traceroute程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、traceroute程序設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) Traceroute程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 學(xué)生姓名：樊冠宇 指導(dǎo)老師二姜文超 摘要本文主要講述了路山追蹤的基本程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并給出了一種基 于IP網(wǎng)絡(luò)的路III追蹤命令Tracert,詳細(xì)分析了實(shí)現(xiàn)路山追蹤的基本原理，歸納了 路由追蹤的基本流程。Tracert通過(guò)ICMP協(xié)議和I P header中T T L （存活時(shí) 間）利用路山器對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)存活時(shí)間的處理方式來(lái)實(shí)現(xiàn)路山探測(cè)的。首先根據(jù)任 務(wù)書設(shè)計(jì)好流程圖，然后編寫程序代碼，運(yùn)行得到Traceroute的命令窗口。提取 tracert的輸出，再結(jié)合現(xiàn)有IP數(shù)據(jù)庫(kù)及自建地名-坐標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)路山中各節(jié)點(diǎn)IP進(jìn) 行定位

2、，最終實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)顯示追蹤的詳細(xì)信息和路徑。 關(guān)鍵詞：IP地址,ICMP協(xié)議,TTL, Tracert路由追蹤 Internet,是LI前世界上最大的訃算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，更確切的說(shuō)是網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)，它 山遍布全球的兒萬(wàn)局域網(wǎng)和數(shù)白萬(wàn)臺(tái)訃算機(jī)組成，并通過(guò)用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的 TCP/IP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)間通信。互聯(lián)網(wǎng)中，信息的傳送是通過(guò)網(wǎng)中許多段的傳輸介 質(zhì)和設(shè)備從一端到達(dá)另一端。每一個(gè)連接在Internet 的設(shè)備，如主機(jī)、路由 器、接入服務(wù)器等一般情況下都會(huì)有一個(gè)獨(dú)立的IP地址。通過(guò)Traceroute我們 可以知道信息從你的訃算機(jī)到互聯(lián)網(wǎng)另一端的主機(jī)是走的什么路勁。當(dāng)然每次 數(shù)據(jù)包山某一同樣的出發(fā)點(diǎn)到達(dá)某一同樣的

3、LI的地走的路勁可能會(huì)不同，但基 本上來(lái)說(shuō)大部分時(shí)候所走的路由是相同的。隨著Internet （國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)）的發(fā) 展，越來(lái)越多的服務(wù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供給大眾，與此同時(shí)，針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的攻擊事件 也越來(lái)越頻繁。所謂路山追蹤實(shí)際上就是在IP網(wǎng)絡(luò)上判斷從源到達(dá)LI的所經(jīng)過(guò) 的路山器的IP地址，其基本的實(shí)現(xiàn)手段都是向口的地發(fā)送數(shù)據(jù)包以獲取經(jīng)過(guò)的 路由器的IP。山于Internet 的路山協(xié)議是動(dòng)態(tài)的，所以每次形成的數(shù)據(jù)包從 同一個(gè)出發(fā)點(diǎn)到達(dá)目的地的路由可能會(huì)不一樣，但由于路由算法有一定的穩(wěn)定 性，在大部分時(shí)侯所走的路山會(huì)是相同的。 課程設(shè)計(jì)目的 1. 這次課程設(shè)汁，主要為了加深同學(xué)們對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)的理解和認(rèn)識(shí)

4、 2. 了解信息在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間的傳送和接收 3. 進(jìn)一步加深了解網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議 4. 理解網(wǎng)絡(luò)中的IP地址以及路山之間的相關(guān)命令。 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 .已知參數(shù)：輸入：目的節(jié)點(diǎn)IP地址或主機(jī)名；輸出：從控制臺(tái)屏幕輸出IP報(bào) 文山本機(jī)出發(fā)到達(dá)LI的主機(jī)所經(jīng)過(guò)的路山信息。 2.設(shè)計(jì)要求：通過(guò)原始套接字編程，實(shí)現(xiàn)Tracert的基本功能 初始化Windows Sockets網(wǎng)絡(luò)環(huán)境； 解析命令行參數(shù)，構(gòu)造U的端socket地址; 定義IP、ICMP報(bào)文； 接收ICMP差錯(cuò)報(bào)文并進(jìn)行解析。 課程設(shè)計(jì)要求 （1）按要求編寫課程設(shè)訃報(bào)告書，能正確闡述設(shè)訃結(jié)果。 （2）通過(guò)課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)

