计算机网络课程设计IP数据包的捕获与分析

1、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4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

2、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

3、；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，

4、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

5、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

6、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

7、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;

8、 / 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 &a

9、mp; 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*

10、/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。

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、(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6553

17、5b，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4章 实验结果4.1 程序截图第5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

18、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6章 附录6.1 源代码#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

20、）;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 contro

21、l" /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 "

22、;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 "maximi

23、ze 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:retur

24、n "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 sho

25、rtest 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 (

26、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=

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,"协议 ： %srn",getprotocol(ip.protocol);fprintf(file,"头校验和 ： 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

30、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,