2020年计算机网络课程设计实验报告

计算机网络课程设

计实验报告

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中南大学课程设计报告

课程：计算机网络课程设计

题目：基于Winpcap的网络流量统计分析

指导教师：张伟

目录

第一章总体设计

一、实体类设计

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P3

二、功能类设计

P3

三、界面设计

P3

第二章详细设计

一、实体类实现

P4

二、功能类实现

P4

三、界面实现

P5

第三章源代码清单及说明

一、CaptureUtil.java--------P7

二、MyPcapPacketHandler.java--------P9

三、PacketMatch.java--------P9

四、Windows.java--------P13

第四章运行结果-----P19

第五章心得体会-----P21

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第一章总体设计

一'实体类设计

TCP、UPD、ICMP、ARP、广播数据包五个包的数据结构设

计

二、功能类设计

⑴网卡获取

⑵包的抓捕

⑶包的处理

三、界面设计

⑴布局

⑵按钮功能连接

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第二章第二章详细设计

一、实体类实现

TCP、UPD、ICMP、ARP、广播数据包五个包的数据结构设

计。

本程序采用Java编写，基于winlOpcapoWinlOpcap是

winpcap在win1()系统上的适用版本。Java对于winpcap使用

jnetpcap进行支持。对于TCP、UPD、ICMP、ARP、广播数据包

五种类型的包，在jnetpcap的jar包中大部分已经封装好了相关的

实体类型。对应如下：

ARP实体类：work.Arp;

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UPD实体类：work.Icmp;

IP实体类：work.Ip4;

TCP实体类：tocol.tcpip.Tcp;

UDP实体类：tocol.tcpip.Udp;

而对于其中的广播数据包，其判断我利用捕获到的IP包的目的

地址进行判断，若其目的地址为55,则认为其为广

播数据包。

二、功能类实现

(1)网卡获取

电脑上的包的发送与接受都得经过网卡来进行，因此为了完成

局域网数据包的捕获和统计，我首先要做的是获取到电脑上的网

卡列表，然后选择一个网卡进行包的捕获。而相关代码在jnetpcap

的官网的示例代码1中能够找到，从中能够学习到的是jnetpcap

的各种使用方法。

在我电脑上能够捕获到三个网卡，一个是本机自身的物理网

卡，另外两个是虚拟机模拟出的虚拟网卡。

选择网卡VMwareVirtualEthernetAdapter

VMwareVirtualEthernetAdapter

RealtekEthernetController

VMwareVirtualEthernetAdapter

⑵包的抓捕

Jnetpcap中包的抓捕也是有着固定的格式的，这在官网的示例

代码中也是能够找到的，只要设置好相关的参数，就能够进行抓

捕

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具体方法如下，利用Pcap对象的loop方法。就是实例化一个

Pcap对象，然后调用其loop方法。第一个参数argO代表循环次

数，第二个参数就是传入一个PcapPaketHandler或其子类的对

象，这个对象类型是要由我们自己编写的对包处理的方法。

while(CaptureUtil.flag){

pcap.loop(lrmyhandler,"/njnetpcap");

}I|•<Object>intorg.jnetpcap.Pcap.loop(intargO,PcapPacketHandler<Object>argl.Objectarg2)

⑶包的处理

在这里对捕获的包的处理我是编写了一个PcapPacketHandler

的子类，然后重写了nextPacket()方法。在这个方法里我把捕获到

的包当作参数传递个具体的处理方法

packetMatch.handlePacket(packet)o

packetMatch.handlePacket(packet)方法是由我自己编写的。

handlePacket是packetMatch的一个静态方法，能够直接调用。在

这个方法里面，它会把捕获到的包的包头和TCP、UPD、ICMP、

ARP、广播数据包五种类型的包的包头进行一一比较，以确认是

否抓到了了相对应的包。

这儿还用到的就是jnetpcap的内部的一个方法，就是

packet.hasHeader(argO),经过在argO传入已在jnetpcap里封装好的

包的类型的实例，能够很好的判断该包是属于什么包类型的，是

TCP、UPD、ICMP、ARP还是广播数据包。

然后内部对于各种包的信息的输出也有很好的支持，能够直接

使用相应的toString方法，就能够输出各种相关信息。

(4)网络流量统计

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对于各个捕获到的包，分别针对各种类型的包设计了一个

Double变量用于统计其传送过来相应包头的大小，并在停止抓包

后将统计的数据输出在最下方的TextArea里面。

二、界面实现

本程序在设计GUI时使用了Java的一个很好的插件

WindowBuildero

(1)布局

一开始使用BorderLayout布局，安排好各个按钮位置，文本

框位置。后来采用Absolutelayout,并将窗口大小固定化。

在布局的最上方是一个JToolBar的实例对象，其中放置有选择

网卡、开始抓包、停止抓包、清空记录等四个选项，中间是两个

带滚动条的多行文本框，左边的用于显示捕获的包的列表，右边

用于显示左边的我们选中的包的具体信息。最下方会在停止抓包

按钮生效后输出总的抓包情况。

如自叫二翼|回▼&<system*▼

<Palette

System_JA

年SelectionQMarquee

%Choosec...JUTabOrder

Containers

,JSplitPane,^JJTabbedP...