5、的科學(xué)態(tài)度，認(rèn)真的工作作風(fēng)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精 神。 （3）學(xué)會(huì)文獻(xiàn)檢索的基本方法和綜合運(yùn)用文獻(xiàn)的能力。 （4）在老師的指導(dǎo)下，要求每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容。 2設(shè)計(jì)原理 raceroute是一個(gè)路由跟蹤命令,它通過(guò)ICMP協(xié)議和I P header中T T L （存活時(shí)間）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體而言就是：發(fā)送方發(fā)出一個(gè)TTL是I的IP Datagram （事實(shí)上每個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送三次，大小為40字節(jié)，包括本機(jī)的IP地 址，目的主機(jī)的IP地址以及時(shí)間戳），當(dāng)經(jīng)由第一個(gè)路曲器時(shí)，路由器將該數(shù) 據(jù)包的TTL減1,發(fā)現(xiàn)此時(shí)的TTL為0,將數(shù)據(jù)包丟失，同時(shí)向源主機(jī)發(fā)送一個(gè) ICMPTime-to-Exceed報(bào)

6、文（包括源主機(jī)的IP地址、路由地址以及路由的相關(guān)消 息），源主機(jī)收到這個(gè)數(shù)據(jù)包后就知道了這個(gè)路由器在這條路徑上。同理發(fā)送 第二個(gè)、第三個(gè).第n個(gè)。源主機(jī)將每次I P數(shù)據(jù)報(bào)的TTL+ 1 ,直到某個(gè) 數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)了目的地址，此時(shí)不知發(fā)回一個(gè)I CMP T i me- t o-E x c e e d ,而是發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的響應(yīng)報(bào)文。當(dāng)源主機(jī)收到這樣一個(gè)報(bào)文后便 知道數(shù)據(jù)包已經(jīng)到達(dá)了口的地。Traceroute提取發(fā)ICMPTTL到期消息設(shè)備的IP 地址并作域名解析。每次，Traceroute都打印出一系列數(shù)據(jù)，包括所經(jīng)過(guò)的路由 設(shè)備的域名及IP地址,三個(gè)包每次來(lái)回所花時(shí)間。Traceroute有一個(gè)

7、固定的時(shí)間 等待響應(yīng)（ICMPTTL到期消息）。如果這個(gè)時(shí)間過(guò)了，它將打印出一系列的*號(hào)表 明：在這個(gè)路徑上，這個(gè)設(shè)備不能在給定的時(shí)間內(nèi)發(fā)出ICMPTTL到期消息的響 應(yīng)。然后，Traceroute給TTL記數(shù)器加1,繼續(xù)進(jìn)行。 簡(jiǎn)介和基本原理 ICMPflnternet Control Message Protocol）,B卩 Internet 控制報(bào)文協(xié)議，它是 TCP/IP協(xié)議族的一個(gè)子協(xié)議”屬于網(wǎng)絡(luò)層面向無(wú)連接的協(xié)議，主要用于在主機(jī)與 路山器之間傳遞控制信息，包括報(bào)告錯(cuò)誤、交換受限控制和狀態(tài)信息等。當(dāng)遇到 IP數(shù)據(jù)無(wú)法訪問(wèn)U標(biāo)、IP路山器無(wú)法按肖前的傳輸速率轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包等情況時(shí)， 會(huì)自動(dòng)

8、發(fā)送ICMP消息。ICMP報(bào)文被包裝成IP數(shù)據(jù)包傳到數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行傳 輸。通過(guò)ICMP協(xié)議，主機(jī)和路由器可以報(bào)告錯(cuò)誤并交換相關(guān)的狀態(tài)信息。 ICMP對(duì)于TCP/IP協(xié)議的可靠運(yùn)行是至關(guān)重要的。ICMP報(bào)文結(jié)構(gòu)如圖1所示： p7815 1631 位類型|8位代碼 |16位校驗(yàn)和 （不同類型和代碼有不同的內(nèi)容） 圖1 ICMP報(bào)文結(jié)構(gòu) 程序的基本原理 路山追蹤的主要原理是根據(jù)路徑上各路山器對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)的存活時(shí)仃imeto Live, TTL）做不同的處理，使其產(chǎn)主超時(shí)ICMP消息響應(yīng)，反饋至源主機(jī)從而獲得 此跳路由器或主機(jī)的IP。照此再發(fā)送下一個(gè)TTL經(jīng)過(guò)自增的數(shù)據(jù)報(bào)，直至獲得整 個(gè)路由中各節(jié)點(diǎn)的IP

