */
    private final String DIVIDE="/";
    /** the stack */
    private Stack<Integer>stack;

    public MyDC(){
        stack=new Stack<Integer>();
    }

    public int evaluate(String expr)
    {
        int op1,op2,result=0;
        String token;
        StringTokenizer tokenizer=new StringTokenizer(expr);

        while(tokenizer.hasMoreTokens()) {
            token = tokenizer.nextToken();

            //如果是运算符，调用isOperator
            if (isOperator(token)) {

                //从栈中弹出操作数2
                op2 = stack.pop();
                //从栈中弹出操作数1
                op1 = stack.pop();
                //根据运算符和两个操作数调用evalSingleOp计算result;
                result = evalSingleOp(token, op1, op2);
                //计算result入栈;
                stack.push(result);
            } else//如果是操作数
            {
                stack.push(Integer.parseInt(token));
                //操作数入栈;
            }
        }
        return result;
    }

    private boolean isOperator(String token)
    {
        return(token.equals("+")||token.equals("-")||
                token.equals("*")||token.equals("/"));
    }

    private int evalSingleOp(String operation,int op1,int op2)
    {
        int result=0;

        switch(operation)
        {
            case ADD:
                result=op1+op2;
                break;
            case SUBTRACT:
                result=op1-op2;
                break;
            case MULTIPLY:
                result=op1*op2;
                break;
            case DIVIDE:
                result=op1/op2;
            default:
                break;
        }

        return result;
    }
}

（3）实验截图

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（二）网络编程与安全-2

结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器

0.注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题

1.基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP

2.客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式通过网络发送给服务器

3.服务器接收到后缀表达式，调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端

4.客户端显示服务器发送过来的结果

5.上传测试结果截图和码云链接

（1）实验步骤

编写服务器端与客户端链接代码
客户端输入中缀表达式，调用MyBC.java转为后缀表达式
服务器接收后缀表达式，调用MyDC.java计算结果值并返回到客户端

（2）实验代码

详见码云链接：T2

服务器端：Service.java

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Service {
    public static void main(String[] args) throws IOException{
        Service socketService = new Service();
        socketService.oneServer();
    }
    public  void oneServer(){
        try{
            ServerSocket server=null;
            try{
                server=new ServerSocket(5223); //客户端链接端口
                System.out.println("服务器启动成功！");
            }catch(Exception e) {
                System.out.println("没有启动监听！"+e);
            }
            Socket socket=null;
            try{
                socket=server.accept();
            }catch(Exception e) {
                System.out.println("Error."+e);
            }
            String line,line2;
            BufferedReader in=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            PrintWriter writer=new PrintWriter(socket.getOutputStream());
            BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            line2=in.readLine();
            System.out.println("客户端:"+line2);
            MyDC f = new MyDC();
            System.out.printf("%d",f.evaluate(line2));
            writer.println(Integer.toString(f.evaluate(line2)));
            line=br.readLine();
            while(!line.equals("end")){
                writer.println(line);
                writer.flush();
                System.out.println("服务器:"+Integer.toString(f.evaluate(in.readLine())));
                System.out.println("客户端:"+in.readLine());
                line=br.readLine();
            }
            writer.close();
            in.close();
            socket.close();
            server.close();
        }catch(Exception e) {
            System.out.println("Error."+e);
        }
    }
}

客户端：Client.java

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;
import java.net.URL;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        try {
            //服务器的IP地址与所选端口（IP地址通过命令行指令ipconfig查出）
            Socket socket = new Socket("10.1.1.234", 5223);
            System.out.println("客户端启动成功！");
            System.out.println("请输入中缀表达式：");
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            PrintWriter write = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
            BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            String expression;
            MyBC bc = new MyBC();
            expression = br.readLine();
            String input =new String();
            input = bc.toSuffix("1+(4*2)/2+5+4*3-4");
            while (!expression.equals("end")) {
                write.println(input);
                write.println(expression);
                write.flush();
                System.out.println("转化的后缀表达式为:" + input);
                System.out.println("服务器返回值为:" + in.readLine());
                expression = br.readLine();
            }
            write.close();
            in.close();
            socket.close();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("无法监听:" + e);
        }
    }
}

