计算机网络课程设计-IP数据包的捕获与分析.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date计算机网络课程设计-IP数据包的捕获与分析_x0001_CENTRAL SOUTH UNIVERSITY计算机网络课程设计报告-目录第一章 课程设计的目的与要求11.1 课程设计的目的11.2 课程设计的要求1第二章 课程设计的内容32.1 课程设计的内容32.2 内容的要求3第三章 程序分析与设计43.1 IP数据包43.1.1 IP数据包的格式说明43.1.2 IP数据包的格式43.1.3 IP数据包的C+定义53.1.4 IP数据包的解析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 接受数据包7第四章 实验结果104.1 程序截图10第五章 总结115.1 实验心得11第六章 附录126.1 源代码12第一章 课程设计的目的与要求1.1 课程设计的目的 计算机网络课程设计的目的，是为了让学生更深入地掌握计算机网络的核心内容，实现理论与实践相结合。让学生用具体的实践成果，体现对理论知识的掌握程度。有利于学生提高计算机网络的实践能力，加深对计算机网络理论知识的理解。1.2 课程设计的要求（1）编写程序，实现系统的基本功能，鼓励自行增加新功能；（2）要有用户界面：要求至少采用文本菜单界面；鼓励采用图形菜单界面；（3）写课程设计报告，内容包括：l 封面（参见附录I）l 需求分析：以无歧义的陈述说明程序设计的任务，强调的是程序要做什么？给出功能模块图和流程图。同时明确规定：输入的形式和输出值的范围；输出的形式；程序所能够达到的功能；测试数据，包括正确的输入及其输出结果和含有错误的输入及其输出结果。l 概要设计：包括程序设计组成框图，程序中使用的存储结构设计说明（如果指定存储结构请写出该存储结构的定义）。l 详细设计：包括模块功能说明（如函数功能、入口及出口参数说明，函数调用关系描述等），每个模块的算法设计说明（可以是描述算法的流程图）。其中源程序要按照写程序的规则来编写，结构清晰，重点函数的重点变量，重点功能部分要加上清晰的程序注释。l 运行结果：包括典型的界面、输入和输出数据等；l 总结：包括课程设计中遇到的问题，解决问题的过程及体会、收获、对课程设计的认识与思考等。l 附录：包括主要程序清单，要有适当的注释，使程序容易阅读。（4）课程设计报告书写规范参见附录II，不按照规范书写的，成绩不能评为“优”或“良”。（5）无论在校外、校内，都要严格遵守学校和所在单位的学习和劳动纪律、 1规章制度，学生有事离校必须请假。课程设计期间，无故缺席按旷课处理；缺席时间达四分之一以上者，其成绩按不及格处理。第二章 课程设计的内容2.1 课程设计的内容本次实验的要求在网络环境,使用VC+编写程序实现捕获网络中的IP数据包，解析数据包的内容，将结果显示在标准输出上，并同时写入日志文件。2.2 内容的要求（1）以命令行形式运行（应如程序名+参数名）：ipparse logfile，其中ipparse是程序名，而logfile为该程序所带参数，其代表记录结果的日志文件。（2）在标准输出和日志文件中写入捕获的IP包的版本、头长度、服务类型、数据包总长度、数据包标识、分段标志、分段偏移值、生存时间、上层协议类型、头校验和、源IP地址和目的IP地址等内容。 （3）当程序接收到键盘输入CtrlC时退出。第三章 程序设计与分析3.1 IP数据包3.1.1 IP数据包的格式说明 IP数据包格式包含了标头固定部分，标头可变部分和数据区三部分。IP数据报标头部分固定为20个字节，其中包含了12个参数域，各参数域隐含着网间协议的传输机制。IP具体的标头格式如图1所示。 各参数域的具体含义如下：1) 版本号：长度4位，表示所使用的IP协议的版本。IPv4版本号字段值为4；IPV6版本号字段号的值为6.2) 标头长：长度4位，定义了一个以4B为一个单位的IP包的报头长度3) 服务类型：共8位，高3位组成优先级子域，随后4位组成服务类型子域。4) 数据报总长度：总长度为2B（即6位）。定义了以字节为单位的数据报的总长度。5) 重装标识：长度16位，用于识别IP数据报的编号，让目的主机判断新来的数据属于哪个分组。6) 分片标识：共3位，最高位为0；DF禁止分片标识。DF=0，可以分片；DF=1，不能分片。MF:分片标识。MF=0，表示接的是最后一个分片；MF=1，不是最后一个分片。7) 片偏移值：共13位，说明分片在整个数据报中的相对位置。8) 生存周期：8位，用来设置数据数据报在整个网络传输过程中的寿命。常以一个数据报可以经过的最多的路由器跳步数来控制。9) 协议类型：共8位，表示该IP数据报的高层协议类型。10) 标头校验和：共16位，用于存放检查报头错误的校验码。11) 源、宿主机地址：共32位，分别表示发送和接受数据报的源主机和宿主机的IP地址。