計算機網(wǎng)絡課程設計-IP數(shù)據(jù)包解析實驗報告

解析IP數(shù)據(jù)報實驗報告目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"目錄 2\o"CurrentDocument"1、 課程設計目的 2\o"CurrentDocument"2、 課程設計要求 2\o"CurrentDocument"3、 相關(guān)知識 2\o"CurrentDocument"4、 課程設計分析 6\o"CurrentDocument"網(wǎng)卡設置 6\o"CurrentDocument"使用套接字 7\o"CurrentDocument"接收數(shù)據(jù)包 7\o"CurrentDocument"定義IP頭部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 8IP包的解析 9協(xié)議的定義 9捕獲處理 9\o"CurrentDocument"5、 運行結(jié)果 10\o"CurrentDocument"6、 總結(jié) 11\o"CurrentDocument"7、 課程設計參考資料 11\o"CurrentDocument"8、 源程序代碼 111、課程設計目的本課程設計的目的就是設計一個解析IP數(shù)據(jù)包的程序，并根據(jù)這個程序，說明IP數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)及IP協(xié)議的相關(guān)問題，從而對IP層的工作原理有更好的理解和認識。2、 課程設計要求本設計的目標是捕獲網(wǎng)絡中的IP數(shù)據(jù)包，解析數(shù)據(jù)包的內(nèi)容，將結(jié)果顯示在標準輸出上，并同時寫入日志文件。程序的具體要求如下：1） 以命令行形式運行：ipparselogfile,其中ipparse是程序名，而logfile則代表記錄結(jié)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(shù)據(jù)包總長度、數(shù)據(jù)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(nèi)容。3） 當程序接收到鍵盤輸入Ctrl+C時退出。3、 相關(guān)知識互聯(lián)網(wǎng)絡層是TCP/IP協(xié)議參考模型中的關(guān)鍵部分.IP協(xié)議把傳輸層送來的消息組裝成IP數(shù)據(jù)包，并把IP數(shù)據(jù)包傳送給數(shù)據(jù)鏈層.IP協(xié)議在TCP/IP協(xié)議族中處于核心地位,IP協(xié)議制定了統(tǒng)一的IP數(shù)據(jù)包格式，以消除個通信子網(wǎng)中的差異,從而為信息發(fā)送方和接收方提供了透明的傳輸通道.編制本程序前,首先要對IP包的格式有一定了解，圖1給出了IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包格式.IP數(shù)據(jù)包的第一個字段是版本字段,其度是4位,表示所使用的IP協(xié)議的版本.目前的版本是IPV4,版本字段的值是4,下一代版本是IPV6，版本字段值是6.本程序主要針對版本是IPV4的數(shù)據(jù)包的解析.報頭標長字段為4位，它定義了以4B為一個單位的IP包的報文長度.報頭中除了選項字段和填充域字段外，其他各字段是定長的.因此，IP數(shù)據(jù)包的頭長度在20—40B之間，是可變的.0 4 8 16 19 24 31版本報頭標長 服務類型總長度標識【標志片偏移生存時間協(xié)議頭校驗和源IP地址目的IP地址選項[填充域數(shù)據(jù)部分圖1IP數(shù)據(jù)包的格式服務類型字段共8位，用于指示路由器如何處理該數(shù)據(jù)包.該字段長度由4位服務

類型（TOS）子域和3位優(yōu)先級子域組成，1位為保留位，該字段結(jié)構(gòu)如圖2所示.B7b6b5b4 b3 b2 b1 b0優(yōu)先級DTRC0圖2服務類型字段結(jié)構(gòu)優(yōu)先級共有8種，優(yōu)先級越高表明數(shù)據(jù)包越重要.表1中列出了各種優(yōu)先級所代表的意義.表一優(yōu)先子域的說明位數(shù)(b7b6b5)意義111網(wǎng)絡控制110網(wǎng)絡間控制101重要(CRITIC/ECP)100即時，優(yōu)先011即時010立刻001優(yōu)先000普通在4位服務類型子域中b4,b3,b2,b1分別表示D（延遲），T（吞吐量），R（可靠性）

