監(jiān)控IP包的流量

1、.計算機網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計報告課題:監(jiān)控 IP 包的流量專 業(yè) 班 級：計科 10101 班姓名（學號）：張鳴宇（ 201017010103）：李 瑋（ 201017010143）指 導 教 師:梅曉勇評閱意見：評定成績：目錄指導老師簽名：年月日;.一 目的和意義從社會角度來說，隨著人們對 Internet 的依賴性越來越高，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)類型變得繽紛多彩， 在此背景下， 需要對網(wǎng)絡(luò)狀況， 網(wǎng)絡(luò)性能進行準確的檢測和評估，而這次課程設(shè)計正是對流量工程內(nèi)容研究。從學習的角度來說，此次課程設(shè)計將我們帶入網(wǎng)絡(luò)編程領(lǐng)域，進一步網(wǎng)絡(luò)知識的應(yīng)用，監(jiān)控 IP 包的流量課程設(shè)計讓我們進一步了解 IP 協(xié)議的基本內(nèi)容，

2、 對于掌握 TCP/IP 協(xié)議的主要內(nèi)容和學習網(wǎng)絡(luò)課程是十分重要的，此外，也加深了對 Winpcap 的理解和運用能力， 同時也增長了知識， 開闊了視野， 對于以后的學習有很大的幫助。二基本原理2.1 概述1. IP 協(xié)議IP 是 TCP/IP 模型中的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，又稱為互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，是支持網(wǎng)間互連的數(shù)據(jù)報協(xié)議，它與TCP 協(xié)議一起構(gòu)成了 TCP/IP 協(xié)議族的核心。它提供網(wǎng)間連接的完善功能，包括IP 數(shù)據(jù)報規(guī)定互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)的IP 地址格式 2 。在因特網(wǎng)中IP 協(xié)議是能使連接到網(wǎng)上的所有計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)相互通信的一套規(guī)則，規(guī)定了計算機在因特網(wǎng)上進行通信時應(yīng)當遵守的規(guī)則。任何廠家生產(chǎn)的計算機系統(tǒng)，

3、 只要遵守 IP 協(xié)議就可以與因特網(wǎng)互連互通。IP 地址具有唯一性，根據(jù)用戶性質(zhì)的不同，可以分為不同的類別。IP 協(xié)議的特點如下：（ 1） IP 協(xié)議是一種不可靠、無連接的數(shù)據(jù)報傳送協(xié)議。（ 2） IP 協(xié)議是點對點的網(wǎng)絡(luò)層通信協(xié)議。（ 3） IP 協(xié)議向通信層隱藏了物理網(wǎng)絡(luò)的差異。（ 4） IP 協(xié)議以一種數(shù)據(jù)報的形式傳輸數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)報獨立傳輸，可能通過不同路徑傳輸，因此可能不按順序到達目的地，或者出現(xiàn)重復(fù)。2.關(guān)于 Winpcap 庫Winpcap（windows packet capture）是 windows 平臺下一個買費的、公共的基于 windows 的網(wǎng)絡(luò)接口 API 庫。主要

4、為 win32 應(yīng)用程序提供訪問網(wǎng)絡(luò)底層的;.能力。Winpcap 的主要功能在于獨立于主機協(xié)議 （如 TCP/IP）發(fā)送和接收原始數(shù)據(jù)報。也就是說， Winpcap 不能阻塞、過濾或控制其他應(yīng)用程序數(shù)據(jù)報的收發(fā)，它只是監(jiān)聽共享網(wǎng)絡(luò)上傳送的數(shù)據(jù)報。因此，它不能用于 QoS 調(diào)度程序或個人防火墻。其功能有：（1） 捕獲原始數(shù)據(jù)包，包括在共享網(wǎng)絡(luò)上各主機發(fā)送接收的以及相互之間交換的數(shù)據(jù)包；（2） 捕獲原始數(shù)據(jù)包，包括在共享網(wǎng)絡(luò)上各主機發(fā)送接收的以及相互之間（3） 在數(shù)據(jù)包發(fā)往應(yīng)用程序之前，按照自定義的規(guī)則將某些特殊的數(shù)據(jù)包過濾掉；（4） 在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送原始數(shù)據(jù)包；（5） 收集網(wǎng)絡(luò)通信過程中的統(tǒng)計信息

