计算机网络原理大作业.docx
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计算机网络原理大作业
计算机网络课程大作业
院（系）：
计算机科学与技术学院
专业：
网络工程
班级：
2014级1402班
小组成员：
日期：
2016年6月
目录
1、课程设计目的3
2、课程设计要求3
3、程序设计分析3
3.1网卡设置3
3.2使用套接字4
3.3.接收数据包4
3.4定义IP头部的数据结构5
3.5IP包的解析6
3.6协议的定义6
3.7捕获处理7
3.8程序流程图8
4、运行结果8
5、总结9
6、课程设计参考资料9
7、源程序代码10
1、课程设计目的
本章课程设计的目的就是设计一个解析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。
2、课程设计要求
本设计的目标是捕获网络中的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。
程序的具体要求如下：
1）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。
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Ctrl+C时退出
3、程序设计分析
3.1网卡设置
为了获取网络中的IP数据包，必须对网卡进行编程，在这里使用套接字（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发出的数据包。
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，网络接口在骓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。
我们要想获取网络设备的所有数据包，就是需要将网卡设置为混杂模式。
3.2使用套接字
套接字分为三种，即流套接字（Streamsocket）、数据报套接字（DatagramSocket）
和原始套接字（RawSocket）。
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：
Socketsock:
Sock=wsasocket（af_inet,sock_raw,ipproto-ip,null,0,wsa-flag-overlapped）:
本设计不用考虑超时情况。
创建套接后，IP头就会包含在接收数据包中。
然后，我可以设置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。
最后使用bind（）函数将socket绑定到本地网卡上。
绑定网卡后，需用WSAIoctl（）函数把网卡设置为混杂模式，使网卡能够接收所有的网络数据。
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。
3.2.2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65535B，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。
3.3定义IP头部的数据结构
程序需要定义一个数据结构表示IP头部。
其代码如下：
typedefstructIP_HEAD
{
union//定义联合
{
unsignedcharVersion;
unsignedcharHeadLen;
};
unsignedcharServiceType;
unsignedshortTotalLen;
unsignedshortIdentifier;
union
{
unsignedshortFlags;
unsignedshortFragOffset;
};
unsignedcharTimeToLive;
unsignedcharProtocol;
unsignedshortHeadChecksum;
unsignedintSourceAddr;
unsignedintDestinAddr;
unsignedcharOptions;
}ip_head;//定义IP头部的数据结构
3.4IP包的解析
解析IP包的字段有两种策略。
针对长度为8位、16位和32位的字段（或子字段）时，可以利用IP-HEADER的成员直接获取。
要解析长度不是8位倍数的字段（或子字段）时，可以利用C语言中的移位以人、及与、或操作完成。
3.5协议的定义
（包含相应的头文件#include#include）：
DWORDdwIoControlCode=SIO_RCVALL,/*接收所有的IP包*/
dwProtocol=IPPROTO_IP;/*协议类型为IP*/
3.6捕获处理
1.加载Winsock；
2.创建一个接收原始IP包的socket连接；
3.绑定到一个接口；
4.进行WSAIoctl设置，接收所有的IP数据包。
5.接着设定一个线程进行捕获：
（1）创建一个接收IP包的链表头；
（2）设置一个标识，为真，则不断进行IP包的捕获；
（3）建立一个新的结点，将捕获的数据包加入到该结点；
（4）如果链表的长度达到指定的长度，创建一个线程对该链表的IP包进行解析；再设置一个在IP数据包链表不足给定的长度，而又中止IP捕获时，对链表的处理；
（5）为下一个IP包链表创建一个链表头。
6.建立一个进行IP包解析并显示的线程，进行解析IP数据包，然后显示IP数据包。
3.7程序流程图：
4、运行结果
截获IP数据包程序运行结果如下：
5、总结
这次计算机网络课程设计是解析IP数据包，通过这次上机充分应用了所学的计算机网络和C语言的知识，并上网搜索一部分相当资料，粗略设计出该程序。
通过本次课程设计，充分运用了所学的计算机网络知识，设计出了如何解析IP数据包，从而更加深刻的了解到了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。
在课程设计的过程也碰到的不少问题。
该程序也存在着不少的缺陷，比如并不是所有的数据包都能捕获，如：
IP数据包以外的数据包都抓不到；只支持ICMP、IGMP、TCP、UDP这些协议。
6、课程设计参考资料
《计算机网络（第四版）》 主编：
谢希仁出版社：
电子工业出版社出版时间：
2004年7月
《计算机网络设计》主编：
易建勋出版社：
人民邮电出版社出版或修订时间：
2007年10月
7、源程序代码
#include
#include
#include
#include
#include
//#include
#pragmacomment（lib,"ws2_32"）//指定连接到网络应用和internet
#defineIO_RCVALL_WSAIOW（IOC_VENDOR,1）
typedefstructIP_HEAD
{
union//定义联合
{
unsignedcharVersion;
unsignedcharHeadLen;
};
unsignedcharServiceType;
unsignedshortTotalLen;
unsignedshortIdentifier;
union
{
unsignedshortFlags;
unsignedshortFragOffset;
};
unsignedcharTimeToLive;
unsignedcharProtocol;
unsignedshortHeadChecksum;
unsignedintSourceAddr;
unsignedintDestinAddr;
unsignedcharOptions;
}ip_head;//定义IP头部的数据结构
voidmain（intargc,char*argv[]）
{
usingnamespacestd;
ofstreamoutfile（"e:
\\logfile.txt",ios:
:
out）;
if（argc!
