计算机网络课程设计-编程实现简单的TCP协议分析器.doc

编程实现简单的TCP协议分析器 编程实现简单的TCP协议分析器一、问题描述编程实现简单的TCP协议分析器，TCP协议分析器是一种用于监督和跟踪网络活动的诊断工具，它从局域网中抓取IP数据包，并对它进行分析得到相应的头部信息，过滤TCP包进行分析，得到TCP包的相应信息。二、基本要求1.利用原始套接字实现简单的TCP协议分析器。2.系统功能包括： 2.1 原始套接字与网卡绑定，并接收流经网卡的所有数据包； 2.2 对数据包进行分析以获得源IP地址和目的IP地址； 2.3 对TCP Segment进行分析以获得其首部详细信息； 2.4 显示分析结果。3 建议使用VC+。三、设计思想TCP协议的数据传送程序是由二个子程序组成的。也可以看成是服务器端程序和客户端程序，其中：服务器端程序的功能是侦听端口号，接收远 程主要的TCP连接申请，并接收远程主机传送来的文字数据。另外一个子程序，也就是所谓的客户端程序，主要实现向网络的远程主机提出TCP连接申请。程序利用原始套接字抓取局域网中的IP包。TCP协议分析器实现了sniffer的一部分功能。而sniffer的工作原理是：1. 把网卡置于混杂模式；2. 捕获数据包；3. 分析数据包。Raw Socket: 原始套接字可以用它来发送和接收 IP 层以上的原始数据包, 如 ICMP， TCP, UDP等。 四、系统结构(1)Pcap_addr描述网络接口地址；(2)pcap_pkthdr用来描述每个捕获到的数据包的基本信息；(3)int_pcaplookupnet获取网络地址和网络掩码；(4)int_pcaploop循环捕获网络数据包，直到遇到错误或满足退出条件；（5）pcap_t* pcap_open_dead构造一个libpcap句柄。五、程序流程（或模块划分）六、源程序#include "pcap.h"struct ether_header u_int8_t ether_dhost6; /* 目的以太网地址 */ u_int8_t ether_shost6; /* 源以太网地址 */ u_int16_t ether_type; /* 以太网类型 */;struct arp_header u_int16_t arp_hardware_type; /* 硬件类型 */ u_int16_t arp_protocol_type; /* 协议类型 */ u_int8_t arp_hardware_length; /* 硬件地址长度 */ u_int8_t arp_protocol_length; /* 协议地址长度 */ u_int16_t arp_operation_code; /* 操作码 */ u_int8_t arp_source_ethernet_address6; /* 源以太网地址 */ u_int8_t arp_source_ip_address4; /* 源IP地址 */ u_int8_t arp_destination_ethernet_address6; /* 目的以太网地址 */ u_int8_t arp_destination_ip_address4; /* 目的IP地址 */;struct ip_header #if defined(WORDS_BIGENDIAN) u_int8_t ip_version: 4, /* 版本 */ ip_header_length: 4; /* 首部长度 */ #else u_int8_t ip_header_length: 4, ip_version: 4; #endif u_int8_t ip_tos; /* 服务质量 */ u_int16_t ip_length; /* 长度 */ u_int16_t ip_id; /* 标识 */ u_int16_t ip_off; /* 偏移 */ u_int8_t ip_ttl; /* 生存时间 */ u_int8_t ip_protocol; /* 协议类型 */ u_int16_t ip_checksum; /* 校验和 */ struct in_addr ip_souce_address; /* 源IP地址 */ struct in_addr ip_destination_address; /* 目的IP地址 */;struct udp_header u_int16_t udp_source_port; /* 源端口号 */ u_int16_t udp_destination_port; /* 目的端口号 */ u_int16_t udp_length; /* 长度 */ u_int16_t udp_checksum; /* 校验和 */;struct tcp_header u_int16_t tcp_source_port; /* 源端口号 */ u_int16_t tcp_destination_port; /* 目的端口号 */ u_int32_t tcp_sequence_liuzhen; /* 序列号 */ u_int32_t tcp_acknowledgement; /* 确认序列号 */ #ifdef WORDS_BIGENDIAN u_int8_t tcp_offset: 4, /* 偏移 */ tcp_reserved: 4; /* 未用 */ #else u_int8_t tcp_reserved: 4, /* 未用 */ tcp_offset: 4; /* 偏移 */ #endif u_int8_t tcp_flags; /* 标记 */ u_int16_t tcp_windows; /* 窗口大小 */ u_int16_t tcp_checksum; /* 校验和 */ u_int16_t tcp_urgent_pointer; /* 紧急指针 */;struct icmp_header u_int8_t icmp_type; /* ICMP类型 */ u_int8_t icmp_code; /* ICMP代码 */ u_int16_t icmp_checksum; /* 校验和 */ u_int16_t icmp_id; /* 标识符 */ u_int16_t icmp_sequence; /* 序列码 */;void tcp_protocol_packet_callback(u_char *argument, const struct pcap_pkthdr *packet_header, const u_char *packet_content) struct tcp_header *tcp_protocol; /* TCP协议变量 */ u_char flags; /* 标记 */ int header_length; /* 长度 */ u_short source_port; /* 源端口 */ u_short