計算機網(wǎng)絡課程設計IP數(shù)據(jù)包的捕獲與分析

1、central south university計算機網(wǎng)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(nèi)容32.1 課程設計的內(nèi)容32.2 內(nèi)容的要求3第三章 程序分析與設計43.1 ip數(shù)據(jù)包43.1.1 ip數(shù)據(jù)包的格式說明43.1.2 ip數(shù)據(jù)包的格式43.1.3 ip數(shù)據(jù)包的c+定義53.1.4 ip數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包7第4章 實驗結(jié)果104.1 程序截圖10第五章 總結(jié)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(wǎng)絡課程設計的目的，是為了讓學生更深入地掌握計算機網(wǎng)絡的核心內(nèi)容，實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合。讓學生用具體的實踐成果，體現(xiàn)對理論知識的掌握程度。有利于學生提高計算機網(wǎng)絡的實踐能力，加深對計算機網(wǎng)絡理論知識的理解。1.2 課程設計的要求（1）編寫程序，實現(xiàn)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(nèi)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(diào)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(shù)據(jù)，包括正確的輸入及其輸出結(jié)果和含有錯誤的輸入及其輸出結(jié)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(jié)構(gòu)設計說明（如果指定存儲結(jié)構(gòu)請寫出該存儲結(jié)構(gòu)的定義）。l 詳細設計：包括模塊功能說明（如函數(shù)功能、入口及出口參數(shù)說明，函數(shù)調(diào)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(jié)構(gòu)清晰，重點函數(shù)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(jié)果：包括典型的界面、輸入和輸出數(shù)據(jù)等；l 總結(jié)：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?shù)淖⑨?，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(nèi)，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(nèi)容2.1 課程設計的內(nèi)容本次實驗的要求在網(wǎng)絡環(huán)境,使用vc+編寫程序?qū)崿F(xiàn)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。2.2 內(nèi)容的要求（1）以命令行形式運行（應如程序名+參數(shù)名）：ipparse logfile，其中ipparse是程序

5、名，而logfile為該程序所帶參數(shù)，其代表記錄結(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ctrlc時退出。第三章 程序設計與分析3.1 ip數(shù)據(jù)包3.1.1 ip數(shù)據(jù)包的格式說明 ip數(shù)據(jù)包格式包含了標頭固定部分，標頭可變部分和數(shù)據(jù)區(qū)三部分。ip數(shù)據(jù)報標頭部分固定為20個字節(jié)，其中包含了12個參數(shù)域，各參數(shù)域隱含著網(wǎng)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(shù)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(shù)據(jù)報總長度：總長度為2b（即6位）。定義了以字節(jié)為單位的數(shù)據(jù)報的總長度。5) 重裝標識：長度16位，用于識別ip數(shù)據(jù)報的編號，讓目的主機判斷新來的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)報中的相對位置。8) 生存周期：8位，用來設置數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報在整個網(wǎng)絡傳輸過程中的壽命。常以一個數(shù)據(jù)報可以經(jīng)過的最多的路由器跳步數(shù)來控制。9) 協(xié)議類型：共8位，表示該ip數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)報的源主機和宿主機的ip地址。選項數(shù)據(jù)域：0-40b，用于控制和測試3.1.2 ip數(shù)據(jù)包的格式3.1.3 ip數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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.version>>4;/*獲取頭部長度字段*/ip.hdrlen &a

9、mp; 0x0f;/*獲取服務類型字段中的優(yōu)先級子域*/ip.servicetype>>5;/*獲取服務類型字段中的tos子域*/(ip.servicetype>>1)&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.flags>>14) & 0x01;mf = (ip.flags>>13) & 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*

10、/ip.protocol;/*獲取頭校驗和字段*/ip.hdrchksum;/*解析源ip地址字段*/inet_ntoa(*(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(wǎng)卡設為能夠接受流經(jīng)網(wǎng)卡的所有類型的數(shù)據(jù)包。首先，初始化套接字，然后監(jiān)聽數(shù)據(jù)包，解析數(shù)據(jù)包。socket sock=socket(af_inet,sock_raw,ipproto_ip)用來創(chuàng)建套接字，其參數(shù)為通信發(fā)生的區(qū)字段和套接字的類型。

11、wsaioctl(sock,io_rcvall ,&dwbufferinlen , sizeof(dwbufferinlen)函數(shù)用來把網(wǎng)卡設置為混雜模式。recv(sock,buffer,65535,0)函數(shù)用來接收經(jīng)過的ip包，其參數(shù)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(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： socket sock;sock=wsasoccket(af_inet,sock_raw,ipproto_ip,null,0,wsa_flag_overlapped);在wsasoccket函數(shù)中，第

