解析IP数据包剖析

1、 解析IP数据包任务目的：设计一个解析IP数据包的程序,并根据这个程序,说明IP数据包的结构及IP协议的相关问题,从而IP层的工作原理有更好的理解和认识。任务要求：本实验的目标是捕获网络中的IP数据包，解析数据包的内容，见个结果显示在标准输出上，并同时写入日志文件。程序的具体要求如下： 以命令行形式运行：ipparselogfile，其中ipparse是程序名，而logfile则代表记录结果的日志文件。 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。 当程序接收

2、到键盘输入Ctrl+C时退出。设计相关知识：互联网络层是TCP/IP协议参考模型中的关键部分.IP协议把传输层送来的消息组装成IP数据包,并把IP数据包传送给数据链层.IP协议在TCP/IP协议族中处于核心地位,IP协议制定了统一的IP数据包格式,以消除个通信子网中的差异,从而为信息发送方和接收方提供了透明的传输通道.编制本程序前,首先要对IP包的格式有一定了解,图1给出了IP协议的数据包格式.IP数据包的第一个字段是版本字段,其度是4位,表示所使用的IP协议的版本.目前的版本是IPV4,版本字段的值是4,下一代版本是IPV6,版本字段值是6.本程序主要针对版本是IPV4的数据包的解析.报头标

3、长字段为4位,它定义了以4B为一个单位的IP包的报文长度.报头中除了选项字段和填充域字段外,其他各字段是定长的.因此,IP数据包的头长度在2040B之间,是可变的.0 4 8 16 19 24 31版本报头标长服务类型总长度标识标志片偏移生存时间协议头校验和源IP地址目的IP地址选项填充域数据部分图1 IP数据包的格式服务类型字段共8位,用于指示路由器如何处理该数据包.该字段长度由4位服务类型(TOS)子域和3位优先级子域组成,1位为保留位,该字段结构如图2所示. B7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0优先级DTRC0图2 服务类型字段结构优先级共有8种,优先级越高表明数据包越重要.表

4、1中列出了各种优先级所代表的意义.表一 优先子域的说明位数(b7b6b5) 意义111 网络控制110 网络间控制101 重要(CRITIC/ECP)100 即时,优先011 即时010 立刻001 优先000 普通在4位服务类型子域中b4,b3,b2,b1分别表示D(延迟),T(吞吐量),R(可靠性)与C(成本).表2列出了服务器类型自域的构成.位数( b4b3b2b1)意义 1111 安全级最高 1000 延迟最小 0100 吞吐量最大 0001 金钱成本最小 0000 普通服务总长度字段为2B,它定义了以字节为单位的数据包的总长度.IP数据包的最大长度为65535B.标识字段的长度为16

5、位,用于识别IP数据包的编号.每批数据都要有一个标识值,用于让目的主机判断新来的数据属于哪个分组.报头中的标志字段如图7-3所示.标志字段共3位,最高位是0.禁止分片标志DF(do not fragment)字段的值若为1,表示不能对数据包分片;若DF值为0,则表明可以分片.分片标志MF(more fragment)的值为1,表示接收到的不是最后一个分片;若MF值为0,表示接收到的是最后一个分片.片偏移字段共13位,说明分片在整个数据包中的相对位置.片偏移值是以8B为单位来记数的,因此选择的分片长度应该是8B的整数倍.生存时间(TTL)字段为8位,用来设置数据包在互联网络的传输过程的寿命,通常

6、是用一个数据包可以经过的最多的路由器跳步数来限定的.协议字段为8位,表示使用此IP数据包的高层协议类型,常用的协议号如表二所示.序号协议名称序号协议名称12468ICMPIGMPIP inIPTCPEGP17414689UDPIPV6RSVPOSPFA表二 典型的协议号头校验和字段为16位，用于存放检查报头错误的校验码。检验的范围是整个IP包的报头。校验和按如下方法计算：1）将头校验和的字段置为0。2）将报头部分的所有数据以16位为单位进行累加，累加方式是求异或。3）将累加的结果取反码，就是头校验和。 当收到一个IP包时，要检查报头是否出错，就把报头中的所有数据以16位为单位进行累加，若累加的

7、结果为0，则报文没有出错。 地址字段包括源地址和目的地址。源地址和目的地址的长度都是32位，分别表示发送数据包的源主机和目的主机的IP地址。 选项字段的长度范围为040B，主要用于控制和测试。在使用选项字段的过程中，有可能出现报头部分的长度不是32位的整数倍的情况。如果出现这种情况，就需要通过填充位来凑齐。任务设计分析：为了获取网络中的IP数据包，必须对网卡进行编程，在这里我们使用套接字（socket）进行编程。但是，在通常情况下，网络通信的套接字程序只能响应与自己硬件地址相匹配的数据包或是以广播形式出发的数据包。对于其他形式的数据包，如已到达网络接口但却不是发送到此地址的数据包，网络接口在验

8、证投递地址并非自身地址之后将不引起响应，也就是说应用程序无法收取与自己无关的数据包。我们要想获取流经网络设备的所有数据包，就需要将网卡设置为混杂模式。本程序主要由三部分构成：初始化原始套接字，反复监听捕获数据包和解析数据包。下面就结合核心代码对程序的具体实现进行讲解，同时使程序流程更加清晰，去掉了错误检查等保护性代码。程序流程图：具体程序代码：#include<iostream>#include<winsock2.h>#include<ws2tcpip.h>#include<fstream>#include <windows.h>/#

