計算機網絡課程設計IP數據包的捕獲與分析

1、CENTRAL SOUTH UNIVERSITY計算機網絡課程設計報告目錄第一章 課程設計的目的與要求11.1 課程設計的目的11.2 課程設計的要求1第二章 課程設計的內容32.1 課程設計的內容32.2 內容的要求3第三章 程序分析與設計43.1 IP數據包43.1.1 IP數據包的格式說明43.1.2 IP數據包的格式43.1.3 IP數據包的C+定義53.1.4 IP數據包的解析63.2 套接字73.1.4 套接字的使用73.1.4 使用原始套接字73.3 接受數據包7第4章 實驗結果104.1 程序截圖10第五章 總結115.1 實驗心得11第六章 附錄126.1 源代碼12第一章

2、課程設計的目的與要求1.1 課程設計的目的 計算機網絡課程設計的目的，是為了讓學生更深入地掌握計算機網絡的核心內容，實現理論與實踐相結合。讓學生用具體的實踐成果，體現對理論知識的掌握程度。有利于學生提高計算機網絡的實踐能力，加深對計算機網絡理論知識的理解。1.2 課程設計的要求（1）編寫程序，實現系統(tǒng)的基本功能，鼓勵自行增加新功能；（2）要有用戶界面：要求至少采用文本菜單界面；鼓勵采用圖形菜單界面；（3）寫課程設計報告，內容包括：l 封面（參見附錄I）l 需求分析：以無歧義的陳述說明程序設計的任務，強調的是程序要做什么？給出功能模塊圖和流程圖。同時明確規(guī)定：輸入的形式和輸出值的范圍；輸出的形式

3、；程序所能夠達到的功能；測試數據，包括正確的輸入及其輸出結果和含有錯誤的輸入及其輸出結果。l 概要設計：包括程序設計組成框圖，程序中使用的存儲結構設計說明（如果指定存儲結構請寫出該存儲結構的定義）。l 詳細設計：包括模塊功能說明（如函數功能、入口及出口參數說明，函數調用關系描述等），每個模塊的算法設計說明（可以是描述算法的流程圖）。其中源程序要按照寫程序的規(guī)則來編寫，結構清晰，重點函數的重點變量，重點功能部分要加上清晰的程序注釋。l 運行結果：包括典型的界面、輸入和輸出數據等；l 總結：包括課程設計中遇到的問題，解決問題的過程及體會、收獲、對課程設計的認識與思考等。l 附錄：包括主要程序清單，

4、要有適當的注釋，使程序容易閱讀。（4）課程設計報告書寫規(guī)范參見附錄II，不按照規(guī)范書寫的，成績不能評為“優(yōu)”或“良”。（5）無論在校外、校內，都要嚴格遵守學校和所在單位的學習和勞動紀律、 1規(guī)章制度，學生有事離校必須請假。課程設計期間，無故缺席按曠課處理；缺席時間達四分之一以上者，其成績按不及格處理。第二章 課程設計的內容2.1 課程設計的內容本次實驗的要求在網絡環(huán)境,使用VC+編寫程序實現捕獲網絡中的IP數據包，解析數據包的內容，將結果顯示在標準輸出上，并同時寫入日志文件。2.2 內容的要求（1）以命令行形式運行（應如程序名+參數名）：ipparse logfile，其中ipparse是程序

5、名，而logfile為該程序所帶參數，其代表記錄結果的日志文件。（2）在標準輸出和日志文件中寫入捕獲的IP包的版本、頭長度、服務類型、數據包總長度、數據包標識、分段標志、分段偏移值、生存時間、上層協(xié)議類型、頭校驗和、源IP地址和目的IP地址等內容。 （3）當程序接收到鍵盤輸入CtrlC時退出。第三章 程序設計與分析3.1 IP數據包3.1.1 IP數據包的格式說明 IP數據包格式包含了標頭固定部分，標頭可變部分和數據區(qū)三部分。IP數據報標頭部分固定為20個字節(jié)，其中包含了12個參數域，各參數域隱含著網間協(xié)議的傳輸機制。IP具體的標頭格式如圖1所示。 各參數域的具體含義如下：1) 版本號：長度4