SJToolBar哈JlayeredP…

JDesktopP...i_JlnternalFr...

LayoutsI

储AbsoluteI...FlowLayout

亘iBorderLay...牯GridLayout

GridBagLa...CardLayout

HBoxLayoutjsSpringLay...

FormLayout特MigLayout

"GroupLay...

Struts&Springs

”Components

^iJLabelJJTextfield

^JComboBoxJButton

&JCheckBox<•JRadioBut...

J-JToggleBu...'.^JTextArea

!3?JFormatte...JPassword...v

⑵按钮功能连接

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在布局的最上方是一个JToolBar的实例对象，其中放置有选择

网卡、开始抓包、停止抓包、清空记录等四个选项，其中选择网

卡的功能具体由JComboBox（多文本选择框）上的选项决定，这

个多文本选择框监听着网卡获取的方法，它会从该方法获得一个

网卡列表，然后将其文本输出。

开始抓包的方法所对应的事件是抓包的事件，而且该抓包事件

是个并发的进程。因为如果不将其设置为并发进程，其会使其它

事件一直阻塞，甚至连停止抓包都做不到。停止抓包的事件其实

是改变了开始抓包中的一个标志位，让其为假。该标志为为真，

抓包程序会一直进行，该标志为为假，抓包停止。

下方两个文本框，左边的文本框监听的是开始抓包这个事件，

当这个事件开始，这个事件会向文本框传输捕获到的包的列表，

然后让其显示。而右边的文本框监听的是左边文本框我们选中的

内容的相应事件。因为对于我们捕获到的包我进行了编号，当我

们在左边的文本框选中了一个包之后，左边的文本框对应的包的

序号会被右边的文本框获取，用于在一个列表中根据序号查找到

相对应的包的详细内容，然后将其输出。

统计功能的实现是在每个包的具体处理时，在处理包的方法类

中已经有定义好几个静态变量用于计数，每个包具体处理时，将

相对应的包类型数量加一即可。还定义了其它的变量用于统计流

量大小，也是在每个包具体处理时，将相对应的包的大小加到相

对应的静态变量上即可。

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第三章源代码清单及说明

CaptureUtil.java

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〃该类负责网卡列表的获取、包的捕获、抓包程序的停止

packageutil;

importjava.util.ArrayList;

importjavax.swing.JOptionPane;

importorg.jnetpcap.Pcap;

importorg.jnetpcap.PcapIf;

importentity.Windows;

publicclassCaptureUtilextendsThread{

privatestaticbooleanflag=true;

publicstaticintnumbet-2;

privatestaticStringBuildererrbuf=newStringBuilder();//

用于存储任何错误信息

〃此方法用于获取设备上的网卡设施

publicstaticArrayList<PcapIf>CaptureNet(){

CaptureUtil./Z6z^=false;

〃下面有部分代码来自jnetpcap官网的实例

ArrayList<PcapIf>alldevs=newArrayList<PcapIf>();//

用于存储搜索到的网卡

//取得设备列表

intr=Pcap.findAHDevs(aWdevs,errbuf);

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if(r==Pcap.NQTOK||alldevs.isEmptyO){

JOptionPane.s〃ovvMessage£)ia/og(nun,e〃0/toString(),"错误

”,JOptionPane.£RROR_MESSAGE);

returnnull;

}

returnalldevs;

)

〃此方法用于选取网卡并捕获包

publicstaticvoidCapturePacket(ArrayList<PcapIf>alldevs){

CaptureUtil./7^=true;

Pcaplfdevice=andevs.get(〃"，泌er);

/*System.out.printf("\nChoosing'%s'onyourbehalf:\n",device

.getDescription());*/

〃打开选中的设备

intsnaplen=Pcnp.DEFAULT_SNAPLEN;//默认长度为65535

intflags=Pcap.MODE_PROMISCUOUS;II混杂模式,扑获所

有类型的包

inttimeout=1()*1000;//1()secondsinmiHis

Pcappcap=Pcap.ope〃Live(device.getName(),snaplen,flags,

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timeout,errbuf);

if(pcap==null){

”,JOptionPane.£RROR_MESSAGE);

return;

