《计算机网络》第十章

1、计算机网络课程设计报告题 目： 发现网络中的活动主机 学生姓名： 刘 枫 学 号： 201217010148 专业班级： 计算机科学与技术12101班 同组姓名: 指导教师： 聂方彦 设计时间： 2015年上学期第17周 指导老师意见：评定成绩： 签名： 日期：2015年7月3日一、程设计的目的和意义 IP协议的优点是简洁，但缺少差错控制和查询机制，而网际控制报文协议（ICMP）具有补充IP功能的作用。在网络管理中，常常要确定当前网络中处于活动状态的主机，这时可以通过使用ICMP的回送和回送响应消息来完成这项工作。本课程设计的目的就是编制程序，利用ICMP数据包，发现指定网段中的活动主机。通过

2、课程设计，使学生更加熟悉ICMP报文的结构，对ICMP协议有更好的理解和认识。二、程设计的内容和要求 设计程序，其功能是发送ICMP数据包，以获取指定网段中的活动主机，并将结果显示在标准输出上。 程序的具体要求如下：1） 用命令行形式运行： scanhost Start_adress End_adress其中scanhost为程序名；Start_adress为被搜索网段的开始IP地址；End_adress为被搜索网段的结束IP地址。2）输出格式为： 活动主机1 活动主机2三、课程设计的相关技术 编制程序前首先要对ICMP报文的格式有一定的了解，ICMP报文是在IP数据报内部传输的，其结构如图1

3、所示。图1 ICMP封装在IP内部ICMP报文的格式如图2所示。所有报文的前4个字节都是一样的，但是其它字节则互不相同。其中类型字段可以有15个不同的值，以描述特定类型的ICMP报文，某些ICMP报文还使用代码字段的值来进一步描述不用的条件。按验和字段为2字节，校验的范围是整个ICMP报文。检验和是必须的，其计算方法与IP协议头部校验和的计算方法一样。0 7 8 15 16 31（位）类型字段代码字段校验和字段（不同类型和代码有不同内容）图2 ICMP报文各种类型的ICMP报文如图3所示（ICMP报文类型），不同类型由报文中的类型字段和代码字段来共同决定。本课程设计的目的是发现网络中的活动主机

4、，就是使用ICMP的回送和回送响应消息发现网络中的活动主机，即Ping消息的请求和应答。那幺，发送的ICMP的数据包类型设置为回送请求（类型号为8）。四、课程设计过程本程序使用原始套接字生成ICMP报文来进行活动主机的探查。这个程序使用的是回送请求与应答消息。程序的大致思想是把ICMP的数据包类型设置为回送请求，将它发送给网络上的一个IP地址，如果这个IP地址已经被占用的话，那幺使用位于这个IP地址的主机上的TCP/IP软件就能够接收到这个ICMP回送请求，从而返回一个ICMP回送响应（类型号为0）信息。信息封装在一个IP包中，我们需要解析该IP包，从中找到ICMP数据信息。相反，如果这个IP

5、地址没有人使用，那幺发送的ICMP回送请求在设定的延时内就不可能得到响应。在初始化原始套接字之后，本程序就要开始在一个IP网段内寻找活动主机。因为要寻找的主机可能很多，为节省时间可以采用多线程编程。下面接结合核心代码对程序的具体实现进行讲解，同时为使程序流程更加清晰，去掉了错误检查等保护性代码。4.1、使用原始套接字为了实现发送/监听ICMP报文，必须使用原始套接字，创建原始套接字的代码如下：socket sockRaw;sockRaw=SAocket(AF_INET,sock_Raw,IPPROTO_ICMP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED); 在WSASocket函数

6、中，我们使用IPPROTO_ICMP表示接收ICMP数据包，为了使用发送超时设置（设置SO_RCVTIMEO或SO_SNDTIMEO），必须将标志位置为WSA_FLAG_OVERLAPPED。然后调用setsockopt函数设置读取延迟。Int timeout=1000;setsockopt(sockRaw,SQL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,(char*)&timeout,sizeof(timeout);setsockopt(sockRaw,SQL_socket,SO_SNDTIMEO,(char*)&timeout,sizeof(timeout);类 型 代 码

