计算机网络+课程设计源代码和实验报告+帧封装、IP数据包解析和发送TCP数据包

1、计算机网络课程设计报告院（系）： 计算机学院专 业：计算机科学与技术姓 名：班 级：学 号：指导教师：2009 年 7 月 4 日实验一帧封装实验目的：-编写程序，根据给出的原始数据，组装一个IEEE 802.3格式的帧（题目） 默认的输入文件为二进制原始数据（文件名分别为input 1和input2）。-要求程序为命令行程序。比如，可执行文件名为framer.exe，则命令行形 式如下：framer inputfile outputfile，其中，inputfile 为原始数据文件， outputfile为输出结果。 输出:对应input1和input2得结果分别为output1和outpu

2、t2。试验要求：编写程序，根据给出的原始数据，组装一个IEEE 802.3格式的帧（题目） 默认的输入文件为二进制原始数据（文件名分别为input 1和input2）。要求程序为命令行程序。比如，可执行文件名为framer.exe，则命令行形 式如下：framer inputfile outputfile，其中，inputfile 为原始数据文件， outputfile为输出结果。输出:对应input1和input2得结果分别为output1和output2验设计相关知识：帧：来源于串行线路上的通信。其中，发送者在发送数据的前后各添加特殊 的字符，使它们成为一个帧。Ethernet从某种程度上

3、可以被看作是机器之间的 数据链路层连接。按802.3标准的帧结构如下表所示（802.3标准的Ethernet帧结构由7部第1页分组成）802.3标准的帧结构前导码帧前定界符目的地址源地址长度字段数据字段校验字段7B1B(2/6B)(2/6B)(2B)（长度可变）(4B)其中，帧数据字段的最小长度为46B。如果帧的LLC数据少于46B，则应将 数据字段填充至46B。填充字符是任意的，不计入长度字段值中。在校验字段中，使用的是CRC校验。校验的范围包括目的地址字段、源地址 字段、长度字段、LLC数据字段。循环冗余编码（CRC）是一种重要的线性分组码、编码和解码方法，具有简单、 检错和纠错能力强等特

4、点，在通信领域广泛地用于实现差错控制。CRC校验码的 检错能力很强，不仅能检查出离散错误，还能检查出突发错误。利用CRC进行检错的过程可简单描述如下：在发送端根据要传送的k位二进 制码序列，以一定的规则产生一个校验用的r位监督码（CRC码），附在原始信息 的后边，构成一个新的二进制码序列（共k+r位），然后发送出去。在接收端，根 据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检验，以确定传送中是否出错。这个规 则在差错控制理论中称为“生成多项式”。CRC的基本实现前导码帧前定界符目的地址源地址长度字 段数据字段校验字段7B1B(2/6B)(2/6B)(2B)（长度可变）(4B)循环冗余校验码的特点：（

5、1）CRC校验码可检测出所有单个错误。（2）CRC 校验码可检测出所有奇数位错误。（3）CRC校验码可检测出所有双位的错误（4） CRC校验码可检测出所有小于、等于校验位长度的突发错误。（5）CRC校验码可 以1-（1/2）k-i的概率检测出长度为（K+1）位的突发错误 实验分析：-填充帧头部字段要完成一次帧封装的过程，首先要完成的就是帧头部的装入，这一过程只 要将签到吗、定界符、目的地址、源地址、长度字段的相应数值按顺序写入就可 以了。其中，长度字段的值即为要发送的数据的实际长度。-填充数据字段在填充数据字段的过程中要注意的主要问题是数据字段的长度。802.3标准 中规定了帧数据字段的最小长

6、度为46B，最大长度为1500B。如果数据不足46B， 则需要通过填充0来补足；若数据长度超过1500B，则的大奖超过部分封装入下 一个帧进行发送。CRC校验帧封装的最后一步就是对数据进行校验，并将校验结果记入帧校验字 段。程序流程图：CRC计算流程图：序源代码：#include#include#includevoid main(int argc,char*argv)/如果输入命令行不正确，则输出提示后退出。if(argc!=3)coutendl请按以下格式输入：framer inputfile outputfileendl;exit(0);/打开指定的输出文件，以二进制方式打开并可读可写，如

