简单路由器设计与实现.docx
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简单路由器设计与实现
简单路由器设计与实现（选做）
1.实验目的
熟悉并掌握路由器的工作原理；熟悉Winpcap编程，掌握数据包捕获与发送的方法；在理解IP协议、ICMP协议与路由基本工作原理的基础上，完成一个（软件）路由器基本功能的设计与编程实现。
2.实验环境
Ø接入局域网的PC机；
Ø操作系统：
Windowsxp,Windows7等；
Ø推荐开发工具：
VisualStudio2010；
Ø推荐编程语言：
C++/VisualC++；
Ø函数库/开发包：
Winpcap。
3.实验内容
（1）学习并掌握winpcap编程：
自行完成WinPcap教程中的内容，从而掌握winpcap编程。
内容包括但不限于：
a）获取设备列表；
b）打开一个适配器并抓包（分组）；
c）解析分组；
d）发送分组；
学习内容及源程序参见WinPcap官方教程：
http:
//www.winpcap.org/docs/docs_412/html/group_wpcap_tut.html。
（2）利用winpcap开发包实现简单路由程序，该路由程序应该至少包括以下功能：
a）IP数据包捕获和转发；
b）ARP请求与解析；
c）重新计算IP数据包的头部校验和；
d）处理IP数据包的头部校验和；处理IP数据包的TTL值；
e）静态路由表维护。
在下图所示的完了过拓扑结构中，当所开发的路由器程序部署并运行在计算机C上时，它将（作为一个路由器）能够连通两个子网，正确地捕获、转发来自计算机A和计算机B的分组，使得两个子网中的主机能够互相访问
图5-1实验验证环境配置示意图
4.实验方式
每位同学独立上机编程实验，实验指导教师现场指导。
5.参考内容
（1）WinPcap简介
Winpcap（windowspacketcapture）是windows平台下一个免费、公共的网络访问系统。
开发Winpcap项目的目的在于为win32应用程序提供访问网络底层的能力。
它用于windows系统下的直接的网络编程。
关于Winpcap的介绍请参阅
Winpcap开发包可以在http:
//www.winpcap.org/上下载，Winpcap的技术文档可以从http:
//www.winpcap.org/docs/default.htm下载。
附录中给出了主要函数的说明文档。
（2）Winpcap主要函数及功能介绍
Winpcap部分主要函数及其功能介绍如下：
（1）.intpcap_findalldevs_ex（char*source,structpcap_rmtauth*auth,pcap_if_t**alldevs,char*errbuf）
函数功能:
Createalistofnetworkdevicesthatcanbeopenedwith pcap_open（）.
参数说明:
source:
achar*bufferthatkeepsthe'sourcelocaltion',accordingtothenewWinPcapsyntax.Thissourcewillbeexaminedlookingforadapters（localorremote）orpcapfiles，Thestringsthatmustbeprependedtothe'source'inordertodefineifwewantlocal/remoteadaptersorfilesisdefinedinthenewSourceSpecificationSyntax.
auth:
apointertoapcap_rmtauthstructure.ThispointerkeepstheinformationrequiredtoauthenticatetheRPCAPconnectiontotheremotehost.Thisparameterisnotmeaningfulincaseofaquerytothelocalhost:
inthatcaseitcanbeNULL.
alldevs:
a'structpcap_if_t'pointer,whichwillbeproperlyallocatedinsidethisfunction.Whenthefunctionreturns,itissettopointtothefirstelementoftheinterfacelist;eachelementofthelistisoftype'structpcap_if_t'.
errbuf:
apointertoauser-allocatedbuffer（ofsizePCAP_ERRBUF_SIZE）thatwillcontaintheerrormessage（incasethereisone）.
返回值:
'0'ifeverythingisfine,'-1'ifsomeerrorsoccurred.Thelistofthedevicesisreturnedinthe'alldevs'variable.Whenthefunctionreturnscorrectly,'alldevs'cannotbeNULL.Inotherwords,thisfunctionreturns'-1'alsoincasethesystemdoesnothaveanyinterfacetolist.
（2）.voidpcap_freealldevs_ex（pcap_if_t*alldevsp）
函数功能：
Freeaninterfacelistreturnedbypcap_findalldevs（）.
（3）.pcap_t*pcap_open（constchar*source,intsnaplen,intflags,intread_timeout,structpcap_rmtauth*auth,char*errbuf）
函数功能:
Openagenericsourceinordertocapture/send（WinPcaponly）traffic.