與C(成本)?表2列出了服務器類型自域的構(gòu)成.意義1111安全級最咼1000延遲最小0100吞吐量最大0001金錢成本最小0000普通服務總長度字段為2B,它定義了以字節(jié)為單位的數(shù)據(jù)包的總長度.IP數(shù)據(jù)包的最大長度為意義1111安全級最咼1000延遲最小0100吞吐量最大0001金錢成本最小0000普通服務總長度字段為2B,它定義了以字節(jié)為單位的數(shù)據(jù)包的總長度.IP數(shù)據(jù)包的最大長度為65535B.標識字段的長度為16位，用于識別IP數(shù)據(jù)包的編號.每批數(shù)據(jù)都要有一個標識值,用于讓目的主機判斷新來的數(shù)據(jù)屬于哪個分組.報頭中的標志字段如圖7-3所示.標志字段共3位，最高位是0.禁止分片標志DF(donotfragment)字段的值若為1,表示不能對數(shù)據(jù)包分片；若DF值為0,則表明可以分片?分片標志MF(morefragment)的值為1,表示接收到的不是最后一個分片;若MF值為0,表示接收到的是最后一個分片.片偏移字段共13位，說明分片在整個數(shù)據(jù)包中的相對位置.片偏移值是以8B為單位來記數(shù)的，因此選擇的分片長度應該是8B的整數(shù)倍.生存時間(TTL)字段為8位,用來設置數(shù)據(jù)包在互聯(lián)網(wǎng)絡的傳輸過程的壽命,通常是用一個數(shù)據(jù)包可以經(jīng)過的最多的路由器跳步數(shù)來限定的.協(xié)議字段為8位，表示使用此IP數(shù)據(jù)包的高層協(xié)議類型，常用的協(xié)議號如表3所示.序號協(xié)議名稱序號協(xié)議名稱1ICMP2IGMP4IPinIP6TCP8EGP%序號協(xié)議名稱17UDP41IPV6—RSVP46OSPFA89表3典型的協(xié)議號頭校驗和字段為16位，用于存放檢查報頭錯誤的校驗碼。檢驗的范圍是整個IP包的報頭。校驗和按如下方法計算：1） 將頭校驗和的字段置為0。2） 將報頭部分的所有數(shù)據(jù)以16位為單位進行累加，累加方式是求異或。3） 將累加的結(jié)果取反碼，就是頭校驗和。當收到一個IP包時，要檢查報頭是否出錯，就把報頭中的所有數(shù)據(jù)以16位為單位進行累加，若累加的結(jié)果為0，則報文沒有出錯。地址字段包括源地址和目的地址。源地址和目的地址的長度都是32位，分別表示發(fā)送數(shù)據(jù)包的源主機和目的主機的IP地址。選項字段的長度范圍為0~40B，主要用于控制和測試。在使用選項字段的過程中，有可能出現(xiàn)報頭部分的長度不是32位的整數(shù)倍的情況。如果出現(xiàn)這種情況，就需要通過填充位來湊齊。4、課程設計分析}網(wǎng)卡設置為了獲取網(wǎng)絡中的IP數(shù)據(jù)包，必須對網(wǎng)卡進行編程，在這里使用套接字(socket)進行編程。但是，在通常情況下，網(wǎng)絡通信的套接字程序只能響應與自己硬件地址相匹配的數(shù)據(jù)包或是以廣播形式發(fā)出的數(shù)據(jù)包。對于其他形式的數(shù)據(jù)包，如已到達網(wǎng)絡接口，但卻不是發(fā)送到此地址的數(shù)據(jù)包，網(wǎng)絡接口在騅投遞地址并非自身地址之后將不引起響應，也就是說應用程序無法收取與自己無關(guān)的數(shù)據(jù)包。我們要想獲取網(wǎng)絡設備的所有數(shù)據(jù)包，就是需要將網(wǎng)卡設置為混雜模式。使用套接字套接字分為三種，即流套接字(Streamsocket)、數(shù)據(jù)報套接字(DatagramSocket)和原始套接字(RawSocket)。要進行IP層數(shù)據(jù)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：Socketsock；sock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP)；本設計不用考慮超時情況。創(chuàng)建套接后，IP頭就會包含在接收數(shù)據(jù)包中。然后，我可以設置IP頭操作選項,調(diào)用setsockopt函數(shù)。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。最后使用bind()函數(shù)將socket綁定到本地網(wǎng)卡上。綁定網(wǎng)卡后，需用WSAIoctl()函數(shù)把網(wǎng)卡設置為混雜模式，使網(wǎng)卡能夠接收所有的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。如果接收的數(shù)據(jù)包中的協(xié)議類型和定義的原始套接字匹配，那么接收的數(shù)據(jù)就拷貝到套接字中，因此，網(wǎng)卡就可以接收所有經(jīng)過的IP包。接收數(shù)據(jù)包在程序中可使用recv()函數(shù)接收經(jīng)過的IP包。該函數(shù)有四個參數(shù)，第一個參數(shù)接收操作所用的套接字描述符；第二個參數(shù)接收緩沖區(qū)的地址；第三個參數(shù)接收緩沖區(qū)的大小，也就是所要接收的字節(jié)數(shù)；第四個參數(shù)是一個附加標志，如果對所發(fā)送的數(shù)據(jù)沒特殊要求，直接設為0。因為IP數(shù)據(jù)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(shù)實現(xiàn)接收功能。定義IP頭部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)程序需要定義一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示IP頭部。其代碼如下：/*定義IP頭部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)*/typedefstruct_IP_HEADER{union{BYTEVersion;載Winsock；]創(chuàng)建一個接收原始IP包的socket連接；綁定到一個接口；4?進行WSAIoctl設置，接收所有的IP數(shù)據(jù)包。