7、文件存在，则清除其内容。fstream file(argv2,ios:out|ios:in|ios:binary|ios:trunc,0);for(int i=0;i8);file.put(char(length&0 xff);/将文件长度值按照逆序写入到输出文件的长度字段中。 file.write(data,length);/将 data 内容写入到输出文件中。/如果输入文件长度不足B,则用补足B。if(length46)for(int j=length;j46;j+)file.put(char(0 x00);file.put(char(0 x00);/将数据字段后添加个file.seekg

8、(8,ios:beg);/将读指针指向目的地址字段，从此处开始CRC计算unsigned char ch;/ch用来保存读入的字符。unsigned char crc=char(0 x00);/余 数初始值为。while(1)/进行 CRC 计算file.get(ch);if(ch=0 xff)/判断是否到了文件结尾，如果是，则退出循环。break;for(i=0;i8;i+)/对入读入的字符的位分别处理。if(0 x80=(crc&(0 x80)/当前余数最高位为，需要进行除法运算。crc=(crc7);/将输入数据相应的值递补到余数末位。crc=crc”(0 x07);/进行除法运算，即与

9、除数的低位相异或。else/当前余数的最高位为，不需要进行除法运算。crc=(crc7);/将输入数据相应位的值递补到余数末位。ch=ch1;/读到的字符左移位，使数据下一位作为输入位。file.clear();file.seekp(-1,ios:end);/将写指针移到输出文件的最后。file.put(crc);/写入 crc 码。file.close();infile.close();/关闭输入文件和输出文件。coutendl数据帧文件argv2封装完成endl;运行结果：运行结果如下所示：一执行framer.exe文件的结果如下所示：实验小结：实现帧的封装，主要是将帧的七个部分-前导码、

10、帧前定界符、目的地址、 源地址、长度字段、数据字段和校验字段，一个一个按顺序封装的，最后使得一 个帧的封装得以完成。同时，在编写程序的过程中，用到了很多的函数，这些函 数的运用使得程序简便而且正确的运行出来。实验二解析IP数据包实验目的：-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，从而对IP层的工作原理有更好的理解和认识。实验要求：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：ipparse logfile，其中ipparse是程序名，而logfile贝

11、 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。当程序接收到键盘输入Ctrl+C时退出。设计相关知识：IP数据报的格式说明IP协议都具有什么功能。其首部，版本目前广泛使用 的版本号为4；首部长度站4bit；服务类型占8bit，其中服务类型TOS子域占4 位，优先级子域占3位，另一位为保留位；总长度字段为2B，IP数据包的最大 长度是65535B；标识占16bit，它是一个计数器，用来产生数据报的标识；标志 占3bit，其中最低为为MF

12、，MF=1时为后面“还有分片”，MF=0表示这是数据报 片中的最后一个，DF=0时，表示允许分片；片偏移以8个字节为偏移单位；生 存时间字段记为TTL，单位为秒；协议段占8bit，用于指出次数据是使用何种协 议，典型的协议号有6： TCP，17： UDP，1： ICMP。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二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_RCV

13、ALL ，&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。typedef struct IP_HEADip_head;用来定义IP头部数据。setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(char *)函数用来获取本机 IP 地址 htons()函数将无符号短整型转换为网络字节顺序的数据本程序在windows环境下利用C+语言编写。实验设计分析：为了获取网络中的IP数据包，必

14、须对网卡进行编程，我们使用套接字进行编程。使用套接字开始构造程序运行环境，生成输出文件第5页开始构造程序运行环境，生成输出文件第5页定义IP头部的数据结构IP包的解析程序流程图：创造原始套接字，并初始化具体程序代码:#include#include#include#include#include #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_HEADunion /定义联合unsigned char Version;unsigned

15、char HeadLen;unsigned char ServiceType;unsigned short TotalLen;unsigned short Identifier;unionunsigned 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I

16、P头部的数据结构void main(int argc,char *argv)using namespace std;ofstream outfile(C:logfile.txt”,ios:out);if(argc!=2)coutendl请以下格式输入命令行:PackParse packet_sumendl;return;WSADATA WSAData;if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &WSAData)!=0)coutendlWSASTartup 初始化失败endl;return;SOCKET sock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_I

17、P);/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)coutendl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)coutendlsetsockopt 操作失败:WSAGetLastError()endl;closesocket(sock);WSACleanup();char hostName1