7、描 述 0 0 回送响应（PING应答）3 目的不可达0 网络不可达1 主机不可达2 协议不可达3 端口不可达4 需要进行分片但设置了禁止分片比特5 源主机选择路由失败6 无法识别目的网络7 无法识别目的主机8 源主机被隔离9 目的网络被禁止10 目的主机被禁止11 由于服务类型（TOS），网络不可达12 由于服务类型（TOS），主机不可达13 由于过滤，通信被强行禁止14 主机越权15 优先权终止生效 4 0 源端被关闭（基本流控制）5 重定向0 对网络重定向1 对主机重定向2 对服务类型和网络重定向3 对服务类型和主机重定向 8 0 回送请求（PING请求）9 0 路由器通告10 0 路由

8、器请求11 超时0 传输期间生存期减为01 数据报组装期间生存期减为012 参数问题0 各种IP头部错误1 缺少必须的选项13 0 时间戳请求14 0 时间戳应答15 0 信息请求（已作废）16 0 信息应答（已作废）17 0 地址掩码请求18 0 地址掩码应答图3 ICMP报文类型 在setsockopt函数中，sockRaw是之前创建的原始套接字，设置SQL_SOCKET表明使用基本套接字处理ICMP报文。设置SO_RCVTIMEO表示使用接收超时设置，SO_SNDTIMEO表示使用发送超时设置，在这里，超时时间均设置为1000ms。 4.2、定义IP头部和ICMP头部的数据结构由于soc

9、ket发送/捕获的是IP包，因此要分别定义IP头部的数据结构ICMP头部数据结构。4.3、填充并发送回送请求类型的ICMP报文为了使收到数据包的目的主机发送响应，我们需要向目的主机发送回送请求类型的ICMP报文。从图3中可知，回送请求的类型号为8。因此ICMP报文的填充代码如下：checksum为校验和的函数，设校验和初值为0 ，然后对数据每16为求异或，结果取反，便得校验和。其代码如下： USHORT checksum(USHORT *buffer, int size) unsigned long cksum = 0; while(size>1) cksum+=*buffer+; si

10、ze -=sizeof(USHORT);if(size)cksum +=*（UCHAR*）buffer;cksum = (cksum >> 16)+(cksum & 0xffff);cksum +=(cksum >> 16);return(USHORT)(-cksum);填充ICMP报文之后，应在ICMP报文之前加上IP报头并发送出去。可调用下面的代码发送数据包。注意，这里的DEST是填入目的主机IP地址的一个sockaddr_in数据结构，IPSTRING是目的主机的IP地址字符串。 struct sockaddr_in dest; dest.sin_fami

11、ly = AF_INET; dest.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP_STRING); /填入搜索的IP地址 sendto(sockRaw,icmp_data,datasize,0,(sockaddr*)&dest,sizeof(dest);4.4、解析数据包如果所Ping的目的主机所在，那么它会发送一个回送应答包。这是一个IP包，收到后解析此数据包并获取其中的ICMP信息。根据IP报头信息中的IP报头长度字段，就可以得到ICMP报文的真实地址。ICMP数据包中的IP地址就是活动主机的IP。代码如下：4.5、程序流程图一个用多线程实现的程序在课程设计过程的

12、第三部分中给出，以下分别是主程序流程图和子程序流程图:开 始将Start_IP添入到dest中起始IP地址Start_IP结束IP地址End_IP建立并初始化目的主机的Sockaddr_in数据结构dest构造原始套接字，并初始化Start_IPEnd_IP？ N Y Y线程数目太多？等待一定时间 N创建一个线程并执行Start_IP+ Y 还有线程在执行？等待一定时间 N结 束 图4 主程序流程图开 始填充ICMP数据报发送数据报接收数报去掉IP报头，获取ICMP信息数据包太短？ Y N不是回送响应？ Y NID不符合？ Y N输出数据报中的IP地址 结 束图5 子程序流程图五、程序运行结果

