网络协议分析课程设计.doc

计算机网络 课程设计报告书 设计题目： 协议分析 专 业： 计算机科学与技术 班 级： 10 级 1 班 姓 名： 齐特(组长) 宁文倩 谢晗 指导教师： 苏宪利 完成日期： 2012 年 1 月 3 日 i 目目 录录 1 1 概述概述1 1.1 目的.1 1.2 选题 .1 2 2 课程作业过程及结果课程作业过程及结果1 2.1 编程环境及工具.1 2.2 实现原理分析.1 2.3 综合设计.2 2.3.1 协议分析器总体结构的设计与实现.2 2.3.2 数据捕获模块的设计与实现.2 2.3.3 协议解析模块的设计与实现.3 3 3 课程大作业总结课程大作业总结4 3.1 小结.4 3.2 改进设想.6 附录附录 关键代码关键代码6 网络编程语言课程大作业报告 1 1 1 概述概述 1.1 目的 （1）编写一个简化的协议分析器，了解数据通过网络传输时的封装与解析过程，加 深理解 tcp/ip 协议栈的工作原理和网络应用软件开发能力 （2）掌握 winpcap 编程与抓包方法；使用 winpcap 库的流量统计和向网络中发包等 特性。 1.2 选题 协议分析器程序 2 2 课程作业过程及结果课程作业过程及结果 2.1 编程环境及工具 （1）操作系统：windows 7 （2）开发语言：c 语言 （3）编译环境：ms visual c+6.0； （4）第 3 方函数库：winpcap3.1； 2.2 实现原理分析 协议分析器工作在网络环境中的底层，拦截所有正在网络上传送的数据，并且通过相 应的解析处理，可以实时分析这些数据的内容，进而分析所处的网络状态和整体拓扑布局。 当应用程序通过 ip 网络传送数据时，数据就被送入 tcp/ip 协议栈中，然后由上至下 逐一通过每一层，直到最后被当做一串比特流送入网络。其中每一层对收到的数据都要增 加一些首部信息这个过程被称作封装。通过以太网传输的比特流被称作帧。在传输的另一 端，当目的主机收到一个以太网数据帧时，数据就开始从协议栈有底向上逐层解析，去掉 各层协议所加上的报文头部。每层协议均要检查报头中的协议标识字段，以确定要接收数 据的上层协议，最终从报文中解析出应用层数据后交给应用程序处理。 协议分析器就是从网络中捕获数据包并对其进行解析的过程。因此我们需要了解每层 协议所规定的报文格式，然后由底向上逐层对数据包进行解码，最后将分析的结果显示出 来。 2.3 综合设计 2.3.1 协议分析器总体结构的设计与实现 协议分析器的整体结构按功能分成 3 个部分，自底向上分别是数据捕获模块、协议解 析模块和用户显示模块。 网络编程语言课程大作业报告 2 以太网 数据捕获模块 协议解析模块 用 户 界 面 网络流量 数据包 显示 图 1 协议分析器整体结构图 2.3.2 数据捕获模块的设计与实现 数据捕获模块的主要功能是进行数据采集，这个是整个系统的基础和数据来源。程序 使用 winpcap 来捕获网络中原始数据包。winpcap 是数据包捕获的开放代码函数库，它可 以完成以下主要功能： （1）捕获网络中的的原始数据包。 （2）使用用户自定义规则对数据包进行过滤。 （3）发送用户自己构造的数据包到网络中。 （4）统计网络流量。 （5）使用 winpcap 捕获数据包的算法 使用 winpcap 来捕获数据包的算法一般分为以下几步： (1)获取并列出当前网络设备列表。 (2)由用户选择并打开指定网卡。 (3)根据过滤规则设置过滤器。 (4)捕获数据包并进行解析处理。 编程流程如图 2 所示。 网络编程语言课程大作业报告 3 获取 网络设备列表 打开设备， 设为混杂模式 编译过滤器 设置过滤器 循环捕获数据包 关闭网络设备 处理数据包 图 2 数据包捕获流程图 2.3.3 协议解析模块的设计与实现 该模块的主要功能就是对捕获的数据包按照数据链路层（mac） 、网络层 （ip、arp） 、传输层（tcp、udp、icmp）的层次结构自底向上进行解析，最后将解析 结果显示输出。协议解析过程如图 3 所示。 第三层协议类型为？ parseippacket()parsearppacket() 解码结束 ethernet v2.0 ip arp 第四层协议类型为？ parseudppacket() parseippacket()parseicmppacket() udp tcp icmp 开始解码 parseippacket()parsearppacket() 解码结束 ip 第四层协议类型为？ parseudppacket() parseippacket()parseicmppacket() udp tcp icmp 开始解码 图 3 协议解析流程图 网络编程语言课程大作业报告 4 （1）.解析 arp 数据包 此处不做过多说明，主要代码分析见本文第 5 部分。 硬件地址长度（6） 上层协议类型（ip: 0x0800）硬件类型（ethernet: 1） 协议地址长度（4）操作（请求: 1; 应答: 2） 发送端mac地址 接收端ip地址 接收端mac地址 发送端mac地址发送端ip地址 发送端ip地址接收端mac地址 图 4 arp 报文结构 （2）.解析 ip 数据包 为了提高效率，可以使用链表结构存储ip 数据包信息，同时还可以使用模板类 map 来存储 ip 数据包信息。 4位 版本 4位 首部长度 16位总长度（字节） 8位 服务类型（tos） 3位 标志 8位 生存时间（ttl） 13位片偏移16位标识 8位协议16位首部校验和 32位源ip地址 32位目的ip地址 32位选项（若有） 数据部分 图 5 ip 报文结构 3 3 课程大作业总结课程大作业总结 3.1 小结 (1).启动： 程序启动后首先出现网卡选择对话框，如图 3-1 所示，在设备列表中选择需要进行捕 获的网卡。 网络编程语言课程大作业报告 5 图 3-1 网卡选择界面 (1).界面： 图 3-2 程序界面 网络编程语言课程大作业报告 6 3.2 改进设想 程序解析了 arp、ip，但仍不全面，例如没有包括 http 等协议，以后可对可解析的协 议类型作进一步的扩充。 附录附录 关键代码关键代码 #include “pcap.h“ /*packet handler 函数原型*/ void packet_handler(u_char *param, const struct pcap_pkthdr *header, const u_char *pkt_data); int main() pcap_if_t *alldevs;/网卡列表指针 pcap_if_t *d;/网卡列表指针 int inum; int i = 0; pcap_t *adhandle; char errbufpcap_errbuf_size;/ /错误消息缓冲区 /获取本机设备列表 if(pcap_findalldevs(/获取本地网络设备列表 exit(1); /打印列表 for(d = alldevs; d != null; d = d-next) printf(“%d. %s“, +i, d-name); if(d-description)/如果有描述则输出详细信息 printf(“ (%s)n“, d-description); else printf(“ (no description available) n“);/提示没有描述 之后输出网卡号 printf(“enter the interface number (1-%d):“, i); scanf(“%d“, if(inum i) printf(“ninterface number out of range.n“);/错误信息 /释放设备列表 网络编程语言课程大作业报告 7 pcap_freealldevs(alldevs); return -1; /跳转到选中的适配器 for(d = alldevs, i = 0; i next, i+); /打开设备 if(adhandle = pcap_open(d-name,65536,0,1000,null,errbuf) = null) printf(“nunable to open the adapter.%s is not supported by winpcapn“, d- name); /释放设备列表 pcap_freealldevs(alldevs); return -1; printf(“nlistening on %s. n“, d-description);/进行描述 /释放设备列表 pcap_freealldevs(alldevs); /开始捕捉 pcap_loop(adhandle, 0, packet_handler, null); return 0; /每次捕捉到数据包时，libpcap 都会自动调用这个回调函数 void packet_handler(u_char *param, const struct pcap_pkthdr *header, const u_char *pkt_data) struct tm *ltime; char timestr16; time_t