18、28;/获取主机名if(gethostname(hostName,100)=SOCKET_ERROR)coutendlgethostname 操作失败:WSAGetLastError()endl;closesocket(sock);WSACleanup();hostent *pHostIP; 获取本地 IPif(pHostIP=gethostbyname(hostName)=NULL)coutendlgethostbyname 操作失败:WSAGetLastError()h_addr_list0;if(bind(sock,(PSOCKADDR)&host_addr,sizeof(host_ad

19、dr)=SOCKET_ERROR) coutendlbind 操作失败:WSAGetLastError()endl;closesocket(sock); 绑定网卡WSACleanup();DWORD dwBufferLen10;DWORD dwBufferInLen=1;DWORD dwBytesReturned=0;if(WSAIoctl(sock , IO_RCVALL，&dwBufferInLen, sizeof(dwBufferInLen),&dwBufferLen,sizeof(dwBufferLen),&dwBytesReturned,NULL,NULL)=SOCKET_ERROR

20、) coutendlWSAIoctl 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();coutendl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;i0) /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;coutendl;cout版本:4)endl; /获取头部长度字段cout头部长度:(ip

21、.HeadLen &0 x0f)*4)endl; 获取头部长度字段cout 服 务 类 型 ：Priority5)”,Service1)&0 x0f)endl; /优先级子域和 TOS 子域cout总长度:ip.TotalLenendl;/获取总长度字段cout标识符:ip.Identifierendl;/获取标识字段cout标志位：15)&0 x01)”,DF=”14)&0 x01)”,Mf=”13)&0 x01)endl; /获得标志字段cout片偏移:(ip.FragOffset&0 x1fff)endl; /获取分段偏移字段cout生存周期:(int)ip.TimeToLiveendl

22、; /获取生存时间字段cout协议:Protocol(int)ip.Protocolendl; /获取协议字段cout头部校验和:ip.HeadChecksumendl; 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 outfileendl;outfile版本:4)endl;outfile头部长度:(ip.HeadLen &0 x0f)*4)endl;outf

23、ile 服 务 类 型 ：Priority5)”,Service1)&0 x0f)endl;outfile总长度:ip.TotalLenendl;outfile标识符:ip.Identifierendl;outfile标志位：15)&0 x01)”,DF=14)&0 x01),Mf=13)&0 x01)endl;outfile片偏移:(ip.FragOffset&0 x1fff)endl;outfile生存周期:(int)ip.TimeToLiveendl;outfile协议:Protocol(int)ip.Protocolendl;outfile头部校验和:ip.HeadChecksumen

24、dl;outfile原地址:inet_ntoa(*(in_addr *)&ip.SourceAddr)endl;outfile目的 IP 地址:inet_ntoa(*(in_addr *)&ip.DestinAddr)1)cksum+=*buffer+;size -=sizeof(USHORT);if(size )cksum += *(UCHAR*)buffer;cksum = (cksum 16) + (cksum & 0 xffff);cksum += (cksum 16);return (USHORT)(cksum);程序流程图：源程序代码：#include #include #incl

25、ude #include #include #include #include #include #pragma comment(lib,ws2_32.lib)#define IPVER 4/IP 协议预定#define MAX_BUFF_LEN 65500 发送缓冲区最大值typedef struct ip_hdrUCHAR h_verlen;UCHAR tos;USHORT total_len;USHORT ident;USHORT frag_and_flags;UCHAR ttl;UCHAR proto;typedef struct ip_hdrUCHAR h_verlen;UCHAR

26、tos;USHORT total_len;USHORT ident;USHORT frag_and_flags;UCHAR ttl;UCHAR proto;USHORT checksum;ULONG sourceIP;ULONG destIP;IP_HEADER;/定义IP首部/8位服务类型TOS/16位总长度（字节）/16位标识/3位标志位/8位生存时间TTL/8位协议（TCP, UDP或其他）/16位IP首部校验和/32位源IP地址/32位目的IP地址typedef struct tsd_hdr /定义 TCP 伪首部ULONG saddr;/源地址ULONG daddr;/目的地址UCH

27、AR mbz;没用UCHAR ptcl;/协议类型USHORT tcpl; /TCP 长度PSD_HEADER;typedef struct tcp_hdr 定义 TCP 首部/16位源端口/16位源端口/16位目的端口/32位序列号/32位确认号/4位首部长度/6位保留字/6位标志位/16位窗口大小/16位校验和/16位紧急数据偏移量USHORT th_dport;ULONG th_seq;ULONG th_ack;UCHAR th_lenres;UCHAR th_flag;USHORT th_win;USHORT th_sum;USHORT th_urp;TCP_HEADER;/Check