13、六、课程设计小结通过此次课程设计，我加深了对ICMP协议的理解，巩固了课堂知识。由于网络协议比较抽象、难学，自己学得也不够深入，加上还要把所学知识运用到实践中来，所以一开始时感觉比较困难，而且在调试过程中难免要出现一些如变量没有定义、缺少头文件、大小写错误以及其它问题，通过查阅文献资料、向同学请教以及认真地思考与分析，逐一对错误进行了调试，才使得程序能正常运行，大体上符合了设计的目的和要求。在程序的调试过程中，出现问题是正常的，关键是如何去发现问题的根源，然后去解决它。为了能够快速地确定错误的原因，尽快的排除程序错误，通常把程序错误划分为三种类型：语法错误、运行错误和逻辑错误。在设计过程中，我

14、们可以先找出问题，看是属于哪一类错误，然后再将问题一一解决，这样既解决了疑难问题又节省了不少时间。参考文献1 吴功宜, 胡晓英, 张仁, 何云, 王宁编著. 计算机网络课程设计M. 北京：机械工业出版社, 2014.82 谢希仁著. 计算机网络（第六版）. 北京.电子工业出版社, 2013.63 陈坚, 陈伟. Visual C+网络高级编程M. 北京: 人民邮电出版社，2012.64 陈鸣等. 计算机网络实验教程，从原理到实践. 北京: 机械工业出版社，20075 吴功宜，等. 计算机网络高级教程M. 北京: 清华大学出版社，2007.66 吴功宜，等. 计算机网络高级软件编程技术M. 北京

15、: 清华大学出版社，2008.67 吴功宜，等. 网络安全高级软件编程技术M. 北京: 清华大学出版社，20010.6附录：源代码#include <winsock2.h>#include <iostream.h>#include <time.h>#pragma comment (lib,"Ws2_32.lib")/IP包头部结构typedef struct iphdrunsigned int headlen:4;/头部长度unsigned int version:4;/版本号unsigned char tos;/服务类型unsigned

16、 short totallen;/总长度unsigned short id;/IP包ID号unsigned short falg;/标记unsigned char ttl;/生存时间unsigned char prot;/协议类型unsigned short checksum;/校验和unsigned int sourceIP;/源IP地址unsigned int destIP;/目的IP地址IpHeader;/ICMP包头布结构typedef struct icmphdrBYTE type;BYTE code;USHORT checksum;USHORT id;USHORT seg;Icmp

17、Header;#define ICMP_RCHO 8#define ICMP_RCHO_REPLY 0#defineICMP_MIN 8#define STATUS_FAILED 0xFFFF#defineDEF_PACKET_SIZE 32#define MAX_PACKET 1024#define MAX_PING_PACKET_SIZE (MAX_PACKET+sizeof(IpHeader)void fill_icmp_data(char *,int);USHORT checksum(USHORT *,int);void decode_resp(char *,int,struct so

18、ckaddr_in *);DWORD WINAPI FindIP(LPVOID pIPAddrTemp);WSADATA wsaData;SOCKET sockRaw;/原始套接字struct sockaddr_in dest,from,end;int fromlen =sizeof(from);/接收ICMP包长度char *recvbuf=new charMAX_PING_PACKET_SIZE;unsigned int addr=0;long ThreadNumCounter=0,ThreadNumLimit=20;long *aa=&ThreadNumCounter;/填充IC

19、MP包的函数void fill_icmp_data(char *icmp_data,int datasize)IcmpHeader *icmp_hdr;char *datapart;icmp_hdr=(IcmpHeader*)icmp_data;icmp_hdr->type=ICMP_RCHO;/设置类型信息icmp_hdr->id=(USHORT)GetCurrentThreadId();/设置当前线程IDdatapart=icmp_data+sizeof(IcmpHeader);/计算ICMP包数据部分memset(datapart,'A',datasize-s