选项数据域：0-40B，用于控制和测试3.1.2 IP数据包的格式3.1.3 IP数据包的C+定义typedef struct _IPunionBYTE Version; / 版本BYTE HdrLen;/IHT;BYTE ServiceType; / 服务类型WORD TotalLen; / 总长WORD ID; / 标识union WORD Flags; / 标志WORD FragOff; / 分段偏移;BYTE TimeToLive; / 生命期BYTE Protocol; / 协议WORD HdrChksum; / 头校验和DWORD SrcAddr; / 源地址DWORD DstAddr; / 目的地址BYTE Options; / 选项 IP;3.1.4 IP数据包的解析通过IP_HEADER解析IP头各个字段的代码：/*获取版本字段*/ip.Version>>4;/*获取头部长度字段*/ip.HdrLen & 0x0f;/*获取服务类型字段中的优先级子域*/ip.ServiceType>>5;/*获取服务类型字段中的TOS子域*/(ip.ServiceType>>1)&0x0f;/*获取总长度字段*/ip.TotalLen;/*获取标识字段*/ip.ID;/*解析标志字段*/DF = (ip.Flags>>14) & 0x01;MF = (ip.Flags>>13) & 0x01;/*获取分段偏移字段*/ip.FragOff & 0x1fff;/*获取生存时间字段*/ip.TimeToLive;/*获取协议字段*/ip.Protocol;/*获取头校验和字段*/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编程，将网卡设为能够接受流经网卡的所有类型的数据包。首先，初始化套接字，然后监听数据包，解析数据包。SOCKET sock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP)用来创建套接字，其参数为通信发生的区字段和套接字的类型。 WSAIoctl(sock,IO_RCVALL ,&dwBufferInLen , sizeof(dwBufferInLen)函数用来把网卡设置为混杂模式。recv(sock,buffer,65535,0)函数用来接收经过的IP包，其参数分别是套接字描述符，缓冲区的地址，缓冲区的大小。3.2.1 使用原始套接字 要进行IP层数据包的接收和发送，应使用原始套接字。创建原始套接字的代码如下： SOCKET sock;sock=WSASoccket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED);在WSASoccket函数中，第一个参数指定通信发生的区字段，AF_INET是针对Internet的，允许在远程主机之间通信。第二个参数是套接字的类型，在AF_INET地址族下，有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW三种套接字类型。在这里，设置为SOCK_RAW，表示声明的是一个原始套接字类型。第三个参数依赖于第二个参数，用于指定套接字所有的特定协议，这里使用IP协议。第四个参数为WSAPROTOCOL_INFO位，该位可以置空。第五个参数保留，永远置0。第六个参数是标志位，WSA_FLAG_OVERLAPPED表明可以使用发送接收超时设置。创建原始套接字后，IP头就会包含在接收的数据中。然后，可以设置IP头操作选项，调用setsockopt函数。其中flag设置为true，并设定IP_HDRINCL选项，表明用户可以亲自对IP头进行处理。BOOL flag=true;setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(CHAR*)&flag,sizeof(flag);之后，使用如下代码完成对socket的初始化工作：/*获取主机名*/char hostName128;gethostname(hostName,100);/*获取本地IP地址*/hostent * pHostIP;pHostIP = gethostbyname(hostName);/*填充SOCKADDR_IN结构的内容*/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);/*绑定socket*/bind(sock,(PSOCKADDR)&addr_in,sizeof(addr_in);填写sockaddr_in的内容时，其地址值应填写为本机IP地址，本机IP地址可以通过gethostbyname()函数获取；端口号可以随便填写，但不能与系统冲突；协议族应填为AF_INET。使用htons()函数可以将无符号短整型的主机数据转换为网络字节顺序的数据。最后使用bind(0函数将socket绑定到本机网卡上。绑定网卡后，需要用WSAIoctl()函数把网卡设置为混杂模式，使网卡能够接收所有网络数据，其关键代码如下：#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);如果接收的数据包中的协议类型和定义的原始套接字匹配，那么接收到的数据就拷贝到套接字中。因此，网卡就可以接收所有经过的IP包。3.3 接收数据包 在程序中可使用recv()函数接收经过的IP包。