代碼如下：if(WSAIoctl(s,dwIoControlCode,&optval,sizeof(optval),NULL,0,&dwBytesRet,NULL,NULL)==S0CKET_ERR0R)5.接著設定一個線程進行捕獲：創(chuàng)建一個接收IP包的鏈表頭；設置一個標識，為真，則不斷進行IP包的捕獲；建立一個新的結(jié)點，將捕獲的數(shù)據(jù)包加入到該結(jié)點；如果鏈表的長度達到指定的長度，創(chuàng)建一個線程對該鏈表的IP包進行解析;再設置一個在IP數(shù)據(jù)包鏈表不足給定的長度，而又中止IP捕獲時，對鏈表的處理；為下一個IP包鏈表創(chuàng)建一個鏈表頭。6?建立一個進行IP包解析并顯示的線程，進行解析IP數(shù)據(jù)包，然后顯示IP數(shù)據(jù)包。5、運行結(jié)果截獲IP數(shù)據(jù)包程序運行結(jié)果如下:

D：\Backup\找旳3<t3\UC+Hostname=smileIPAddress：10.15.48.16seruicelocffile^fl=fc4<hops>biS>uDPD：\Backup\找旳3<t3\UC+Hostname=smileIPAddress：10.15.48.16seruicelocffile^fl=fc4<hops>biS>uDP啓校驗fl=0xf7d8MJlP±teilll=10-15.48.16自的if地址=陽.172.yu.iyur-酉卡I-n川『墨聽一、版盂數(shù)數(shù)分八一I=?度=2型長ID志FrVJ,r-5-7J-71T-28/13045=0t41'df=版本=IPD4快卡度=20<BVTE>6、總結(jié)這次計算機網(wǎng)絡課程設計是解析ip數(shù)據(jù)包，通過這次上機充分應用了所學的計算機網(wǎng)絡和C語言的知識，并上網(wǎng)搜索一部分相當資料，粗略設計出該程序。通過本次課程設計，充分運用了所學的計算機網(wǎng)絡知識，設計出了如何解析IP數(shù)據(jù)包，從而更加深刻的了解到了IP數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)及IP協(xié)議的相關(guān)問題，從而對IP層的工作原理有更好的理解和認識。在課程設計的過程也碰到的不少問題。該程序也存在著不少的缺陷，比如并不是所有的數(shù)據(jù)包都能捕獲，如：P數(shù)據(jù)包以外的數(shù)據(jù)包都抓不到；只支持ICMP、IGMP、TCP、UDP這些協(xié)議。|7、課程設計參考資料《計算機網(wǎng)絡（第5版）》主編：謝希仁出版社：電子工業(yè)出版社出版時間：2009年11月《數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡（第四版）》吳時霖周正康吳永輝譯8、源程序代碼#include#include#include#include#pragmacomment(lib,"")#defineIO_RCVALL_WSAIOW(IOC_VENDOR,1)#defineBUFFER_SIZE65535/*定義IP頭部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)*/typedefstruct_IP_HEADER{《union{BYTEVersion;.\r\n");fprintf(file,"==================================\r\n");fprintf(file,"描述：％s\r\n",；fprintf(file,"狀態(tài)：％s\r\n",；fprintf(file,"==================================\r\n")；SOCKETsock；#/*創(chuàng)建原始套接字*/if((sock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP))==INVALID_SOCKET){printf("Cannotcreatesocket!\n")；return-1；BOOLflag=true;/*設置IP頭操作選項*/|if(setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(CHAR*)&flag,sizeof(flag))==SOCKET_ERROR){printf("setsockoptfailed!\n");return-1;}charhostName[128];/*獲取本地主機名*/if(gethostname(hostName,100)==SOCKET_ERROR){(printf("gethostnamefailed!\n");return-1;}hostent*pHostIP;/*根據(jù)主機名獲取主機信息*/if((pHostIP=gethostbyname(hostName))==NULL){printf("gethostbynamefailed!\n");》return-1;}printf("Hostname:%s\r\n",pHostIP->h_name);printf("IPAddress:%s\r\n",inet_ntoa(*((structin_addr*)pHostIP->h_addr)));/*封裝IP地址信息*/sockaddr_inaddr_in;=*(in_addr*)pHostIP->h_addr_list[0];=AF_INET;=htons(6000);