（3）实验截图

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（三）网络编程与安全-3

加密结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器

0.注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题

1.基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP

2.客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式用3DES或AES算法加密后通过网络把密文发送给服务器

3.服务器接收到后缀表达式表达式后，进行解密（和客户端协商密钥，可以用数组保存），然后调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端

4.客户端显示服务器发送过来的结果

5.上传测试结果截图和码云链接

（1）实验步骤

前期基本步骤同上一提交点
编写加解密代码AES.JAVA
在客户端输入中缀表达式，调用MyBC.java转后缀表达式，再调用AES.JAVA的加密部分转加密密文
服务器接收到密文，调用AES.JAVA的解密部分对密文解密，再调用MyDC.java对解密明文计算值，返回客户端

（2）实验代码

详见码云链接：T3

AES.java

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;

public class AES {

    //初始向量
    public static final String VIPARA = "aabbccddeeffgghh";
    //编码方式
    public static final String bm = "UTF-8";
    //私钥
    private static final String ASE_KEY="aabbccddeeffgghh";

    /**
     * 加密
     */
    public static String encrypt(String cleartext) {
        try {
            IvParameterSpec zeroIv = new IvParameterSpec(VIPARA.getBytes());
            SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(ASE_KEY.getBytes(), "AES");
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, zeroIv);
            byte[] encryptedData = cipher.doFinal(cleartext.getBytes(bm));
            return new BASE64Encoder().encode(encryptedData);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return "";
        }
    }

    /**
     * 解密
     */
    public static String decrypt(String encrypted) {
        try {
            byte[] byteMi = new BASE64Decoder().decodeBuffer(encrypted);
            IvParameterSpec zeroIv = new IvParameterSpec(VIPARA.getBytes());
            SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(
                    ASE_KEY.getBytes(), "AES");
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, zeroIv);
            byte[] decryptedData = cipher.doFinal(byteMi);
            return new String(decryptedData, bm);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return "";
        }
    }
}

服务器端新增部分：Service2.java


            ......

            String line,line2;
            BufferedReader in=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            PrintWriter writer=new PrintWriter(socket.getOutputStream());
            BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            line2=in.readLine();
            System.out.println("客户端:"+line2);

            //创建对象aes，并调用 AES 类中的解密方法
            AES aes = new AES();
            String line3 = new String();
            line3 = aes.decrypt(line2);
            
            //调用 MyDC 类计算值
            MyDC f = new MyDC();
            System.out.printf("%d",f.evaluate(line3));
            writer.println(Integer.toString(f.evaluate(line3)));
            line=br.readLine();

            ......

客户端新增部分：Client2.java

            ......

            MyBC bc = new MyBC();
            expression = br.readLine();
            String input =new String();
            String input2 = new String();

            input = bc.toSuffix("1+(4*2)/2+5+4*3-4");

            //创建对象aes，并调用 AES 类中的加密方法
            AES aes = new AES();
            input2 = aes.encrypt(input);

            while (!expression.equals("end")) {
                write.println(input2);
                write.println(expression);
                write.flush();
                System.out.println("aes加密的后缀表达式为:" + input2);
                System.out.println("服务器返回值为:" + in.readLine());
                expression = br.readLine();
            }

            ......