9、或者接收到錯(cuò)誤的消息。詳細(xì)過(guò)程描述如下： 1）置n =假設(shè)該過(guò)程中共經(jīng)過(guò)M個(gè)路曲器。 2）源主機(jī)S向口標(biāo)主機(jī)D發(fā)送一個(gè)TTL為n的UDP數(shù)據(jù)報(bào)。并設(shè)定端口號(hào) （一般大于30 000）。 3）路曲器（或者網(wǎng)關(guān)、主機(jī)）Rn對(duì)接收到的數(shù)據(jù)報(bào)的TTL值n做減1處理。 4）若n = 0,則丟棄UDP數(shù)據(jù)報(bào)，向源主機(jī)S發(fā)送ICMP超時(shí)報(bào)文。 5）若n$l,繼續(xù)向LI標(biāo)主機(jī)D發(fā)送經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)報(bào)。 6）源主機(jī)S分析返回的ICMP報(bào)文，從中提取出發(fā)送者Rn的地址IPn并做記 錄。 7) 若收到“端口不可達(dá)”的ICMP報(bào)文，則發(fā)送方即H標(biāo)主機(jī)D,記錄其地址 IPn,追蹤完成。 8) 置n = n +1,繼續(xù)向目

10、標(biāo)主機(jī)D發(fā)送TTL為n的數(shù)據(jù)報(bào)。 注意,這里使UDP數(shù)據(jù)報(bào)的端口號(hào)大于30000,是因?yàn)橐话愕膽?yīng)用程序不可能 使用如此高的端口號(hào)。當(dāng)然這并非絕對(duì)，若出現(xiàn)例外，則源主機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)等待超時(shí)， 于是隨機(jī)改變此UDP數(shù)據(jù)報(bào)的端口號(hào)，再次發(fā)送。這樣最終可以在標(biāo)主機(jī)上找 到一個(gè)空閑的端口號(hào)。另外，這里假設(shè)路由器和U標(biāo)主機(jī)沒(méi)有被配置為“過(guò)濾 ICMP”或者做了其他的非常規(guī)處理，如果被做了類似的配置，則上面的追蹤機(jī)制 就無(wú)能為力了。 實(shí)現(xiàn)的功能 IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部山兩部分構(gòu)成：固定部分和可變部分。固定部分的長(zhǎng)度是 20個(gè)字段，可變部分由許多選項(xiàng)構(gòu)成，最長(zhǎng)可達(dá)40個(gè)字節(jié)。雖然選項(xiàng)并不是 IP數(shù)據(jù)報(bào)的必需部分，但選項(xiàng)的

11、處理卻是IP軟件的必需部分。 在現(xiàn)在的TCP/IP協(xié)議中，只定義了六種選項(xiàng)，對(duì)于我們進(jìn)行路由追蹤技術(shù) 有用的是記錄路山選項(xiàng)，一個(gè)記錄路山選項(xiàng)是用來(lái)記錄處理IP數(shù)據(jù)報(bào)的互聯(lián)網(wǎng) 路由器的IP地址。因?yàn)槭撞康淖畲箝L(zhǎng)度是60個(gè)字節(jié)，它包括20個(gè)字節(jié)的基本 首部。這就意味著只剩下40個(gè)字節(jié)留下給選項(xiàng)部分，所以通過(guò)選項(xiàng)字段最多能 夠記錄9個(gè)路山器的IP地址。源站在選項(xiàng)中創(chuàng)建一個(gè)位標(biāo)置(placeholder),用 來(lái)填入所經(jīng)過(guò)的各路III器，圖2給出了記錄路山選項(xiàng)的格式。 向目的主機(jī)發(fā)送一個(gè)ICMP報(bào)文，這種方法只要求使用一個(gè)套接字。ICMP即 Internet控制報(bào)文協(xié)議，是一種用于特殊用途的報(bào)文機(jī)制，

12、可以使互聯(lián)網(wǎng)中的路 山器或主機(jī)報(bào)告差錯(cuò)或提供有關(guān)意外情況的信息。盡管UDP和ICMP工作在 TCP/IP的不同層次上，但他們的封裝是類似的。ICMP報(bào)文為兩級(jí)封裝ICMP報(bào)文 放在IP數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)部分，數(shù)據(jù)報(bào)則放在幀的數(shù)據(jù)中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸（如圖3所 示）ICMP報(bào)文與其他普通報(bào)文一樣，具有相同的路山選擇，并沒(méi)有特殊的優(yōu)先 權(quán)和增加可黑性。通過(guò)路III選項(xiàng)的方法記錄路山的實(shí)現(xiàn)同UDP數(shù)據(jù)報(bào)是相似 的，這里主要說(shuō)明通過(guò)TTL方法的實(shí)現(xiàn)。 分析本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)書，整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過(guò)程大致可以分為三個(gè)步 驟：第一步主要是設(shè)訃好流程圖；笫二步是根據(jù)流程圖編寫程序代碼；笫三步 是在程序編譯通過(guò)后，運(yùn)行程序結(jié)