20、izeof(IcmpHeader);/解析IP地址的函数void decode_resp(char *buf,int bytes,struct sockaddr_in *from)IpHeader *iphdr;IcmpHeader *icmphdr;unsigned short iphdrlen;iphdr=(IpHeader*) buf;/跳过IP包头部iphdrlen=iphdr->headlen*4;icmphdr=(IcmpHeader *)(buf+iphdrlen);/数据包太短，跳过if(bytes<iphdrlen+ICMP_MIN)return;/不是回送响应,

21、丢弃if(icmphdr->type!=ICMP_RCHO_REPLY)return;/ID不符if(icmphdr->id!=(USHORT)GetCurrentThreadId()return;cout<<"活动主机: "<<inet_ntoa(from->sin_addr)<<endl;/校验和计算函数USHORT checksum(USHORT *buffer,int size)unsigned long cksum=0;while(size>1)cksum+=*buffer+;size-=sizeof(U

22、SHORT);if(size)cksum+=*(UCHAR*)buffer;cksum=(cksum>>16)+(cksum& 0xffff);cksum+=(cksum>>16);return (USHORT)(cksum);/线程调用函数DWORD WINAPI FindIP(LPVOID pIPAddrTemp)InterlockedIncrement(aa);char icmp_dataMAX_PACKET;memset(icmp_data,0,MAX_PACKET);int datasize=DEF_PACKET_SIZE;datasize+=size

23、of(IcmpHeader);/填充ICMP包fill_icmp_data(icmp_data,datasize);(IcmpHeader*)icmp_data)->checksum=0;(IcmpHeader*)icmp_data)->seg=0;/计算校验和后填入(IcmpHeader*)icmp_data)->checksum=checksum(USHORT*)icmp_data,datasize);/发送ICMP包int bwrote=sendto(sockRaw,icmp_data,datasize,0,(struct sockaddr *)pIPAddrTemp,

24、sizeof(dest);int n=0;if(bwrote=SOCKET_ERROR)if(WSAGetLastError()=WSAETIMEDOUT)cout<<"timed out"<<endl;cout<<"sendto failies"<<WSAGetLastError()<<endl;ExitProcess(STATUS_FAILED);n=1;if(WSAGetLastError()=WSAETIMEDOUT)cout<<"timed out"&l

25、t;<endl;ExitProcess(STATUS_FAILED);n=1;if(bwrote<datasize)cout<<"Worte"<<bwrote<<"bytes"<<endl;ExitProcess(STATUS_FAILED);n=1;int bread=recvfrom(sockRaw,recvbuf,MAX_PING_PACKET_SIZE,0,(struct sockaddr *)&from,&fromlen);if(bread=SOCKET_ERROR)i

26、f(WSAGetLastError()=WSAETIMEDOUT)cout<<"timed out"<<endl;cout<<"recvfrom falied"<<WSAGetLastError()<<endl;ExitProcess(STATUS_FAILED);n=1;if(n=0)decode_resp(recvbuf,bread,&from);InterlockedDecrement(aa);return 0;void main(int argc,char *argv)/检查输入

27、命令格式if(argc!=3)cout<<"输入格式错误: 996 start_adress end_adress"<<endl;return;/开始使用Ws2_32.dllif(WSAStartup(MAKEWORD(2,1),&wsaData)!=0)cout<<"WASStartup failed"<<GetLastError()<<endl;ExitProcess(STATUS_FAILED);/创建原始套接字sockRaw=WSASocket(AF_INET,SOCK_RAW,

28、IPPROTO_ICMP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED);if(sockRaw=INVALID_SOCKET)cout<<"WASSocketet() falied"<<WSAGetLastError()<<endl;ExitProcess(STATUS_FAILED);/设置接收延时int timeout=1000;int bread=setsockopt(sockRaw,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,(char *)&timeout,sizeof(timeout);if(bread=SOCKET_ERROR)cout<<"FAILED TO SEY RECV TIMEOUT"<<WSAGetLastError()<<endl;ExitProcess(STATUS_FAILED);/设置发送延时 timeout=1000; bread=setsockopt(sockRaw,SOL_SOCKET,SO_SNDTIMEO,(char *)&timeout,sizeof(timeout); if(bread=SOCKET_ERROR)cout<<"FAILED TO SEY RECV TIMEOU