（3）实验截图

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（四）网络编程与安全-4

密钥分发结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器

0.注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题

1.基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP

2.客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式用3DES或AES算法加密通过网络把密文发送给服务器

3.客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换

4.服务器接收到后缀表达式表达式后，进行解密，然后调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端

5.客户端显示服务器发送过来的结果

6.上传测试结果截图和码云链接

（1）实验步骤

前期操作与前一提交点一致
在实验提交点3的基础上再添加密钥交换算法DHCode.java
客户端和服务器用DH算法进行AES算法的密钥交换

（2）实验代码

详见码云链接：T4

生成密钥对：HQKeyPair.java

import java.security.KeyPair;

/**
 * 生成密钥对
 */
public class HQKeyPair
{
    private byte[] privateKey;
    private byte[] publicKey;

    public HQKeyPair()
    {
    }

    public HQKeyPair(KeyPair keyPair)
    {
        this.privateKey = keyPair.getPrivate().getEncoded();
        this.publicKey = keyPair.getPublic().getEncoded();
    }

    public HQKeyPair(byte[] privateKey, byte[] publicKey)
    {
        this.privateKey = privateKey;
        this.publicKey = publicKey;
    }

    public byte[] getPrivateKey()
    {
        return privateKey;
    }

    public void setPrivateKey(byte[] privateKey)
    {
        this.privateKey = privateKey;
    }

    public byte[] getPublicKey()
    {
        return publicKey;
    }

    public void setPublicKey(byte[] publicKey)
    {
        this.publicKey = publicKey;
    }
}

DH算法实现：DHCode.java

import java.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyAgreement;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.interfaces.DHPrivateKey;
import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey;
import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public abstract class DHCoder {
    /**
     * 非对称加密密钥算法
     */
    private static final String KEY_ALGORITHM = "DH";
    /**
     * 选择AES算法
     */
    private static final String SELECT_ALGORITHM = "AES";
    /**
     * 密钥长度
     */
    private static final int KEY_SIZE = 512;
    //公钥
    private static final String PUBLIC_KEY = "DHPublicKey";
    //私钥
    private static final String PRIVATE_KEY = "DHPrivateKey";

    /**
     * 初始化甲方密钥
     */
    public static Map<String, Object> initKey() throws Exception{
        //实例化密钥对生成器
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //初始化密钥对生成器
        keyPairGenerator.initialize(KEY_SIZE);
        //生成密钥对
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        //甲方公钥
        DHPublicKey publicKey = (DHPublicKey)keyPair.getPublic();
        //甲方私钥
        DHPrivateKey privateKey = (DHPrivateKey)keyPair.getPrivate();
        //将密钥对存储在Map中
        Map<String, Object> keyMap = new HashMap<String, Object>(2);
        keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
        keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
        return keyMap;
    }

    /**
     * 初始化乙方密钥
     */
    public static Map<String, Object> initKey(byte[] key) throws Exception{
        //解析甲方公钥
        //转换公钥材料
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(key);
        //实例化密钥工厂
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //产生公钥
        PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        //由甲方公钥构建乙方密钥
        DHParameterSpec dhParameterSpec = ((DHPublicKey)pubKey).getParams();
        //实例化密钥对生成器
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //初始化密钥对生成器
        keyPairGenerator.initialize(KEY_SIZE);
        //产生密钥对
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        //乙方公钥
        DHPublicKey publicKey = (DHPublicKey) keyPair.getPublic();
        //乙方私约
        DHPrivateKey privateKey = (DHPrivateKey) keyPair.getPrivate();
        //将密钥对存储在Map中
        Map<String, Object> keyMap = new HashMap<String, Object>(2);
        keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
        keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
        return keyMap;
    }

    /**
     * 加密
     */
    public static byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception{
        //生成本地密钥
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, SELECT_ALGORITHM);
        //数据加密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
        return cipher.doFinal(data);
    }

    /**
     * 解密
     */
    public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception{
        //生成本地密钥
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, SELECT_ALGORITHM);
        //数据揭秘
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
        return cipher.doFinal(data);
    }