9、include <winsock.h>#pragma comment(lib,"ws2_32") /指定连接到网络应用和internet#define IO_RCVALL _WSAIOW(IOC_VENDOR,1) typedef struct IP_HEAD union /定义联合 unsigned char Version; unsigned char HeadLen; ; unsigned char ServiceType; unsigned short TotalLen; unsigned short Identifier; union unsigned

10、 short Flags; unsigned short FragOffset; ; unsigned char TimeToLive; unsigned char Protocol; unsigned short HeadChecksum; unsigned int SourceAddr; unsigned int DestinAddr; unsigned char Options; ip_head; /定义IP头部的数据结构void main(int argc,char *argv) using namespace std; ofstream outfile("e:logfile

11、.txt",ios:out);if(argc!=2) cout<<endl<<"请以下格式输入命令行:PackParse packet_sum"<<endl; /packet_sum 为要分析IP包的个数。return; WSADATA WSAData; if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &WSAData)!=0) cout<<endl<<"WSASTartup初始化失败"<<endl; return; SOCKET sock=socket(

12、AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP); /三个参分别为通信发生的区字段，套接字的类型，与IP协议if(sock=INVALID_SOCKET) cout<<endl<<"创建Socket失败!"<<endl; closesocket(sock); WSACleanup(); BOOL flag=TRUE; if(setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(char *) &flag,sizeof(flag)=SOCKET_ERROR) cout<<endl<&

13、lt;"setsockopt操作失败:"<<WSAGetLastError()<<endl; closesocket(sock); WSACleanup(); char hostName128;/获取主机名if(gethostname(hostName,100)=SOCKET_ERROR) cout<<endl<<"gethostname操作失败:"<<WSAGetLastError()<<endl; closesocket(sock); WSACleanup(); hostent

14、*pHostIP; /获取本地IPif(pHostIP=gethostbyname(hostName)=NULL) cout<<endl<<"gethostbyname操作失败:"<<WSAGetLastError()<<endl; closesocket(sock); WSACleanup(); sockaddr_in host_addr;/ host_addr.sin_family=AF_INET; host_addr.sin_port=htons(6000); host_addr.sin_addr=*(in_addr *

15、)pHostIP->h_addr_list0; if(bind(sock,(PSOCKADDR)&host_addr,sizeof(host_addr)=SOCKET_ERROR) cout<<endl<<"bind操作失败:"<<WSAGetLastError()<<endl; closesocket(sock); /绑定网卡WSACleanup(); DWORD dwBufferLen10; DWORD dwBufferInLen=1; DWORD dwBytesReturned=0; if(WSAIoctl

16、(sock , IO_RCVALL ,&dwBufferInLen , sizeof(dwBufferInLen) , &dwBufferLen,sizeof(dwBufferLen),&dwBytesReturned,NULL,NULL)=SOCKET_ERROR) cout<<endl<<"WSAIoctl操作失败:"<<WSAGetLastError()<<endl; closesocket(sock); /将网卡设为混杂模式，以接受所有数据WSACleanup(); cout<<en

17、dl<<"开始解析IP包:"<<endl; char buffer65535; /设置缓冲区int packsum=atoi(argv1); /字符串转换为整形for(int i=0;i<packsum;i+) if(recv(sock,buffer,65535,0)>0) /四个参数分别是套接字描述符，缓冲区的地址，缓冲区大小，附加标志 ip_head ip=*(ip_head *)buffer; cout<<"-"<<endl; cout<<"版本:"<

18、<(ip.Version>>4)<<endl; /获取头部长度字段cout<<"头部长度:"<<(ip.HeadLen&0x0f)*4)<<endl; /获取头部长度字段cout<<"服务类型:Priority"<<(ip.ServiceType>>5)<<", Service"<<(ip.ServiceType>>1)&0x0f)<<endl; /优先级子域和TOS子域

19、cout<<"总长度:"<<ip.TotalLen<<endl;/获取总长度字段cout<<"标识符:"<<ip.Identifier<<endl;/获取标识字段cout<<"标志位:"<<(ip.Flags>>15)&0x01)<<",DF= "<<(ip.Flags>>14)&0x01)<<",Mf="<<(i

20、p.Flags>>13)&0x01)<<endl; /获得标志字段cout<<"片偏移:"<<(ip.FragOffset&0x1fff)<<endl; /获取分段偏移字段cout<<"生存周期:"<<(int)ip.TimeToLive<<endl; /获取生存时间字段cout<<"协议:Protocol"<<(int)ip.Protocol<<endl; /获取协议字段cout<

21、<"头部校验和:"<<ip.HeadChecksum<<endl; /获取头校验和字段cout<<"原地址:"<<inet_ntoa(*(in_addr *)&ip.SourceAddr)<<endl; /获取源IP地址字段cout<<"目的IP地址:"<<inet_ntoa(*(in_addr *)&ip.DestinAddr)<<endl; /获取目的IP地址字段outfile<<"-&quo

22、t;<<endl; outfile<<"版本:"<<(ip.Version>>4)<<endl; outfile<<"头部长度:"<<(ip.HeadLen&0x0f)*4)<<endl; outfile<<"服务类型:Priority"<<(ip.ServiceType>>5)<<", Service"<<(ip.ServiceType>>

23、1)&0x0f)<<endl; outfile<<"总长度:"<<ip.TotalLen<<endl; outfile<<"标识符:"<<ip.Identifier<<endl; outfile<<"标志位:"<<(ip.Flags>>15)&0x01)<<",DF= "<<(ip.Flags>>14)&0x01)<<",Mf="<<(ip.Flags>>13)&0x01)<<endl; outfile<<"片偏移:"<