destination_port; /* 目的端口 */ u_short windows; /* 窗口大小 */ u_short urgent_pointer; /* 紧急指针 */ u_int sequence; /* 序列号 */ u_int acknowledgement; /* 确认号 */ u_int16_t checksum; /* 校验和 */ tcp_protocol = (struct tcp_header*)(packet_content + 14+20); /* 获得TCP协议内容 */ source_port = ntohs(tcp_protocol->tcp_source_port); /* 获得源端口 */ destination_port = ntohs(tcp_protocol->tcp_destination_port); /* 获得目的端口 */ header_length = tcp_protocol->tcp_offset *4; /* 长度 */ sequence = ntohl(tcp_protocol->tcp_sequence_liuzhen); /* 序列码 */ acknowledgement = ntohl(tcp_protocol->tcp_acknowledgement); /* 确认序列码 */ windows = ntohs(tcp_protocol->tcp_windows); /* 窗口大小 */ urgent_pointer = ntohs(tcp_protocol->tcp_urgent_pointer); /* 紧急指针 */ flags = tcp_protocol->tcp_flags; /* 标识 */ checksum = ntohs(tcp_protocol->tcp_checksum); /* 校验和 */ printf("- TCP协议 -n"); printf("源端口号:%dn", source_port); printf("目的端口号:%dn", destination_port); switch (destination_port) case 80: printf("上层协议为HTTP协议n"); break; case 21: printf("上层协议为FTP协议n"); break; case 23: printf("上层协议为TELNET协议n"); break; case 25: printf("上层协议为SMTP协议n"); break; case 110: printf("上层协议POP3协议n"); break; default: break; printf("序列码:%un", sequence); printf("确认号:%un", acknowledgement); printf("首部长度:%dn", header_length); printf("保留:%dn", tcp_protocol->tcp_reserved); printf("标记:"); if (flags &0x08) printf("PSH "); if (flags &0x10) printf("ACK "); if (flags &0x02) printf("SYN "); if (flags &0x20) printf("URG "); if (flags &0x01) printf("FIN "); if (flags &0x04) printf("RST "); printf("n"); printf("窗口大小:%dn", windows); printf("校验和:%dn", checksum); printf("紧急指针:%dn", urgent_pointer);void ip_protocol_packet_callback(u_char *argument, const struct pcap_pkthdr *packet_header, const u_char *packet_content) struct ip_header *ip_protocol; /* IP协议变量 */ u_int header_length; /* 长度 */ u_int offset; /* 偏移 */ u_char tos; /* 服务质量 */ u_int16_t checksum; /* 校验和 */ ip_protocol = (struct ip_header*)(packet_content + 14); /* 获得IP协议内容 */ checksum = ntohs(ip_protocol->ip_checksum); /* 获得校验和 */ header_length = ip_protocol->ip_header_length *4; /* 获得长度 */ tos = ip_protocol->ip_tos; /* 获得服务质量 */ offset = ntohs(ip_protocol->ip_off); /* 获得偏移 */if (ip_protocol->ip_protocol=6) printf("- IP协议 -n"); printf("版本号:%dn", ip_protocol->ip_version); printf("首部长度:%dn", header_length); printf("服务质量:%dn", tos); printf("总长度:%dn", ntohs(ip_protocol->ip_length); printf("标识:%dn", ntohs(ip_protocol->ip_id); printf("偏移:%dn", (offset &0x1fff) *8); printf("生存时间:%dn", ip_protocol->ip_ttl); printf("协议类型:%dn", ip_protocol->ip_protocol); printf("上层协议为TCP协议n");printf("校验和:%dn", checksum); printf("源IP地址:%sn", inet_ntoa(ip_protocol->ip_souce_address); /* 获得源IP地址 */ printf("目的IP地址:%sn", inet_ntoa(ip_protocol->ip_destination_address); /* 获得目的IP地址 */ void ethernet_protocol_packet_callback(u_char *argument, const struct pcap_pkthdr *packet_header, const u_char *packet_content)static int packet_number = 1; /* 数据包个数，静态变量 */u_short ethernet_type; /* 以太网类型 */ struct ether_header *ethernet_protocol;struct ip_header *ip_protocol; /* IP协议变量 */ u_int header_length; /* 长度 */ u_int offset; /* 偏移 */ u_char tos; /* 服务质量 */ u_int16_t checksum; /* 校验和 */ ip_protocol = (struct ip_header*)(packet_content + 14); /* 获得IP协议内容 */ checksum = ntohs(ip_protocol->ip_checksum); /* 获得校验和 */ header_length = ip_protocol->ip_header_length *4; /* 获得长度 */ tos = ip_protocol->ip_tos; /* 获得服务质量 */ offset = ntohs(ip_protocol->ip_off); /* 获得偏移 */ /* 以太网协议变量 */ethernet_protocol = (struct ether_header*)packet_content;ethernet_type = ntohs(ethernet_protocol->ether_type);/* 获得以太网类型 */if(ethernet_type=0x0800 && ip_protocol->ip_protocol=6)u_char *mac_string; /* 以太网地址 */ printf("*n"); printf("捕获第%d个TCP网络数据包n", packet_number); printf("捕获时间:n"); printf("%s", ctime(const time_t*) &packet_header->ts.tv_sec); /* 获得捕获数据包的时间 */ printf("数据包长度:n"); printf("%dn", packet_header->len); printf("- 以太网协议 -n"); /* 获得以太网协议内容 */ printf("类型:n"); printf("%04xn", ethernet_type); printf("源以太网地址: n"); mac_string = ethernet_protocol->ether_shost; printf("%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02xn", *mac_string, *(mac_string + 1), *(mac_string + 2), *(mac_string + 3), *(mac_string + 4), *(mac_string + 5); /* 获得源以太网地址 */ printf("目的以太网地址: n"); mac_string = ethernet_protocol->ether_dhost; printf("%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02xn", *mac_string, *(mac_string + 1), *(mac_string + 2), *(mac_string + 3), *(mac_string + 4), *(mac_string + 5); /* 获得目的以太网地址 */ ip_protocol_packet_callback(argument, packet_header, packet_content);packet_number+; printf("*n"); void main() pcap_t *pcap_handle; /* Winpcap句柄 */ char error_contentPCAP_ERRBUF_SIZE; /* 存储错误信息 */ char *net_interface; /* 网络接口 */ struct bpf_program bpf_filter; /* BPF过滤规则 */ char bpf_filter_string = "" /* 过滤规则字符串 */ bpf_u_int32 net_mask; /* 掩码 */ bpf_u_int32 net_ip; /* 网路地址 */ net_interface = pcap_lookupdev(error_content); /* 获得可用的网络接口 */ pcap_lookupnet(net_interface, &net_ip, &net_mask, error_content); /* 获得网络地址和掩码地址 */ pcap_handle = pcap_open_live(net_interface, BUFSIZ, 1, 1, error_content); /* 打开网路接口 */ pcap_compile(pcap_handle, &bpf_filter, bpf_filter_string, 0, net_ip); /* 编译BPF过滤规则 */ pcap_setfilter(pcap_handle, &bpf_filter); /* 设置过滤规则 */ if (pcap_datalink(pcap_handle) != DLT_EN10MB) return ; pcap_loop(pcap_handle, - 1, ethernet_protocol_packet_callback, NULL); /* 注册回调函数，循环捕获网络数据包，利用回调函数来处理每个数据包 */ pcap_close(pcap_handle); /* 关闭Winpcap操作 */七、测试数据本地局域网IP数据包八、测试情况 程序运行结果图：结 论通过两周的课程设计，增强了我的实际动手能力，通过实际的编程整合串联了我所学到的知识。另外我还学到了作为编程人员的一些基本素质，这为我毕业后找工作奠定了基础。通过做TCP协议分析器学习的很多网络编程知识：1. 学会了winpcap网络数据报捕获开发包的使用；2. 绑定网卡函数bind（）；3. 数据接受函数recv（）；4. Windows套接字编程；5. 学习了原始套接字编程的基本机制；6.学习对数据包进行协议分析的基本方法。 通过做TCP协议分析器学习的很多Visual C+ Windows编程知识：1 学会了Windows常用数据结构的使用；2 学到了一些用Visual C+ Windows编程的技巧。 参考文献1 甘玲 邱劲 面向对象技术与Visual C+ 清华大学出版社2 任哲 MFC Windows 应用程序设计清华大学出版社3 计算机网络 北京：机械工业出版社4 Visual C+网络通信编程实用案例精选 人民邮电出版社5 windows程序设计 北京大学出版社