参数说明:
source:
zero-terminatedstringcontainingthesourcenametoopen.ThesourcenamehastoincludetheformatprefixaccordingtothenewSourceSpecificationSyntaxanditcannotbeNULL.OnonLinuxsystemswith2.2orlaterkernels,adeviceargumentof"any"canbeusedtocapturepacketsfromallinterfaces.Inordertomakesthesourcesyntaxeasier,pleaserememberthat:
theadaptersreturnedbythepcap_findalldevs_ex（）canbeusedimmediatelybythepcap_open（）incasetheuserwantstopassitsownsourcestringtothepcap_open（）,thepcap_createsrcstr（）helpsincreatingthecorrectsourceidentifier.
snaplen:
lengthofthepacketthathastoberetained.Foreachpacketreceivedbythefilter,onlythefirst'snaplen'bytesarestoredinthebufferandpassedtotheuserapplication.Forinstance,snaplenequalto100meansthatonlythefirst100bytesofeachpacketarestored.
flags:
keepsseveralflagsthatcanbeneededforcapturingpackets.Theallowedflagsaredefinedinthepcap_open（）flags.
read_timeout:
readtimeoutinmilliseconds.Thereadtimeoutisusedtoarrangethatthereadnotnecessarilyreturnimmediatelywhenapacketisseen,butthatitwaitsforsomeamountoftimetoallowmorepacketstoarriveandtoreadmultiplepacketsfromtheOSkernelinoneoperation.Notallplatformssupportareadtimeout;onplatformsthatdon't,thereadtimeoutisignored.
auth:
apointertoa'structpcap_rmtauth'thatkeepstheinformationrequiredtoauthenticatetheuseronaremotemachine.Incasethisisnotaremotecapture,thispointercanbesettoNULL.
errbuf:
apointertoauser-allocatedbufferwhichwillcontaintheerrorincasethisfunctionfails.Thepcap_open（）andfindalldevs（）aretheonlytwofunctionswhichhavethisparameter,sincetheydonothave（yet）apointertoapcap_tstructure,whichreservesspacefortheerrorstring.Sincethesefunctionsdonothave（yet）apcap_tpointer（thepcap_tpointerisNULLincaseoferrors）,theyneedanexplicit'errbuf'variable.'errbuf'mayalsobesettowarningtextwhenpcap_open_live（）succeds;todetectthiscasethecallershouldstoreazero-lengthstringin'errbuf'beforecallingpcap_open_live（）anddisplaythewarningtotheuserif'errbuf'isnolongerazero-lengthstring.
返回值:
Apointertoa'pcap_t'whichcanbeusedasaparametertothefollowingcalls（pcap_compile（） andsoon）andthatspecifiesanopenedWinPcapsession.Incaseofproblems,itreturnsNULLandthe'errbuf'variablekeepstheerrormessage.
（4）.intpcap_next_ex（pcap_t*p,structpcap_pkthdr**pkt_header,constu_char**pkt_data）
函数功能:
Readapacketfromaninterfaceorfromanofflinecapture.Thisfunctionisusedtoretrievethenextavailablepacket,bypassingthecallbackmethodtraditionallyprovidedbylibpcap.pcap_next_exfillsthepkt_headerandpkt_dataparameters（seepcap_handler（））withthepointerstotheheaderandtothedataofthenextcapturedpacket.
返回值:
Thereturnvaluecanbe:
1ifthepackethasbeenreadwithoutproblems
0ifthetimeoutsetwithpcap_open_live（）haselapsed.Inthiscasepkt_headerandpkt_datadon'tpointtoavalidpacket
-1ifanerroroccurred
-2ifEOFwasreachedreadingfromanofflinecapture
（5）.intpcap_compile（pcap_t*p,structbpf_program*fp,char*str,intoptimize,bpf_u_int32netmask）
函数功能:
Compileapacketfilter,convertinganhighlevelfilteringexpression（seeFilteringexpressionsyntax）inaprogramthatcanbeinterpretedbythekernel-levelfilteringengine.
（6）.intpcap_setfilter（pcap_t*p,structbpf_program*fp）
函数功能:
Associateafiltertoacapture.此函数是要和函数pcap_compile（）配合使用。
（7）.intpcap_sendpacket（pcap_t*p,u_char*buf,intsize）
函数功能:
Sendarawpacket.