6、位，表示所使用的IP協(xié)議的版本。IPv4版本號字段值為4；IPV6版本號字段號的值為6.2) 標頭長：長度4位，定義了一個以4B為一個單位的IP包的報頭長度3) 服務類型：共8位，高3位組成優(yōu)先級子域，隨后4位組成服務類型子域。4) 數據報總長度：總長度為2B（即6位）。定義了以字節(jié)為單位的數據報的總長度。5) 重裝標識：長度16位，用于識別IP數據報的編號，讓目的主機判斷新來的數據屬于哪個分組。6) 分片標識：共3位，最高位為0；DF禁止分片標識。DF=0，可以分片；DF=1，不能分片。MF:分片標識。MF=0，表示接的是最后一個分片；MF=1，不是最后一個分片。7) 片偏移值：共13位，說

7、明分片在整個數據報中的相對位置。8) 生存周期：8位，用來設置數據數據報在整個網絡傳輸過程中的壽命。常以一個數據報可以經過的最多的路由器跳步數來控制。9) 協(xié)議類型：共8位，表示該IP數據報的高層協(xié)議類型。10) 標頭校驗和：共16位，用于存放檢查報頭錯誤的校驗碼。11) 源、宿主機地址：共32位，分別表示發(fā)送和接受數據報的源主機和宿主機的IP地址。選項數據域：0-40B，用于控制和測試3.1.2 IP數據包的格式3.1.3 IP數據包的C+定義typedef struct _IPunionBYTE Version; / 版本BYTE HdrLen;/IHT;BYTE ServiceType;

8、 / 服務類型WORD TotalLen; / 總長WORD ID; / 標識union WORD Flags; / 標志WORD FragOff; / 分段偏移;BYTE TimeToLive; / 生命期BYTE Protocol; / 協(xié)議WORD HdrChksum; / 頭校驗和DWORD SrcAddr; / 源地址DWORD DstAddr; / 目的地址BYTE Options; / 選項 IP;3.1.4 IP數據包的解析通過IP_HEADER解析IP頭各個字段的代碼：/*獲取版本字段*/ip.Version4;/*獲取頭部長度字段*/ip.HdrLen & 0x0f;/*獲

9、取服務類型字段中的優(yōu)先級子域*/ip.ServiceType5;/*獲取服務類型字段中的TOS子域*/(ip.ServiceType1)&0x0f;/*獲取總長度字段*/ip.TotalLen;/*獲取標識字段*/ip.ID;/*解析標志字段*/DF = (ip.Flags14) & 0x01;MF = (ip.Flags13) & 0x01;/*獲取分段偏移字段*/ip.FragOff & 0x1fff;/*獲取生存時間字段*/ip.TimeToLive;/*獲取協(xié)議字段*/ip.Protocol;/*獲取頭校驗和字段*/ip.HdrChksum;/*解析源IP地址字段*/inet_ntoa

10、(*(in_addr*)&ip.SrcAddr);/*解析目的IP地址字段*/inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.DstAddr);3.2 套接字3.2.1 套接字的使用本程序使用套接字socket編程，將網卡設為能夠接受流經網卡的所有類型的數據包。首先，初始化套接字，然后監(jiān)聽數據包，解析數據包。SOCKET sock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP)用來創(chuàng)建套接字，其參數為通信發(fā)生的區(qū)字段和套接字的類型。 WSAIoctl(sock,IO_RCVALL ,&dwBufferInLen , sizeof(dwBufferInLen)函數用來把

11、網卡設置為混雜模式。recv(sock,buffer,65535,0)函數用來接收經過的IP包，其參數分別是套接字描述符，緩沖區(qū)的地址，緩沖區(qū)的大小。3.2.1 使用原始套接字 要進行IP層數據包的接收和發(fā)送，應使用原始套接字。創(chuàng)建原始套接字的代碼如下： SOCKET sock;sock=WSASoccket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED);在WSASoccket函數中，第一個參數指定通信發(fā)生的區(qū)字段，AF_INET是針對Internet的，允許在遠程主機之間通信。第二個參數是套接字的類型，在AF_INET地址族下

12、，有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW三種套接字類型。在這里，設置為SOCK_RAW，表示聲明的是一個原始套接字類型。第三個參數依賴于第二個參數，用于指定套接字所有的特定協(xié)議，這里使用IP協(xié)議。第四個參數為WSAPROTOCOL_INFO位，該位可以置空。第五個參數保留，永遠置0。第六個參數是標志位，WSA_FLAG_OVERLAPPED表明可以使用發(fā)送接收超時設置。創(chuàng)建原始套接字后，IP頭就會包含在接收的數據中。然后，可以設置IP頭操作選項，調用setsockopt函數。其中flag設置為true，并設定IP_HDRINCL選項，表明用戶可以親自對IP頭進行處理。