5、。2.2 作用對 IP 包流量的控制主要是通過用VC+ 編程實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)中IP 數(shù)據(jù)包流量的統(tǒng)計，實際上是編制程序，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，捕獲一段時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)上的IP 數(shù)據(jù)包，按IP 數(shù)據(jù)包的源地址統(tǒng)計出該源地址在該時間段內(nèi)發(fā)出的IP 包的個數(shù)。程序中會用到 Winpcap，它主要功能在于獨立于主機協(xié)議發(fā)送和接收原始數(shù)據(jù)報。本次課程設(shè)計中用 VC+ 實現(xiàn)基于 Winpcap 的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的捕獲和統(tǒng)計，基于 Winpcap 的應(yīng)用程序?qū)⒏鶕?jù)獲取網(wǎng)絡(luò)設(shè)備列表； 選擇網(wǎng)卡并打開； 設(shè)置過濾器； 捕獲數(shù)據(jù)包或者發(fā)送數(shù)據(jù)包；列出網(wǎng)卡列表，讓用戶選擇可用的網(wǎng)卡的步驟進行編寫三 需求分析3.1 系統(tǒng)功能需求分析近年來，網(wǎng)絡(luò)

6、病毒的出現(xiàn)和傳播更加劇了網(wǎng)絡(luò)狀況的復(fù)雜和不穩(wěn)定性. 在此背景下，需要對網(wǎng)絡(luò)狀況， 網(wǎng)絡(luò)性能進行準確的檢測和評估，而這些正是流量工程的研究內(nèi)容 . 而流量工程的主要任務(wù)是測量和評估網(wǎng)絡(luò)的運行狀況，性能。并能夠容易地使網(wǎng)絡(luò)的最終用戶看到和理解評估結(jié)果，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)中的突發(fā)時間能夠做出積極有效的反應(yīng)， 以及研究和改進網(wǎng)絡(luò)協(xié)議， 網(wǎng)絡(luò)工作模式的機制， 以促進網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的可靠性，保證網(wǎng)絡(luò)的正常運行。而我們在在這個課程設(shè)計里將編制一個程序，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，捕獲一段時間內(nèi)網(wǎng);.絡(luò)上的 IP 數(shù)據(jù)包，按 IP 數(shù)據(jù)包的源地址統(tǒng)計出該源地址在該時間段內(nèi)發(fā)出的IP 包的個數(shù)，將其寫入日志文件中或用圖形表示出來。3.2 功能

7、函數(shù)部分本次課程設(shè)計主要運用了以下功能函數(shù)：1 系統(tǒng)函數(shù)1）pcap_findalldevs(&alldevs,errbuf)說明：用來獲得網(wǎng)卡的列表， alldevs 為網(wǎng)絡(luò)適配器的列表的指針 ; char 型指針 ,當打開列表錯誤時返回錯誤信息2）pcap_open_live(head-name,1000,1,1000,errbuf)說明：以混雜模式方式打開網(wǎng)卡， name為要抓取的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的字符串，最大可抓取的字節(jié)長度為 1000 字節(jié)，超時時間為 1000ms，當在超時內(nèi)上沒有數(shù)據(jù)到來時對網(wǎng)卡的讀操作將返回錯誤信息3）pcap_compile(fp,&fcode,packet_filt