13、果，在對(duì)話框中輸入要追蹤的IP地址，觀察 路111追蹤命令追蹤IP地址在網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)行。其中第一步跟第二步是關(guān)鍵，只有 完整的流程圖和根據(jù)要求編寫好正確的程序，才能運(yùn)行得到正確的結(jié)果。下面 是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中各個(gè)步驟的詳細(xì)分析。 流程圖 根據(jù)要求設(shè)計(jì)好的流程圖如圖4所示: 圖4流程圖 的核心程序 整個(gè)設(shè)訃過(guò)程的核心程序代碼: include ,u, include include include #訐 def _DEBUG #undefTHIS_FILE static char THIS_FILE=_FILE_; #define new DEBUG.NEW #endif void CPing:Pi

14、ng(int timeout) m_hSocket = WSASocket (AFJNET, SOCK_RAWZ IPPROT0CMP, NULL, 0,WSA_FLAG_OVERLAPPED); 訐(m_hSocket = INVALID_SOCKET) AfxMessageBox(socket 創(chuàng)建失敗! return ; Start sending/receiving ICMP packets 開(kāi)始發(fā)送/接收 ICMP 的數(shù)據(jù)包 拴TraceRoute 路由跟喘 |www. sina. com| 跟蹤報(bào)告 #define new DEBUG_NEW #end 訐 llllllllllll

15、llllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll / Construction/Destruction llllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll /IP struct IPHEADER unsigned int hen:4;/ 首部長(zhǎng)度 unsigned int version:4; / 版本 unsigned char tos; 服務(wù)類型 unsigned short total_len; 報(bào)文總長(zhǎng)度 unsigned sho

16、rt ident; /標(biāo)識(shí) unsigned short frag_and_flags; 偏移量 unsigned char ttl； 壽命 unsigned char proto; 協(xié)議 unsigned short checksum;首部校驗(yàn)和 unsigned int sourcelP; 源站IP unsigned int destIP; /目的站IP ； /ICMP首部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) struct ICMPHEADER BYTE Ltype;類型 BYTE Lcode;代碼 USHORT i_cksum; USHORT ijd; USHORT Lseq; ULONG timestamp; ；

17、 首部校驗(yàn)和 /標(biāo)識(shí) 序列號(hào) 時(shí)間戳（選用） CTracer:CTracer() Seq=l; icmpData=NULL; icmpRcvBuf=NULL; m_hSocket=INVALID_SOCKET; 初始化socket WSADATA wsaData; if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2)/ CT racer: :CT racer() 關(guān)閉 Socket 訐(m_hSocket!=NULL) closesocket(m_hSocket); WSACIeanup(); /Checksum USHORT CTracer:CheckSum(char* pBuffer,i

18、nt size) USHORT* buffer=(USHORT*)pBuffer; unsigned long cksum=O; while(size 1) cksum += *buffer+; size -= sizeof(USHORT); 訐(size ) cksum += *(UCHAR*)buffer; cksum = (cksum 16) + (cksum cksum += (cksum 16); return (USHORT)(cksum); /FillAddress BOOL CTracer:FillAddress(char *addrDest) memset( =AFJNET;

19、 if(in et_addr(addrDest)=INADDR_NONE) - 輸入的地址為計(jì)算機(jī)名字 HOSTENT* hp=NULL; hp=gethostbyname(addrDest); if(hp) memcpy( =hp-h_addrtype; else AfxMessageBox(n 獲取地址失敗! ”)； return FALSE; else return TRUE; /FilllCMPData void CTracer:FilllCMPData(char* icmpDatajnt size) memset(icmpData,O,size); ICMPHEADER* icmpH

20、eader=NULL; icmpHeader=(ICMPHEADER*)icmpData; icmpHeader-i_type =ICMP_ECHO; icmpHeader-i_code =0; icmpHeader-i_id =(USHORT)GetCurrentProcessld(); icmpHeader-i_seq =m_n Seq+; /GetTickCoun?返回從一0點(diǎn)到現(xiàn)在的毫秒數(shù)，作時(shí)間戳 icmpHeader-timestamp=GetTickCount(); char* datapart=icmpData+sizeof(ICMPHEADER); memset(datapa