13、BOOL flag=true;setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(CHAR*)&flag,sizeof(flag);之后，使用如下代碼完成對socket的初始化工作：/*獲取主機名*/char hostName128;gethostname(hostName,100);/*獲取本地IP地址*/hostent * pHostIP;pHostIP = gethostbyname(hostName);/*填充SOCKADDR_IN結構的內容*/sockaddr_in addr_in;addr_in.sin_addr = *(in_addr *)pHostIP

14、-h_addr_list0;addr_in.sin_family = AF_INET;addr_in.sin_port = htons(6000);/*綁定socket*/bind(sock,(PSOCKADDR)&addr_in,sizeof(addr_in);填寫sockaddr_in的內容時，其地址值應填寫為本機IP地址，本機IP地址可以通過gethostbyname()函數獲??；端口號可以隨便填寫，但不能與系統(tǒng)沖突；協(xié)議族應填為AF_INET。使用htons()函數可以將無符號短整型的主機數據轉換為網絡字節(jié)順序的數據。最后使用bind(0函數將socket綁定到本機網卡上。綁定網卡后，

15、需要用WSAIoctl()函數把網卡設置為混雜模式，使網卡能夠接收所有網絡數據，其關鍵代碼如下：#define SIO_RCVALL_WSAIOW(IOC_VENDOR,1)DWORD dwBufferLen10;DWORD dwBufferInLen = 1;DWORD dwBytesReturned = 0;WSAIoct1(SnifferSocket, IO_RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof(dwBufferInLen),&dwBufferLen,sizeof(dwBufferLen),&dwBytesReturned,NULL,NULL);如果接收的數據包中的協(xié)

16、議類型和定義的原始套接字匹配，那么接收到的數據就拷貝到套接字中。因此，網卡就可以接收所有經過的IP包。3.3 接收數據包 在程序中可使用recv()函數接收經過的IP包。該函數有四個參數，第一個參數接收操作所用的套接字描述符；第二個參數接收緩沖區(qū)的地址；第三個參數接收緩沖區(qū)的大小，也就是所要接收的字節(jié)數；第四個參數是一個附加標志，如果對所發(fā)送的數據沒特殊要求，直接設為0。因為IP數據包的最大長度是65535B，因此，緩沖區(qū)的大小不能小于65535B。設置緩沖區(qū)后，可利用循環(huán)來反復監(jiān)聽接收IP包，用RECV()函數實現接收功能的代碼如下：#define BUFFER_SIZE 65535char

17、 bufferBUFFER_SIZE; /設置緩沖區(qū)while(true)recv(sock,buffer,BUFFER_SIZE,0); /接收數據包 /*然后是解析接收的IP包*/第4章 實驗結果4.1 程序截圖第5章 總結通過這次課程設計，我們了解到關于計算機網絡數據傳送及處理過程中，軟件起到了巨大的作用。熟悉了C+語言在計算機網絡方面的應用，是一次難得的機會。此外，我還了解了網絡通信協(xié)議的基本工作原理及套接字的使用，雖然剛開始的時候比較模糊,但是通過與同學共同探討和網上查閱資料，最終我成功完成了實驗。這次課程設計培養(yǎng)了我們基本掌握網絡編程的基本思路和方法，讓我們懂得如何去學習這類東西。

18、同時提高我們對所學計算機網絡理論知識的理解能力，提高和挖掘我們對所學知識的實際應用能力和創(chuàng)新能力。同學們的合作是實驗成功的必要條件，而謹慎對待事物的態(tài)度是成功的關鍵。第6章 附錄6.1 源代碼#include #include #include #include #pragma comment (lib,Ws2_32.lib)#define BUFFER_SIZE 65535#define IO_RCVALL _WSAIOW(IOC_VENDOR,1)typedef struct _IP_HEADER /定義IP頭unionBYTE Version; /版本（前4位） BYTE HdrLen;

19、 /報頭標長（后4位），IP頭長度;BYTE ServiceType; /服務類型WORD TotalLen; /數據報總長WORD ID; /標識unionWORD Flags; /標識（前3位）WORD FragOff; /分段偏移（后13位）;BYTE TimeToLive; /生存周期BYTE Protocol; /協(xié)議WORD HdrChksum; /頭校驗和DWORD SrcAddr; /源地址DWORD DstAddr; /目地地址BYTE Options; /選項IP_HEADER;char * parseServiceType_getProcedence(BYTE b)swi