=2）
{
cout<PackParsepacket_sum"<return;
}
WSADATAWSAData;
if（WSAStartup（MAKEWORD（2,2）,&WSAData）!
=0）
{
cout<return;
}
SOCKETsock=socket（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<"<closesocket（sock）;
WSACleanup（）;
}
BOOLflag=TRUE;
if（setsockopt（sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,（char*）&flag,sizeof（flag））==SOCKET_ERROR）
{
cout<"<closesocket（sock）;
WSACleanup（）;
}
charhostName[128];//获取主机名
if（gethostname（hostName,100）==SOCKET_ERROR）
{
cout<"<closesocket（sock）;
WSACleanup（）;
}
hostent*pHostIP;//获取本地IP
if（（pHostIP=gethostbyname（hostName））==NULL）
{
cout<"<closesocket（sock）;
WSACleanup（）;
}
sockaddr_inhost_addr;//
host_addr.sin_family=AF_INET;
host_addr.sin_port=htons（6000）;
host_addr.sin_addr=*（in_addr*）pHostIP->h_addr_list[0];
if（bind（sock,（PSOCKADDR）&host_addr,sizeof（host_addr））==SOCKET_ERROR）
{
cout<"<closesocket（sock）;//绑定网卡
WSACleanup（）;
}
DWORDdwBufferLen[10];
DWORDdwBufferInLen=1;
DWORDdwBytesReturned=0;
if（WSAIoctl（sock,IO_RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof（dwBufferInLen）,&dwBufferLen,sizeof（dwBufferLen）,&dwBytesReturned,NULL,NULL）==SOCKET_ERROR）
{
cout<"<closesocket（sock）;//将网卡设为混杂模式，以接受所有数据
WSACleanup（）;
}
cout<"<charbuffer[65535];//设置缓冲区
intpacksum=atoi（argv[1]）;//字符串转换为整形
for（inti=0;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_headip=*（ip_head*）buffer;
cout<<"-----------------------"<cout<<"版本:
"<<（ip.Version>>4）<cout<<"头部长度:
"<<（（ip.HeadLen&0x0f）*4）<cout<<"服务类型:
Priority"<<（ip.ServiceType>>5）<<",Service"<<（（ip.ServiceType>>1）&0x0f）<cout<<"总长度:
"<cout<<"标识符:
"<cout<<"标志位:
"<<（（ip.Flags>>15）&0x01）<<",DF="<<（（ip.Flags>>14）&0x01）<<",Mf="<<（（ip.Flags>>13）&0x01）<cout<<"片偏移:
"<<（ip.FragOffset&0x1fff）<cout<<"生存周期:
"<<（int）ip.TimeToLive<cout<<"协议:
Protocol"<<（int）ip.Protocol<cout<<"头部校验和:
"<cout<<"原地址:
"<cout<<"目的IP地址:
"<outfile<<"-----------------------"<outfile<<"版本:
"<<（ip.Version>>4）<outfile<<"头部长度:
"<<（（ip.HeadLen&0x0f）*4）<outfile<<"服务类型:
Priority"<<（ip.ServiceType>>5）<<",Service"<<（（ip.ServiceType>>1）&0x0f）<outfile<<"总长度:
"<outfile<<"标识符:
"<outfile<<"标志位:
"<<（（ip.Flags>>15）&0x01）<<",DF="<<（（ip.Flags>>14）&0x01）<<",Mf="<<（（ip.Flags>>13）&0x01）<outfile<<"片偏移:
"<<（ip.FragOffset&0x1fff）<outfile<<"生存周期:
"<<（int）ip.TimeToLive<outfile<<"协议:
Protocol"<<（int）ip.Protocol<outfile<<"头部校验和:
"<outfile<<"原地址:
"<outfile<<"目的IP地址:
"<}
}
closesocket（sock）;
WSACleanup（）;
}
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