6.实验步骤
6.1WinPcap开发包安装与配置
下载、安装WinPcap开发包，配置VisualStudio2010开发环境。
具体步骤请同学们参阅网上资料自行完成。
6.2用户界面设计
（1）.首先打开vs2010，新建工程，选择MFCApplication，输入工程名，点击OK，
图5-2
点击next，选择Dialogbased,点击Next跳到最后一个页面选择...Dlg，点击finish。
图5-3
图5-4
到此为止工程新建完毕，运行会出现以下页面，下面就为这个对话框拖拽控件。
图5-5
首先将对话框上面的三个控件删除，并拖拽相应的控件得到如下效果：
图5-6
图5-7
其中对话框可在ResourceView打开，控件在Toolbox中可以找到，
图5-8
其中启动、退出、添加路由、删除路由为button控件，两个空白区为ListBox，日志、路由表、子网掩码、目的地址、下一跳步为StaticText，三个输入IP的控件为IPAddressControl，将控件拖拽到相应的位置并且在控件的属性框中修改控件的Caption以及ID。
启动
ONSTART_BUTTON
退出
ONSTOP_BUTTON
日志
IDC_STATIC
第一个空白区
LOGGER_LIST
路由表
IDC_STATIC
第二个空白区
ROUTER_LIST
子网掩码
IDC_STATIC
子网掩码对应的IP输入区
IDC_NETMASK
目的地址
IDC_STATIC
目的地址对应的IP输入区
IDC_IPADDRESS
下一跳步
IDC_STATIC
下一跳步对应的IP输入区
IDC_NEXTHOP
添加路由
ADD_ROUTER_BUTTON
删除路由
DELETE_ROUTER_BUTTON
6.3代码实现
（1）.事件响应函数及主流程
控件添加完成后为Button添加相应的单击事件并修改单击事件名称，对应关系如下：
启动
OnStartClickedButton（）
退出
OnBnClickedButton（）
添加路由
OnAddRouterButton（）
删除路由
OnDeleteRouterButton（）
VC程序首先执行程序初始化函数OnInitDialog（），在此函数中我们获取了MFC窗体指针。
当我们点击“启动”按钮时，程序会执行OnStartClickedButton（）函数，此函数流程图如下图所示:
图5-9
当我们点击结束按钮时程序会执行OnBnClickedButton（），程序自动退出。
当程序退出时会触发ON_WM_DESTROY（）消息，从而会执行OnDestroy（）函数，并且程序在执行过程中每隔一段时间会执行OnTimer（）函数。
（2）.主要数据结构和函数声明
首先将程序所用变量以及函数复制到VCRouterDlg.cpp文件中：
#defineMAX_IF5//最大接口数目
#pragmapack
（1）
typedefstructFrameHeader_t{//帧首部
UCHARDesMAC[6];//目的地址
UCHARSrcMAC[6];//源地址
USHORTFrameType;//帧类型
}FrameHeader_t;
typedefstructARPFrame_t{//ARP帧
FrameHeader_tFrameHeader;//帧首部
WORDHardwareType;//硬件类型
WORDProtocolType;//协议类型
BYTEHLen;//硬件地址长度
BYTEPLen;//协议地址长度
WORDOperation;//操作值
UCHARSendHa[6];//源MAC地址
ULONGSendIP;//源IP地址
UCHARRecvHa[6];//目的MAC地址
ULONGRecvIP;//目的IP地址
}ARPFrame_t;
typedefstructIPHeader_t{//IP首部
BYTEVer_HLen;//版本+头部长度
BYTETOS;//服务类型
WORDTotalLen;//总长度
WORDID;//标识
WORDFlag_Segment;//标志+片偏移
BYTETTL;//生存时间
BYTEProtocol;//协议
WORDChecksum;//头部校验和
ULONGSrcIP;//源IP地址
ULONGDstIP;//目的IP地址
}IPHeader_t;
typedefstructICMPHeader_t{//ICMP首部
BYTEType;//类型
BYTECode;//代码
WORDChecksum;//校验和
WORDId;//标识
WORDSequence;//序列号
}ICMPHeader_t;
typedefstructIPFrame_t{//IP帧
FrameHeader_tFrameHeader;//帧首部
IPHeader_tIPHeader;//IP首部
}IPFrame_t;
typedefstructip_t{//网络地址
ULONGIPAddr;//IP地址
ULONGIPMask;//子网掩码
}ip_t;
typedefstructIfInfo_t{//接口信息
CStringDeviceName;//设备名
CStringDescription;//设备描述
UCHARMACAddr[6];//MAC地址
CArrayip;//IP地址列表
pcap_t*adhandle;//pcap句柄
}IfInfo_t;
typedefstructSendPacket_t{//发送数据包结构
intlen;//长度
BYTEPktData[2000];//数据缓存
ULONGTargetIP;//目的IP地址
UINT_PTRn_mTimer;//定时器
UINTIfNo;//接口序号
}SendPacket_t;
typedefstructRouteTable_t{//路由表结构
ULONGMask;//子网掩码
ULONGDstIP;//目的地址
ULONGNextHop;//下一跳步
UINTIfNo;//接口序号
}RouteTable_t;
typedefstructIP_MAC_t{//IP-MAC地址映射结构
ULONGIPAddr;//IP地址
UCHARMACAddr[6];//MAC地址
}IP_MAC_t;
//全局变量
/******************************************************
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