)

PacketMatchpacketMatch=PacketMatch.ge〃〃s/a〃ce();

MyPcapPacketHandler<Object>myhandler=new

MyPcapPacketHandler<Object>();

while(CaptureUtiiyZ<2g){

pcap.loop(l,myhandler,"/njnetpcap");

)

pcap.close();

)

publicvoidrun(){

CaptureUti\.CapturePacket(C^tureVti\.CaptureNetOy,

)

publicstaticvoidStopCapturePacket(){

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CaptureUtiL/Zag=false;

}

publicstaticvoidClearPacket(){

PacketMatch.numherOfPacket=0;

PacketMatch..clear。；

Windows./〃e〃7s.clear();

PacketMatch.〃〃加Z?erQ加”p=0;

PacketMatch.〃“〃2〃erQ/7bp=O;

PacketMatch./?”〃仍erQ/L4=();

PacketMatch./?”〃仍erQ/7c〃w=();

P2LcketMatch.numherOfWideSpread=0;

}

}

MyPcapPacketHandler.java

//该类是PcapPacketHandler的子类，重写了nextPacket方法

packageutil;

importorg.jnetpcap.packet.PcapPacket;

importorg.jnetpcap.packet.PcapPacketHandler;

publicclassMyPcapPacketHandler<Object>implements

PcapPacketHandler<Object>{

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@Override

publicvoidnextPacket(PcapPacketpacket,Objectargl){

PacketMatchpacketMatch=PacketMatch.ge〃九s/a〃ce();

packetMatch.handlePacket(packet);

PacketMatch.java

〃该类是包处理

packageutil;

importjava.util.HashMap;

importorg.jnetpcap.packet.PcapPacket;

importwork.Arp;

importwork.Icmp;

importwork.Ip4;

importtocol.tcpip.Tcp;

importtocol.tcpip.Udp;

importentity.Windows;

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publicclassPacketMatch{

publicstaticHashMaphm=newHashMapO;

publicstaticintnumberOfPacket=0;

privatestaticPacketMatchpm;

privateIcmpicmp=newIcmp();

privateTcptcp=newTcp();

privateUdpudp=newUdp();

privateArparp=newArp();

privateIp4ip4=newIp4();

publicstaticdoubletotalOfIcmp=0;

publicstaticdoubletotalOfTcp=0;

publicstaticdoubletotalOfUdp=0;

publicstaticdoubletotalOfArp=0;

publicstaticdoubletotalOfSpread=0;

publicstaticdoubletota10flp=0;

publicstaticintnumberOfWideSpread=0;

publicstaticintnumberOfUdp=0;

publicstaticintnumberOfTcp=0;

publicstaticintnumberOflcmp=0;

publicstaticintnumberOfArp=0;

publicstaticPacketMatchgetlnstance(){

if(pm==null){

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pm=newPacketMatch();

)

returnpm;

)

publicvoidhandlePacket(PcapPacketpacket){

〃以下四个包都已能够正确捕获

PacketMatch.totalOfIp+=packet.getTotalSize()/(1024.0*1024.

0)；

if(packet.hasHeader(icmp)){

handlelcmp(packet);

)

if(packet.hasHeader(arp)){

handleArp(packet);

)

if(packet.hasHeader(tcp)){

handleTcp(packet);

)

if(packet.hasHeader(udp)){

handleUdp(packet);

)

〃广播数据包的捕获

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if(packet.hasHeader(ip4)){

handlelp4(packet);

/*以下为实验IP地址的获取

packet.getHeader(ip4);

System.out.println(ip4.toString());

byte[]destinations=newbyte[4];

ip4.destinationToByteArray(destinations);

byte[]sources=newbyte[4];

ip4.sourceToByteArray(sources);

System.out.println("ip4destination:'1+destinations);

System.out.println(nip4resource:n+sources);

System.out.println(Hip4

destination:n+ip4.destinationToInt());

System.out.println(,,ip4

resource:H+ip4.sourceToInt());

System.out.println(Hip4

destination:,,+PacketMToIp(ip4.destinationToInt()));

System.out.println(nip4

resource:,,+PacketMToIp(ip4.sourceToInt()));

*/

)