    /**
     * 构建密钥
     */
    public static byte[] getSecretKey(byte[] publicKey, byte[] privateKey) throws Exception{
        //实例化密钥工厂
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //初始化公钥
        //密钥材料转换
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(publicKey);
        //产生公钥
        PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        //初始化私钥
        //密钥材料转换
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);
        //产生私钥
        PrivateKey priKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
        //实例化
        KeyAgreement keyAgree = KeyAgreement.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        //初始化
        keyAgree.init(priKey);
        keyAgree.doPhase(pubKey, true);
        //生成本地密钥
        SecretKey secretKey = keyAgree.generateSecret(SELECT_ALGORITHM);
        return secretKey.getEncoded();
    }

    /**
     * 私钥
     */
    public static byte[] getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap) throws Exception{
        Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY);
        return key.getEncoded();
    }

    /**
     * 公钥
     */
    public static byte[] getPublicKey(Map<String, Object> keyMap) throws Exception{
        Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);
        return key.getEncoded();
    }
}

（3）实验截图

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（五）网络编程与安全-5

完整性校验结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器

0.注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题

1.基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP

2.客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式用3DES或AES算法加密通过网络把密文和明文的MD5値发送给服务器

3.客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换

4.服务器接收到后缀表达式表达式后，进行解密，解密后计算明文的MD5值，和客户端传来的MD5进行比较，一致则调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端

5.客户端显示服务器发送过来的结果

6.上传测试结果截图和码云链接

（1）实验步骤

前期操作与前一提交点一致
客户端用AES算法加密后缀表达式，把密文和明文的MD5値发送给服务器
客户端和服务器用DH算法进行AES算法的密钥交换
服务器解密后，计算明文的MD5值，与客户端的MD5值对比

（2）实验代码

详见码云链接：T5

MD5.java

import java.security.MessageDigest;

/**
 * 求MD5值
 */

public class MD5 {

    public final static String[] hashValueString = {"0","1","2","3","4","5","6","7","8","9","a","b","c","d","e","f"};

    public static String byteToString(byte[] hashValueBytes){
        String result = "";
        for(int i=0;i<hashValueBytes.length;i++){
            int hashValueInt = hashValueBytes[i];
            hashValueInt = hashValueInt>0 ? hashValueInt : hashValueInt+256;
            int high = hashValueInt / 16; //byte 的高4位  
            int low = hashValueInt % 16;  //byte 的低4位  
            result += hashValueString[high] + hashValueString[low];
        }
        return result;
    }

    public static void byteToNum(byte[] hashValueBytes){

    }

    public static String GetMd5Code(String str) throws Exception {
        String md5Value = "";
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
        byte[] hashValueBytes = md.digest(str.getBytes()); //返回值为存放hash 值的byte 数组  
        md5Value = byteToString(hashValueBytes);
        return md5Value;

    }
}

（3）实验截图

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三、实验总结

遇到的问题

在实验2~5点中，使用Socket实现客户端/服务器功能时需要提供服务器端的IP地址，查询资料后了解到有两种查看方式，这里使用了命令行输入指令ipconfig查询IPv4地址。也可以在电脑的“网络和共享中心”→“WLAN连接”→“详细信息”中查询IPv4地址。

法一：

法二：

参考资料

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四、PSP时间

实验步骤	耗时	百分比
题目分析	1h	10%
思路设计	2h	20%
代码实现	5h	50%
调试测试	1h	10%
实验总结	1h	10%

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原文地址：https://www.cnblogs.com/moddy13162201/p/9129209.html

20165223 实验五 网络编程与安全

实验五 网络编程与安全

目录

一、实验报告封面

北京电子科技学院（BESTI）

二、具体实验内容

（一）网络编程与安全-1

（1）实验步骤

（2）实验代码

（3）实验截图

（二）网络编程与安全-2

（1）实验步骤

（2）实验代码

（3）实验截图

（三）网络编程与安全-3

（1）实验步骤

（2）实验代码

（3）实验截图

（四）网络编程与安全-4

（1）实验步骤

（2）实验代码

（3）实验截图

（五）网络编程与安全-5

（1）实验步骤

（2）实验代码

（3）实验截图

三、实验总结

四、PSP时间

20165223 实验五网络编程与安全

实验五网络编程与安全