该函数有四个参数，第一个参数接收操作所用的套接字描述符；第二个参数接收缓冲区的地址；第三个参数接收缓冲区的大小，也就是所要接收的字节数；第四个参数是一个附加标志，如果对所发送的数据没特殊要求，直接设为0。因为IP数据包的最大长度是65535B，因此，缓冲区的大小不能小于65535B。设置缓冲区后，可利用循环来反复监听接收IP包，用RECV()函数实现接收功能的代码如下：#define BUFFER_SIZE 65535char bufferBUFFER_SIZE; /设置缓冲区while(true)recv(sock,buffer,BUFFER_SIZE,0); /接收数据包 /*然后是解析接收的IP包*/第四章 实验结果4.1 程序截图第五章 总结通过这次课程设计，我们了解到关于计算机网络数据传送及处理过程中，软件起到了巨大的作用。熟悉了C+语言在计算机网络方面的应用，是一次难得的机会。此外，我还了解了网络通信协议的基本工作原理及套接字的使用，虽然刚开始的时候比较模糊,但是通过与同学共同探讨和网上查阅资料，最终我成功完成了实验。这次课程设计培养了我们基本掌握网络编程的基本思路和方法，让我们懂得如何去学习这类东西。同时提高我们对所学计算机网络理论知识的理解能力，提高和挖掘我们对所学知识的实际应用能力和创新能力。同学们的合作是实验成功的必要条件，而谨慎对待事物的态度是成功的关键。第六章 附录6.1 源代码#include <stdio.h>#include <iostream.h>#include <Winsock2.h>#include <ws2tcpip.h>#pragma comment (lib,"Ws2_32.lib")#define BUFFER_SIZE 65535#define IO_RCVALL _WSAIOW(IOC_VENDOR,1)typedef struct _IP_HEADER /定义IP头unionBYTE Version; /版本（前4位） BYTE HdrLen; /报头标长（后4位），IP头长度;BYTE ServiceType; /服务类型WORD TotalLen; /数据报总长WORD ID; /标识unionWORD Flags; /标识（前3位）WORD FragOff; /分段偏移（后13位）;BYTE TimeToLive; /生存周期BYTE Protocol; /协议WORD HdrChksum; /头校验和DWORD SrcAddr; /源地址DWORD DstAddr; /目地地址BYTE Options; /选项IP_HEADER;char * parseServiceType_getProcedence(BYTE b)switch(b>>5)/获取服务类型字段中优先级子域case 7: return "Network Control"/网络控制break;case 6:return "Internet work Control" /网络控制break;case 5:return "CRITIC/ECP" break;case 4:return "Flash Override"/最优先信号break;case 3: return "Flsah" break;case 2:return "Immediate" break;case 1:return "Priority"/协议break;case 0:return "Routine"/路由break;default:return "Unknow"break;char * parseServiceType_getTOS(BYTE b)b=(b>>1)&0x0f;/获取服务类型字段中的TOS子域switch(b) case 0:return "Normal service" /正常运行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:return "Minimize delay" /延迟break;case 15:return "Maximize security" /安全性break; default:return "Unknow" char * getProtocol(BYTE Protocol) /获取协议字段共8位switch(Protocol) /以下为协议号说明： case 1:return "ICMP" /Internet控制报文协议case 2:return "IGMP" /Internet组管理协议case 4: return "IP in IP"/移动IP数据封装和隧道case 6:return "TCP"/传输控制协议case 8:return "EGP"/外部网关协议case 17:return "UDP"/用户数据报文协议case 41:return "IPv6"case 46:return "RSVP"/资源预留协议case 89:return "OSPF"/Open Shortest Path First 开发式最短路径优先default:return "UNKNOW"void ipparse(FILE* file,char* buffer)IP_HEADER