28、Sum:计算校验和的子函数USHORT checksum(USHORT *buffer, int size)unsigned long cksum=0;while(size 1)cksum+=*buffer+;size -=sizeof(USHORT);if(size)cksum += *(UCHAR*)buffer;cksum = (cksum 16) + (cksum & 0 xffff);cksum += (cksum 16);return (USHORT)(cksum);int main(int argc, char* argv)WSADATA WSAData;SOCKET sock;

29、IP_HEADER ipHeader;TCP_HEADER tcpHeader;PSD_HEADER psdHeader;char Sendto_BuffMAX_BUFF_LEN; 发送缓冲区第12页unsigned short check_BuffMAX_BUFF_LEN; /检验和缓冲区const char tcp_send_data=This is my homework of networt,I am happy!;BOOL flag;int rect,nTimeOver;if (argc!= 5)printf(Useage: SendTcp soruce_ip source_port

30、 dest_ip dest_port n);return false;if (WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &WSAData)!=0)printf(WSAStartup Error!n);return false;if(sock=WSASocket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_RAW,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED)=INVALID_SOCKET)printf(Socket Setup Error!n);return false;flag=true;if(setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL

31、,(char*)&flag,sizeof(flag)=SO CKET_ERROR)printf(setsockopt IP_HDRINCL error!n);return false;nTimeOver=1000;if (setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, (char*)&nTimeOver,sizeof(nTimeOver)=SOCKET_ERROR)printf(setsockopt SO_SNDTIMEO error!n);return false;/填充IP首部ipHeader.h_verlen=(IPVER4 | sizeof(ipHe

32、ader)/sizeof(unsigned long);ipHeader.tos=(UCHAR)0;ipHeader.total_len=htons(unsignedshort)sizeof(ipHeader)+sizeof(tcpHeader)+sizeof(tcp_send_data);第13页ipHeader.ident=0; /16 位标识ipHeader.frag_and_flags=0; /3 位标志位ipHeader.ttl=128; /8 位生存时间ipHto=IPPROTO_UDP; /|协议类型ipHeader.checksum=0; /检验和暂时为 0i

33、pHeader.sourceIP=inet_addr(argv1); /32 位源 IP 地址ipHeader.destIP=inet_addr(argv3); /32 位目的 IP 地址计算IP头部检验和memset(check_Buff,0,MAX_BUFF_LEN);memcpy(check_Buff,&ipHeader,sizeof(IP_HEADER);ipHeader.checksum=checksum(check_Buff,sizeof(IP_HEADER);构造TCP伪首部psdHeader.saddr=ipHeader.sourceIP;psdHeader.daddr=ipH

34、eader.destIP;psdHeader.mbz=0;psdHeader.ptcl=ipHto;psdHeader.tcpl=htons(sizeof(TCP_HEADER)+sizeof(tcp_send_data);/填充TCP首部tcpHeader.th_dport=htons(atoi(argv4); /16 位目的端口号tcpHeader.th_sport=htons(atoi(argv 2 ); /16 位源端口号tcpHeader.th_seq=0;/SYN 序列号tcpHeader.th_ack=0;/ACK 序列号置为 0/TCP长度和保留位tcpHea

35、der.th_lenres=(sizeof(tcpHeader)/sizeof(unsigned long)4|0);tcpHeader.th_flag=2; /修改这里来实现不同的标志位探测，2是SYN，1 是/FIN，16是ACK探测等等tcpHeader.th_win=htons(unsigned short)16384);窗口大小tcpHeader.th_urp=0;偏移大小tcpHeader.th_sum=0;检验和暂时填为0tcpHeader.th_sum=0;计算TCP校验和memset(check_Buff,0,MAX_BUFF_LEN);memcpy(check_Buff,&psdHeader,sizeof(psdHeader);memcpy(check_Buff+sizeof(psdHeader),&tcpHeader,sizeof(tcpHeader);memcpy(check_Buff+sizeof(PSD_HEADER)+sizeof(TCP_HEADER),tcp_send_data,sizeof(tcp_send_data);tcpHeader.th_sum=checksum(check_Buff,sizeof(PSD_HEADER)+sizeof(TCP_HEADER