8、er,1,netmask)說明：編譯過濾器， fp 是對網(wǎng)卡描述符，型號、名字， fcode 是一個 bpf_program 結(jié)構(gòu)的指針，在 pcap_compile()函數(shù)中被賦值。 1 表示對結(jié)果代碼進行優(yōu)化。 netmask參數(shù)指定本地網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)掩碼4）pcap_setfilter(fp,&fcode)5）說明：設(shè)置過濾器， 用來聯(lián)系一個在內(nèi)核驅(qū)動上過濾的過濾器，一旦調(diào)用，這時所有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包都將流經(jīng)相關(guān)的過濾器，并拷貝到應(yīng)用程序中，把 pcap_compile() 構(gòu)造的 filter 設(shè)置到 fp 上 ，6）pcap_freealldevs(alldevs)7）說明：釋放網(wǎng)絡(luò)適配器列表

9、空間8）pcap_next_ex(fp,&header,&pkt_data)說明：該函數(shù)從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中讀取一個數(shù)據(jù)包， fp- 設(shè)備指針， header-數(shù)據(jù)包頭， pkt_data-數(shù)據(jù)包內(nèi)容2. 自定義函數(shù)1）main(int argc,char *argv)說明：主函數(shù)通過調(diào)用主函數(shù)和其他自定義函數(shù)， 實現(xiàn) IP 包流量監(jiān)控的功能， argv是 argc 第 0 個參數(shù)，其中第 0 個參數(shù)是程序的全名，以后的參數(shù)，命令行后面跟的用戶輸入的參數(shù)。2）addNode(long sourceIP)說明：將 IP 結(jié)點加入鏈表;.四 概要設(shè)計4.1 編程環(huán)境Microsoft Visual C+

10、6.04.2 模塊分析課 程設(shè) 計的 主要 目 的是 接收 統(tǒng)計 IP 包 ，所以 主 要任務(wù) 就 是設(shè)置網(wǎng)卡以 及相 關(guān)的 一系 列 操作 ，以 下為 一些 主要 功能 模塊 ：（1）取得當前網(wǎng)絡(luò)設(shè)備列表（在標準輸出上顯示，以讓用戶進行選擇）。（2）將用戶選擇的 Ethernet卡以混雜模式打開，以接收到所有的數(shù)據(jù)包。（3）編譯并設(shè)置過濾器，此處的過濾器為“IP ”。（4）捕獲 IP 包并按包的源地址進行統(tǒng)計（用鏈表結(jié)構(gòu)進行實現(xiàn)）其程序流程圖如下：;.開始獲取網(wǎng)卡列表選取 Ethernet網(wǎng)卡打開網(wǎng)卡編譯并設(shè)置過濾器捕獲包將包源地址加入列表否是否超時是顯示鏈表內(nèi)容結(jié)束;.五 詳細設(shè)計5.1

11、具體實現(xiàn)過程首先獲取網(wǎng)卡列表是為了得到網(wǎng)卡的相關(guān)信息，以便于用戶進行選擇，選取 Ethermet 網(wǎng)卡是用戶所選擇的網(wǎng)卡類型，編譯設(shè)置過濾器是為了編譯并設(shè)置過濾器是為了只捕獲網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的某些數(shù)據(jù)， 打開網(wǎng)卡既將網(wǎng)卡設(shè)置為混雜 （統(tǒng)計）模式是為了接受所有經(jīng)過網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)包， 包括不是發(fā)給本機的數(shù)據(jù)包， 開始主循環(huán)以是否超時為判斷條件， 循環(huán)體內(nèi)主要有捕獲 IP 數(shù)據(jù)包、將 IP 包的源地址加入鏈表、條件判斷，循環(huán)結(jié)束后輸出鏈表內(nèi)容，程序至此結(jié)束。具體的實現(xiàn)如下：1 取得網(wǎng)絡(luò)適配器列表并找到要監(jiān)聽的網(wǎng)絡(luò)適配器，alldevs 是 pcap_if_it指針，指向鏈表頭， errbuf 是 char 類

12、型數(shù)組，存儲錯誤信息 3 。 for(d=alldevs;d;d=d-next) /列出網(wǎng)卡列表 ,讓用戶進行選擇cout+j:name;if(d-description)cout descriptionendl;/描述網(wǎng)絡(luò)適配器接口for(d=alldevs,i=1;inext,i+);/ 找到選擇的網(wǎng)絡(luò)適配器head=d;/2 采用混雜模式打開網(wǎng)絡(luò)適配器if(fp=pcap_open_live(head-name,1000,1,1000,errbuf)=NULL)coutnUnable to open the adapter.endl;pcap_freealldevs(alldevs);r