ip=*(IP_HEADER*)buffer; /通过指针把缓冲区的内容强制转化为IP_HEADER数据结构fseek(file,0,SEEK_END); fprintf(file,"_rn");fprintf(file,"版本号：IPV%drn",ip.Version>>4);fprintf(file,"报头标长：%d (BYTE)rn",(ip.HdrLen & 0x0f)*4);fprintf(file,"服务器类型 ： %s,%srn",parseServiceType_getProcedence(ip.ServiceType), parseServiceType_getTOS(ip.ServiceType);fprintf(file,"总长度 ： %d(BYTE)rn",ip.TotalLen);fprintf(file,"标识 ： %drn",ip.ID);fprintf(file,"标志位 DF：%d , MF=%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,"协议 ： %srn",getProtocol(ip.Protocol);fprintf(file,"头校验和 ： 0x%0xrn",ip.HdrChksum);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 file %s");return -1;WORD rv;WSADATA WSAData; /定义了能够储存WSAStarup调用返回值的结构rv=MAKEWORD(2,2); /Winsock2版本WSAStartup(rv,&WSAData);SOCKET sock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP); /创建套接字，sock为套接字描述符BOOL flag=true;setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(CHAR*)&flag,sizeof(flag);/任意类型、任意状态套接口的设置选项值char hostName128;gethostname(hostName,100); /获取主机名hostent * pHostIP;/获取本地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); /将无符号短整型主机数据转换为网络字节顺序数据bind(sock,(PSOCKADDR)&addr_in,sizeof(addr_in);DWORD dwBufferLen10; /设置网卡为混杂模式 DWORD dwBufferInLen=1;DWORD dwBytesReturned=0;WSAIoctl(sock, IO_RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof(dwBufferInLen),&dwBufferLen,sizeof(dwBufferLen),&dwBytesReturned,NULL,NULL);char bufferBUFFER_SIZE; /设置缓冲区char i,a; printf(" *n"); printf(" * IP数据包捕获程序 *n"); printf(" * 捕获并解析本机的数据包输入Y *n"); printf(" * 放弃执行输入N *n"); printf(" * 退出程序按 Ctrl+c *n"); printf(" *n");cin>>i;system("cls");while(true&&i='Y'|i='y')int size=recv(sock,buffer,BUFFER_SIZE,0); /接收数据包if (size>0) printf("nnIP数据包捕获解析程序n");ipparse(stdout,buffer);ipparse(file,buffer);printf("是否要继续捕获并解析本机的IP数据包？ Y/N n");fflush(stdin);cin>>i;continue;elsefclose(file);return 0;closesocket(sock);计算机网络课程的结束已经过去将近1年，当时的学习也仅限于上课和考试。这次计算机网络课程设计给予了我一次难得的锻炼机会。刚拿到题目的时候，感觉还无从下手。后来通过上网查询各种资料和查阅书籍，我们慢慢摸索探讨出了整个组网的设计过程。该组网只是一个简单的酒店网络模拟，它离实际还是有相当的距离，需要进行不断地补充和完善。通过本次课程设计我们学到了不少新的东西，也发现了大量的问题，有些在设计过程中已经解决，有些还有待今后慢慢学习只要学习就会有更多的问题，有更多的难点，但也会有更多的收获。本次课程设计用到的packet tracer软件是我们第一次接触，但通过自学和网络的帮助，我们慢慢掌握了packet tracer软件的使用方法。从一开始的无处着手到通过自己的努力，我基本上完成了这次的任务，但是由于知识的欠缺及时间的限制，我们的成果仅限于现在完成的部分，还有很大的改善空间。总的来说，本次课程设计让我获益匪浅，希望以后还有这样锻炼自己的机会。