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)

privatevoidhandleIp4(PcapPacketpacket){

packet.getHeader(ip4);

if(PacketMToIp(ip4.destinationToInt()).equals('*255.2

55.255.255")){

〃这是一个广播数据包

System.out.println("收到一个广播数据包

”)；

Windows.lItems.add(numberOfPacket,

播数据包”)；

hm.put(numberOfPacket,"这是一个广播

数据包!”)；

numberOfWideSpread++;

totalOfSpread+=ip4.getLength()/l024.0;

numberOfPacket++;

)

)

privatevoidhandleUdp(PcapPacketpacket){

packet.getHeader(udp);

System.out.printlnC'udp来源端口

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n+udp.toString());

hm.put(numberOfPacket,udp.toStringO);

Windows.lItems.add(numberOfPacket,,,udpn);

numberOfUdp++;

totalOfUdp+=udp.getLength()/l024.0;

numberOfPacket++;

)

privatevoidhandleTcp(PcapPacketpacket){

packet.getHeader(tcp);

System.out.println(tcp.toStringO);

hm.put(numberOfPacket,tcp.toStringO);

Windows.lItems.add(numberOfPacket,"tcp");

numberOfTcp++;

totalOfTcp+=tcp.getLength()/1024.0;

numberOfPacket++;

}

privatevoidhandleIcmp(PcapPacketpacket){

packet.getHeader(icmp);

System.out.printlnC4cmpf^icmp.toStringO);

hm.put(numberOfPacket,icmp.toStringQ);

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Windows.lItems.add(numberOfPacket,"icmp'*);

numberOfIcmp++;

totalOfIcmp+=icmp.getLength()/1024.0;

numberOfPacket++;

}

privatevoidhandleArp(PcapPacketpacket){

packet.getHeader(arp);

System.out.printlnC，arp:**+arp.toStringO);

hm.put(numberOfPacket,arp.toStringO);

Windows.lItems.add(numberOfPacket,"arpn);

numberOfArp++;

totalOfArp+=arp.getLength()/1024.0;

numberOfPacket++;

)

〃以下函数将Int类型转化为Ip地址

publicstaticStringintToIp(intiplnt){

returnnew

StringBuilder().append(((ipInt»24)&0xff)).append(,.,).append

((ipInt»16)&0xff).append(,.,).append

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((ipInt»8)&0xff).append(,.*).append

((ipInt&Oxff)).toString();

)

)

Windows.java

//该类是GUI界面设计

packageentity;

importjava.awt.Color;

importjava.awt.EventQueue;

importjava.awt.event.ActionEvent;

importjava.awt.event.ActionListener;

importjava.awt.event.ItemEvent;

importjava.awt.event.ItemListener;

importjava.util.ArrayList;

importjavax.swing.AbstractAction;

importjavax.swing.Action;

importjavax.swing.BorderFactory;

importjavax.swing.DefaultListModel;

importjavax.swing.JButton;

importjavax.swing.JComboBox;

importjavax.swing.JFrame;

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importjavax.swing.JList;

importjavax.swing.JPanel;

importjavax.swing.JScrollPane;

importjavax.swing.JTextArea;

importjavax.swing.JToolBar;

importjavax.swing.border.Border;

importjavax.swing.border.EmptyBorder;

importjavax.swing.event.ListSelectionEvent;

importjavax.swing.event.ListSelectionListener;

importorg.jnetpcap.PcapIf;

importutil.CaptureUtil;

importutil.PacketMatch;

publicclassWindowsextendsJFrame{

privateJPanelcontentPane;

privatefinalActionaction=newSwingAction();

privateflnalActionaction_l=newSwingAction_l();

privatefinalActionaction_2=newSwingAction_2();

publicstaticDefaultListModellltems=new

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DefaultListModelQ;

privateJListlist=newJList(lItems);

privatefinalActionaction_3=newSwingAction_3();

privateJScrollPanejspl=newJScrollPane(list);

privateJTextAreatextArea=newJTextArea();

privateJScrollPanejsp2=newJScrollPane(textArea);

privateJTextAreatextArea_l=newJTextArea();

/**

*Launchtheapplication.

*/

publicstaticvoidmain(String[]args){

EventQueue.invokeLater(newRunnable(){

publicvoidrun(){

try(

Windowsframe=newWindows();

frame.setVisible(true);

}catch(Exceptione){

e.printStackTraceQ;

)

)

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});

)

/**

*Createtheframe.