20、tch(b5)/獲取服務類型字段中優(yōu)先級子域case 7: return Network Control;/網絡控制break;case 6:return Internet work Control; /網絡控制break;case 5:return CRITIC/ECP; break;case 4:return Flash Override;/最優(yōu)先信號break;case 3: return Flsah; break;case 2:return Immediate; break;case 1:return Priority;/協(xié)議break;case 0:return Routine;/路

21、由break;default:return Unknow;break;char * parseServiceType_getTOS(BYTE b)b=(b1)&0x0f;/獲取服務類型字段中的TOS子域switch(b) case 0:return Normal service; /正常運行break;case 1:return Minimize monetary cost; /成本break;case 2:return Maximize reliability; /可靠性break;case 4:return Maximize throughput; /吞吐量break;case 8:ret

22、urn Minimize delay; /延遲break;case 15:return Maximize security; /安全性break; default:return Unknow; char * getProtocol(BYTE Protocol) /獲取協(xié)議字段共8位switch(Protocol) /以下為協(xié)議號說明： case 1:return ICMP; /Internet控制報文協(xié)議case 2:return IGMP; /Internet組管理協(xié)議case 4: return IP in IP;/移動IP數據封裝和隧道case 6:return TCP;/傳輸控制協(xié)議c

23、ase 8:return EGP;/外部網關協(xié)議case 17:return UDP;/用戶數據報文協(xié)議case 41:return IPv6;case 46:return RSVP;/資源預留協(xié)議case 89:return OSPF;/Open Shortest Path First 開發(fā)式最短路徑優(yōu)先default:return UNKNOW;void ipparse(FILE* file,char* buffer)IP_HEADER ip=*(IP_HEADER*)buffer; /通過指針把緩沖區(qū)的內容強制轉化為IP_HEADER數據結構fseek(file,0,SEEK_END);

24、 fprintf(file,_rn);fprintf(file,版本號：IPV%drn,ip.Version4);fprintf(file,報頭標長：%d (BYTE)rn,(ip.HdrLen & 0x0f)*4);fprintf(file,服務器類型 ： %s,%srn,parseServiceType_getProcedence(ip.ServiceType), parseServiceType_getTOS(ip.ServiceType);fprintf(file,總長度 ： %d(BYTE)rn,ip.TotalLen);fprintf(file,標識 ： %drn,ip.ID);f

25、printf(file,標志位 DF：%d , MF=%drn,(ip.Flags14)&0x01),(ip.Flags13)&0x01);fprintf(file,分段偏移值 ： %drn,(ip.FragOff&0x1fff); fprintf(file,生存期 ： %d (hops)rn,ip.TimeToLive);fprintf(file,協(xié)議 ： %srn,getProtocol(ip.Protocol);fprintf(file,頭校驗和 ： 0x%0xrn,ip.HdrChksum);fprintf(file,源IP地址 ： %srn,inet_ntoa(*(in_addr*)

26、&ip.SrcAddr);fprintf(file,目的IP地址 ： %srn,inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.DstAddr);fprintf(file,_rn);int main()FILE * file;if(file=fopen(logfile.txt,wb+)=NULL)printf(fail to open file %s);return -1;WORD rv;WSADATA WSAData; /定義了能夠儲存WSAStarup調用返回值的結構rv=MAKEWORD(2,2); /Winsock2版本WSAStartup(rv,&WSAData);SOCKET s

27、ock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP); /創(chuàng)建套接字，sock為套接字描述符BOOL flag=true;setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(CHAR*)&flag,sizeof(flag);/任意類型、任意狀態(tài)套接口的設置選項值char hostName128;gethostname(hostName,100); /獲取主機名hostent * pHostIP;/獲取本地IP地址pHostIP = gethostbyname(hostName);sockaddr_in addr_in;addr_in.sin_addr=*(in_addr *)pHostIP-h_addr_list0;addr_in.sin_family = AF_INET;addr_in.sin_port = htons(6000); /將無符號短整型主機數據轉換為網絡字節(jié)順序數據bind(sock,(PSOCKADDR)&addr_in,sizeof(addr_in);DWORD dwBufferLen10; /設置網卡為混雜模式 DWORD dwBufferInLen=1;DWORD dwBytesReturned=0;WSAIoctl(sock, IO_RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof(dwBu