13、eturn;3 編譯并設(shè)置過濾器if(pcap_compile(fp,&fcode,packet_filter,1,netmask)0) /編譯并設(shè)置過濾器;.coutnUnable to compile the packet filter.Check the syntax.n;pcap_freealldevs(alldevs);return;if(pcap_setfilter(fp,&fcode)0) / 設(shè)置濾波器cout=0)time(&end);/ 獲得系統(tǒng)時間if(end-beg=min*60)/ 計算系統(tǒng)時間break;if(res=0)continue;/超時ip_header

14、*ih;/找到 I 頭得位置ih=(ip_header*)(pkt_data+14);/14 為以太頭的長度link.addNode(ih-saddr);/將源 IP 地址加入鏈表;.5.2 主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1） 此次課程設(shè)計主要采用了鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具體的實現(xiàn)如下：class NodeListIPNode *pHead;IPNode *pTail;public:NodeList()pHead=pTail=NULL;NodeList()if(pHead!=NULL)IPNode *pTemp=pHead;pHead=pHead-pNext;delete pTemp;2）IP 包頭部結(jié)構(gòu)/struct

15、 ip_headerunsigned char ver_ihl; unsigned char tos; unsigned short tlen; unsigned short identification; unsigned short flags_fo; unsigned char tll; unsigned char proto; unsigned short crc; DWORD saddr;DWORD daddr;unsigned int op_pad;/ 版本號 (4 位 )+頭部長度 (4 位 )/服務(wù)類型/總長度/標識/標志 +片偏移/生存時間/協(xié)議/校驗碼/ 源地址/ 目的地址

16、/選項 +填充;.六 實現(xiàn)與測試6.1 實現(xiàn)與測試1）取得網(wǎng)絡(luò)適配器列表并找到要監(jiān)聽的網(wǎng)絡(luò)適配器號.2）正在監(jiān)聽 IP 數(shù)據(jù)包，時間為一分鐘;.3）最后的監(jiān)聽的結(jié)果;.七 心得結(jié)論在這一周的課程設(shè)計里，在老師同學幫助自己以及自己的努力下，我學到了很多的東西。在此期間老師給了我們很大的幫助， 老師的認真負責讓我們不再馬馬乎乎對待自己的學業(yè)，在課堂上老師也以同樣的責任心來督促我們認真學習， 對于不懂的問題都會一一解答， 現(xiàn)在也如此， 這對于我們以后步入社會之后有很大的幫助， 無論做任何事情都要認真負責，對自己負責同時也對別人負責。在老師的指導之余，我還學到了一定的課外知識，以前從未聽過 Winpc

17、ap，現(xiàn)在我知道了它對于捕獲網(wǎng)絡(luò)上的一些數(shù)據(jù)信息很有幫助，從而豐富了我的知識，同時也知道了如何去利用它來為自己服務(wù)，這是一個很大的進步。做這個題目我從網(wǎng)上找了很多的資料。但也不能盲目相信找來的資料，要通過自己的驗證沒錯誤后才能用。 不但是于此， 別的任何學習方面也一樣。 在自己查找資料的同時也鍛煉了我及時捕獲有用知識的能力， 我想這是我現(xiàn)在乃至以后最大的一個財富， 一個人最重要的就是要懂得如何去學， 學習不是被動的， 而是主動的，只有這樣我們才能學得到對于我們自己有幫助的東西，用VC+ 編程實現(xiàn) IP 數(shù)據(jù)報流量統(tǒng)計，開始這對于我來說是是一個很模糊的概念，但是當我在查找了很多資料之后我不再迷茫， 而是慢慢跟著我所要找的資料來靠近我所要達到的目標。這是我們每個人所要學會