*/

publicWindows(){

setTitle(n\u6293\u5305");

setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);

setBounds(100,100,692,477);

contentPane=newJPanel();

contentPane.setBorder(newEmptyBorder(5,5,5,5));

setContentPane(contentPane);

contentPane.setLayout(null);

this.setResizable(false);

JToolBartoolBar=newJToolBar();

toolBar.setBounds(5,5,666,23);

contentPane.add(toolBar);

JButtonbutton=new

JButton("\u9009\u62E9\u7F51\u536r,);

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toolBar.add(button);

finalJComboBoxcomboBox=newJComboBox();

comboBox.addActionListener(newActionListener(){

publicvoidactionPerformed(ActionEvente){

String

net=(String)comboBox.getSelectedItem();

ArrayList<PcapIf>

alldevs=CaptureUtil.CaptureNet();

inti=0;

System.out.println(net);

for(Pcaplfdevice:alldevs){

if(net.equals(device.getDescription())){

CaptureUtil.number=i;

System.out.println(CaptureUtil.number+n:',+device.getDesc

ription());

CaptureUtil.StopCapturePacketO;

)

i++；

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)

)

});

comboBox.addItemListener(newItemListener(){

publicvoiditemStateChanged(ItemEventargO){

)

))；

toolBar.add(comboBox);

JButtonbutton_l=new

JButton(n\u5F00\u59CB\u6293\u5305n);

button_l.setAction(action_l);

toolBar.add(button_l);

JButtonbutton_2=newJButton("停止抓包”)；

button_2.setAction(action_2);

button_2.addActionListener(newActionListener(){

publicvoidactionPerformed(ActionEventargO){

)

))；

toolBar.add(button_2);

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JButtonbutton_3=new

JButtonC'\u6E05\u7A7A\u8BB0\u5F55n);

button_3.addActionListener(newActionListener(){

publicvoidactionPerformed(ActionEvente){

)

))；

button_3.setAction(action_3);

toolBar.add(button_3);

Borderbrd=BorderFactory.createMatteBorder(1,1,2,

2,Color.black);

list.setBorder(brd);

list.addListSelectionListener(new

ListSelectionListener(){

publicvoidvalueChanged(ListSelectionEvent

argO){

//TODOAuto-generatedmethodstub

textArea.setText(',n);

textArea.append((String)PacketMatch.hm.get(list.getSelecte

dlndex()));

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〃以下两行用于检测

//System.out.println(list.getSelectedIndex());

//

System.out.println((String)PacketMatch.hm.get(list.getSelect

edlndexQ));

)

))；

jspl.setBounds(5,28,258,343);

contentPane.add(jspl);

jsp2.setBounds(263,28,408,343);

contentPane.add(jsp2);

textArea_l.setBounds(5,371,666,67);

contentPane.add(textArea_l);

ArrayList<PcapIf>alldevs=CaptureUtil.CaptureNet();

for(Pcaplfdevice:alldevs){

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comboBox.addItem(device.getDescription());

)

)

privateclassSwingActionextendsAbstractAction{

publicSwingAction(){

putValue(NAME,“选择网卡”)；

putValue(SHORT_DESCRIPTION,'Someshort

description'*);

)

publicvoidactionPerformed(ActionEvente){

ArrayList<PcapIf>

alldevs=CaptureUtil.CaptureNet();

if(alldevs!=null){

System.out.println('*Networkdeviceshasbeen

found:'*);

inti=1;

for(Pcaplfdevice:alldevs){

System.out.println(n第"+(i++)+”个网卡名

字:'*+device.getName()+'*\n信息:"+device

.getDescription());

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)

)

)

)

privateclassSwingAction_lextendsAbstractAction{

publicSwingAction_l(){

putVahie(NAME,”开始抓包”)；

putValue(SHORT_DESCRIPTION,'Someshort

description'*);

)

publicvoidactionPerformed(ActionEvente){

〃抓包线程

(newCaptureUtil()).start();

)

}

privateclassSwingAction_2extendsAbstractAction{

publicSwingAction_2(){

putVahie(NAME,"停止抓包”)；

putValue(SHORT_DESCRIPTION,'Someshort

description");

)

publicvoidactionPerformed(ActionEvente){

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CaptureUtil.StopCapturePacket();

textArea_l.setText('*n);

String

message=nTcp:"+PacketMatch.numberOfTcp+”包

,,+PacketMatch.totalOfTcp+',KB”+

"Udp:"+PacketMatch.numberOfUdp+'1包

n+PacketMatch.totalOfUdp+"KB,,+,,\n"+

,,Icmp:',+PacketMatch.numberOfIcmp+n包

n+PacketMatch.totalOfIcmp+“KB"+

,,Arp:,,+PacketMatch.numberOfArp+n包

,,+PacketMatch.totalOfArp+,,KB”+“\n"+