TFTP-Experiment

TFTP（简单文件传输协议）是一种基于UDP的简易文件传输协议，主要可用于在局域网内快速传输文件，常用于网络设备引导、系统无盘工作站启动、固件升级等等场景。本实验编写了一个简单的TFTP客户端，可以与Tftpd64服务器进行连接，实现简单的文件上传、下载及日志记录功能，并能丢包重传，具有一定的抗干扰稳定性，附上源代码框架和测试环境

TFTP协议基本特征

协议端口：默认使用UDP 69端口
传输模式：无连接，基于UDP协议
数据传输单位：每个数据包最大512字节（可扩展，RFC-2348）
可靠性：通过确认（ACK）与重传机制来保证数据可靠性

TFTP协议工作流程

客户端请求

客户端向服务器端69号端口发送读请求（RRQ）或写请求（WRQ），相关请求报文格式如下所示：

1
2
3

2 bytes   string   1 byte   string   1 byte
--------------------------------------------
| Opcode | Filename | 0 | Mode | 0 |

Opcode字段：指定操作类型 0x0001 = RRQ，0x0002 = WRQ
Filename字段：指定读取或传输的文件名，文件名必须以"\0"（字节0x00）结尾，如”test.txt\0”
Mode字段：指定文件传输格式，netascii = 文本模式，octet = 二进制模式，其必须以"\0"结尾

服务器端响应

如果收到客户端RRQ请求，服务器会发送第一个数据包（DATA包），如果是WRQ请求，服务器会发送第一个确认包（ACK包），表示已做好接收数据准备

文件传输

传输的文件被分成多个DATA包，每个DATA包负载均为512字节（最后一块可能小于512字节），接收端需要持续发送ACK包确认报文，且如果出现超时，需要重传，DATA包与ACK包结构如下所示：

-- DATA包
2 bytes   2 bytes   n bytes
----------------------------
| Opcode | Block -- | Data |

-- ACK包
2 bytes   2 bytes
-----------------
| Opcode | Block |

结束会话

当接收方收到的数据包小于512字节时，发送最后一个ACK包并关闭会话即可（因此即使文件大小可以被512整除，也需要发送一个负载为0字节的报文）

TFTP协议特点

丢包重传

通过丢包重传机制，TFTP协议依托不可靠的UDP传输协议，实现较可靠的文件传输功能
TFTP使用停等协议实现丢包重传（Stop-and-Wait ARQ）：

发送方每次仅发送一个DATA包，只有接收到ACK包才发送下一个指定DATA包
接收方每接收到一个DATA包，就发送携带最后一个正确包Block编号的ACK确认报文。若收到的DATA包为重复包或错误Block号包，则丢弃（TFTP协议为严格顺序传输协议）
TFTP超时重传规则：
超时时间：典型实现为5s，可根据实际网络通信状况修改
重传次数：一个报文最多重新传输次数，超过该值则认为文件传输失败，立刻终止会话
发送DATA包后没收到任何ACK确认包
发送方会再次发送同一个Block号DATA包
发送RRQ\WRQ\ACK后没收到任何回应
发送方会重复发送同一个请求报文

ERROR报文

一个不常用的TFTP报文，其格式为：

1
2
3

2 bytes   2 bytes      string     1 byte
----------------------------------------
| Opcode | ErrorCode | ErrMsg |   0   |

Opcode：固定为5
ErrorCode：2字节，错误码
ErrMsg：错误信息字符串，自定义，文本格式可读，以”\0”结尾

常见的错误码有

ErrorCode	含义
0	未定义错误（Not defined）
1	文件未找到（File not found）
2	访问违规（Access violation）
3	磁盘满/分配超出（Disk full）
4	非法操作（Illegal TFTP operation）
5	未知传输 ID（Unknown transfer ID）
6	文件已存在（File already exists）
7	无效用户（No such user）

Windows套接字编程

编写简易TFTP程序需要用到Windows套接字编程相关函数，现将函数原型和作用列出：

WSAStartup函数
WSAStartup函数用于初始化 Windows 套接字库（Winsock），在使用任何套接字相关函数前必须调用。成功返回 0，失败返回错误码

int WSAStartup(
    WORD wVersionRequested,   // 请求的Winsock版本号，如MAKEWORD(2, 2)表示请求的Winsock版本号为2.2
    LPWSADATA lpWSAData       // 指向WSADATA结构体的指针，用于接收初始化信息
);

WSACleanup函数
WSACleanup函数用于释放 Winsock 库资源，通常在网络操作结束后调用。成功返回 0，失败返回错误码

1	int WSACleanup(void);

sendto函数
sendto函数用于通过指定的套接字向目标地址发送数据，适用于 UDP（无连接）通信，返回值为实际发送的字节数，若失败则返回 SOCKET_ERROR

int sendto(
    SOCKET s,                  // 套接字描述符
    const char* buf,           // 要发送的数据缓冲区
    int len,                   // 数据长度
    int flags,                 // 标志位，通常为 0
    const struct sockaddr* to, // 目标地址结构体指针
    int tolen                  // 目标地址结构体长度
);

recvfrom函数
recvfrom函数是 UDP 通信中常用的函数，用于接收数据报文，同时获取发送方的地址信息。它适用于无连接的套接字，其成功时，返回接收到的字节数；
失败时，返回 SOCKET_ERROR，可以通过 WSAGetLastError() 获取错误码

int recvfrom(
    SOCKET s,                  // 套接字描述符
    char* buf,                 // 接收数据的缓冲区
    int len,                   // 缓冲区最大长度
    int flags,                 // 标志位，通常为 0
    struct sockaddr* from,     // 发送方地址结构体指针，指向一个 sockaddr 结构体，用于存储发送方的地址信息。如果不需要发送方地址，可以传入NULL
    int* fromlen               // 发送方地址结构体长度指针，指向一个整数变量，表示 from 结构体的大小。函数返回时，该变量会被更新为实际的地址长度
);