12、一個參數(shù)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(shù)是套接字的類型，在af_inet地址族下，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(shù)依賴于第二個參數(shù)，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(shù)為wsaprotocol_info位，該位可以置空。第五個參數(shù)保留，永遠置0。第六個參數(shù)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(shù)據(jù)中。然后，可以

13、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。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

14、sockaddr_in結(jié)構(gòu)的內(nèi)容*/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);/*綁定socket*/bind(sock,(psockaddr)&addr_in,sizeof(addr_in);填寫sockaddr_in的內(nèi)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(shù)獲?。欢丝谔柨梢噪S便填寫，但不能與系統(tǒng)沖突；協(xié)議

15、族應填為af_inet。使用htons()函數(shù)可以將無符號短整型的主機數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡字節(jié)順序的數(shù)據(jù)。最后使用bind(0函數(shù)將socket綁定到本機網(wǎng)卡上。綁定網(wǎng)卡后，需要用wsaioctl()函數(shù)把網(wǎng)卡設置為混雜模式，使網(wǎng)卡能夠接收所有網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，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

16、(dwbufferinlen),&dwbufferlen,sizeof(dwbufferlen),&dwbytesreturned,null,null);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，那么接收到的數(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。3.3 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6553

17、5b，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)接收功能的代碼如下：#define buffer_size 65535char bufferbuffer_size; /設置緩沖區(qū)while(true)recv(sock,buffer,buffer_size,0); /接收數(shù)據(jù)包 /*然后是解析接收的ip包*/第4章 實驗結(jié)果4.1 程序截圖第5章 總結(jié)通過這次課程設計，我們了解到關于計算機網(wǎng)絡數(shù)據(jù)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(wǎng)絡方面的應用，是一次難得的機會。此外，我還了解了網(wǎng)絡通信協(xié)議的基本工作

18、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(wǎng)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(wǎng)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。同時提高我們對所學計算機網(wǎng)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 <stdio.h>#include <iostream.h>#include <winsock2.h>#include <ws2tcpip.h>#pr

19、agma 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; /報頭標長（后4位），ip頭長度;byte servicetype; /服務類型word totallen; /數(shù)據(jù)報總長word id; /標識unionword flags; /標識（前3位）word fragoff; /分段偏移（后13位

20、）;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)switch(b>>5)/獲取服務類型字段中優(yōu)先級子域case 7: return "network control"/網(wǎng)絡控制break;case 6:return "internet work contro

21、l" /網(wǎng)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"/路由break;default:return "

22、;unknow"break;char * parseservicetype_gettos(byte b)b=(b>>1)&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 "maximi

23、ze throughput" /吞吐量break;case 8:return "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:retur

24、n "igmp" /internet組管理協(xié)議case 4: return "ip in ip"/移動ip數(shù)據(jù)封裝和隧道case 6:return "tcp"/傳輸控制協(xié)議case 8:return "egp"/外部網(wǎng)關協(xié)議case 17:return "udp"/用戶數(shù)據(jù)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 sho

25、rtest 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(nèi)容強制轉(zhuǎn)化為ip_header數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)fseek(file,0,seek_end); fprintf(file,"_rn");fprintf(file,"版本號：ipv%drn",ip.version>>4);fprintf(file,"報頭標長：%d (

26、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);fprintf(file,"標志位 df：%d , mf=

27、%drn",(ip.flags>>14)&0x01),(ip.flags>>13)&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.hdr

28、chksum);fprintf(file,"源ip地址 ： %srn",inet_ntoa(*(in_addr*)&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 f

29、ile %s");return -1;word rv;wsadata wsadata; /定義了能夠儲存wsastarup調(diào)用返回值的結(jié)構(gòu)rv=makeword(2,2); /winsock2版本wsastartup(rv,&wsadata);socket sock=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

30、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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡字節(jié)順序數(shù)據(jù)bind(sock,(psockaddr)&addr_in,sizeof(addr_in);dword dwbufferlen10; /設置網(wǎng)卡為混雜模式 dword dwbufferinlen=1;dword dwbytesreturned=0;wsaioctl(sock, io_rcvall,&dwbufferinlen,sizeof(dwbufferinlen),&dwbufferlen,sizeof(dwbufferlen),&dwbytesreturned,null,