21、rt,*,/size-sizeof(ICMPHEADER); 填充校驗(yàn)和 icmpHeader-i_cksum =CheckSum(icmpData,size); 設(shè)置數(shù)據(jù)報(bào)的壽命 BOOL CTracer:SetTTL(SOCKET hSocket, int ttl) int result; resu It=setsockopt( hSocket, IPPROTOPP_TTL,(LPSTR) if(result=SOCKET_ERROR) AfxMessageBox(i5置數(shù)據(jù)報(bào)壽命失敗! ”)； TerminateProcess(GetCurre ntProcessOJ); return

22、TRUE; 發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào) BOOL CTracer:SendData(char* icmpDataJnt size) 填充ICMP報(bào)頭 FilllCMPData(icmpData,size); 發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào) int result; timel=GetTickCount(); result=sendto(m_hSocket/icmpData/size,0/(SOCKADDR*) if(result=SOCKET_ERROR) if(WSAGetLastError()=WSAETIMEDOUT) (CTraceRouteDlg*)m_pWnd)-lnfoAdd (發(fā)送超時(shí)冷; return TRUE;

23、 AfxMessageBoxf發(fā)送報(bào)文失敗!)； TerminateProcessfGetCurr en tProcess()d return FALSE; 接收數(shù)據(jù)報(bào) BOOL CTracer:RecvData(char* icmpRcvBuf,int* presuit) static int count=0; 總共6次出現(xiàn)接收超時(shí)，判斷存在連接問(wèn)題。 if(count5) AfxMessageBox(n 連接存在問(wèn)題!”)； TerminateProcessfGetCurr en tProcess()l); int fromlen=sizeof(SOCKADDR); *presult=SO

24、CKET_ERROR; *presult=recvfrom(m_hSocket,icmpRcvBuf,MAX_PACKET/0,(SOCKADDR*) time2=GetTickCount(); 訐(*presult=SOCKET_ERROR) if(WSAGetLastError()=WSAETIMEDOUT) (CTraceRouteDlg*)m_pWnd)-lnfoAdd (接收超時(shí)!)； cou nt+; return TRUE; AfxMessageBox(u接收數(shù)據(jù)報(bào)失敗!); TerminateProcessfGetCurre ntProcess()廣 1); return FA

25、LSE; 處理接收到的數(shù)據(jù)報(bào) BOOL CTracer:DecodelCMP(char* pBufferJnt bytes,int ttl) IPHEADER *ipHeader=NULL; ICMPHEADER *icmpHeader=NULL; unsigned short ipHeaderLen; HOSTENT *ph=NULL; in_addr inaddr=; ipHeader=(IPHEADER*)pBuffer; ipHeaderLe n=20; 訐(bytesi_type) 目的站點(diǎn)的返回 case ICMP_ECHOREPLY: ph=gethostbyaddr(const

26、 char *) 訐(ph !=NULL) CString report; (%2d %s (%s),/ttl,ph-h_name/inet_ntoa(inaddr); (CTraceRouteDlg*)m_pW nd)lnfoAdd(report); _ return TRUE; break; 中途路由器的返回 case ICMP_TIMEOUT: CString report; (%2d %s %2d msttl, inet_ntoa(inaddr),(time2- timel); (CTraceRouteDlg*)m_pW nd)lnfoAdd(report); return FALSE

27、; break; 錯(cuò)誤：主機(jī)不可達(dá) case ICMP_DESTUNREACH: CString report; (%2d %s 主機(jī)不可達(dá),ttlzinet_ntoa(inaddr); (CTraceRouteDlg*)m_pW nd)-lnfoAdd(report); return TRUE; break; 收到一個(gè)不是回應(yīng)的報(bào)文 default: L CString report; (非回應(yīng)報(bào)文”); (CTraceRouteDlg*)m_pW nd)lnfoAdd(report); return TRUE; return FALSE; void CTracer:SetWnd(CDial

28、og *pWnd) i殳置窗口指針 m_pWnd=pWnd; _ void CTracer:Trace(char *destAddress) int size二DEF_PACKET_SIZE+sizeof(ICMPHEADER); 轉(zhuǎn)換地址 訐(!FillAddress(destAddress) return ; 分配必要的內(nèi)存空間 icmpData=(char*)HeapAlloc(GetProcessHeap()/HEAP_ZERO_MEMORY,MAX_PACKET); icmpRcvBuf=(char*)HeapAlloc(GetProcessHeap()/HEAP_ZERO_MEMORY,MAX_PACK ET)； if(!icmpData | | licmpRcvBuf) AfxMessageBox(分配內(nèi)存空間失敗!*); TerminateProcesstGetCurrentProcessO,-!); memset(icmpData,O,l/IAX_PACKET); memset(icmpRcvBuf,O,MAX_PACKET); 初始化套接字 m_hSocket=WSASocket(AFJNET,SOCK_RAW,IP