Ip数据包捕获设计报告文档格式.doc
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笔记本，
windows764bit操作系统，
MicrosoftVisualC++6.0，
C语言。
2设计原理
2.1IP数据包格式说明
IP数据包格式包含了标头固定部分，标头可变部分和数据区三部分。
IP数据报标头部分固定为20个字节，其中包含了12个参数域，各参数域隐含着网间协议的传输机制。
IP具体的标头格式如图1所示。
各参数域的具体含义如下：
1）版本号：
长度4位，表示所使用的IP协议的版本。
IPv4版本号字段值为4；
IPV6版本号字段号的值为6.2）标头长：
长度4位，定义了一个以4B为一个单位的IP包的报头长度3）服务类型：
共8位，高3位组成优先级子域，随后4位组成服务类型子域。
4）数据报总长度：
总长度为2B（即6位）。
定义了以字节为单位的数据报的总长度。
5）重装标识：
长度16位，用于识别IP数据报的编号，让目的主机判断新来的数据属于哪个分组。
6）分片标识：
共3位，最高位为0；
DF禁止分片标识。
DF=0，可以分片；
DF=1，不能分片。
MF:
分片标识。
MF=0，表示接的是最后一个分片；
MF=1，不是最后一个分片。
7）片偏移值：
共13位，说明分片在整个数据报中的相对位置。
8）生存周期：
8位，用来设置数据数据报在整个网络传输过程中的寿命。
常以一个数据报可以经过的最多的路由器跳步数来控制。
9）协议类型：
共8位，表示该IP数据报的高层协议类型。
10）标头校验和：
共16位，用于存放检查报头错误的校验码。
11）源、宿主机地址：
共32位，分别表示发送和接受数据报的源主机和宿主机的IP地址。
12）选项数据域：
0-40B，用于控制和测试。
IP数据包的格式为表2-1[1]：
表2-1数据包格式
4位版本
4位首部长度
8位服务类型TOS
16位总长度
16位标识
3位标志
13位片偏移
8位生存时间TTL
8位协议
16位首部检验和
32位源IP地址
32位目的IP地址
2.2IP数据包的定义
typedefstruct_IP_HEADER//定义IP头
{
union
{
BYTEVersion;
//版本（前4位）
BYTEHdrLen;
//报头标长（后4位），IP头长度
};
BYTEServiceType;
//服务类型
WORDTotalLen;
//数据报总长
WORDID;
//标识
WORDFlags;
//标识（前3位）
WORDFragOff;
//分段偏移（后13位）
BYTETimeToLive;
//生存周期
BYTEProtocol;
//协议
WORDHdrChksum;
//头校验和
DWORDSrcAddr;
//源地址
DWORDDstAddr;
//目地地址
BYTEOptions;
//选项
}IP_HEADER;
2.3套接字的使用
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。
SOCKETsock=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_RCVALL,&
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[2]。
3设计步骤
3.1程序流程图
此次课程设计的程序流程图如图3-1
开始
构造程序运行文件，生成输出文件
创建并初始化原始套接字
设置网卡混杂模式
监听网卡
捕获和解析IP数据报
输出解析信息，并存入文档
NO
是否达到需要次数
结束
YES
图3-1程序流程图
3.2主要程序分析
使用原始套接字
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=WSASoccket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED）;
在WSASoccket函数中，第一个参数指定通信发生的区字段，AF_INET是针对Internet的，允许在远程主机之间通信。
第二个参数是套接字的类型，在AF_INET地址族下，有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW三种套接字类型。
在这里，设置为SOCK_RAW，表示声明的是一个原始套接字类型。
第三个参数依赖于第二个参数，用于指定套接字所有的特定协议，这里使用IP协议。
第四个参数为WSAPROTOCOL_INFO位，该位可以置空。
第五个参数保留，永远置0。
第六个参数是标志位，WSA_FLAG_OVERLAPPED表明可以使用发送接收超时设置[3]。
创建原始套接字后，IP头就会包含在接收的数据中。
然后，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。
BOOLflag=true;
setsockopt（sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,（CHAR*）&
flag,sizeof（flag））;
之后，使用如下代码完成对socket的初始化工作：
/*获取主机名*/
charhostName[128];
gethostname（hostName,100）;
/*获取本地IP地址*/
hostent*pHostIP;
pHostIP=gethostbyname（hostName）;
/*填充SOCKADDR_IN结构的内容*/
sockaddr_inaddr_in;
addr_in.sin_addr=*（in_addr*）pHostIP->
h_addr_list[0];
addr_in.sin_family=AF_INET;
addr_in.sin_port=htons（6000）;
/*绑定socket*/
bind（sock,（PSOCKADDR）&
addr_in,sizeof（addr_in））;
填写sockaddr_in的内容时，其地址值应填写为本机IP地址，本机IP地址可以通过gethostbyname（）函数获取；
端口号可以随便填写，但不能与系统冲突；
协议族应填为AF_INET。
使用htons（）函数可以将无符号短整型的主机数据转换为网络字节顺序的数据。
最后使用bind（）函数将socket绑定到本机网卡上。
绑定网卡后，需要用WSAIoctl（）函数把网卡设置为混杂模式，使网卡能够接收所有网络数据，其关键代码如下：
#defineSIO_RCVALL_WSAIOW（IOC_VENDOR,1）
DWORDdwBufferLen[10];
DWORDdwBufferInLen=1;
DWORDdwBytesReturned=0;
WSAIoct1（SnifferSocket,
IO_RCVALL,&
dwBufferInLen,sizeof（dwBufferInLen）,&
dwBufferLen,sizeof（dwBufferLen）,&
dwBytesReturned,NULL,NULL）;
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，那么接收到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。
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（）函数实现接收功能的代码如下：
#defineBUFFER_SIZE65535
charbuffer[BUFFER_SIZE];
//设置缓冲区
while（true）
recv（sock,buffer,BUFFER_SIZE,0）;
//接收数据包
/*然后是解析接收的IP包*/
}
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。
这个数据结构应该和IP数据包的格式吻合，其代码如下：
typedefstruct_IP_HEADER//定义IP头
{
//版本（前4位）
//报头标长（后4位），IP头的长度};
//服务类型
//总长度
//标识
//标志（前3位）
}；
//生命期
//目的地址
//选项}
IP_HEADER;
这里只考虑IP头部结构，不考虑数据部分。
在捕获IP数据包后，可以通过指针把缓冲区的内容强制转化为IP_HEADER的数据结构。
IP_HEADERip=*（IP_HEADER*）buffer;
IP包的解析
通过IP_HEADER解析IP头各个字段的代码：
/*获取版本字段*/
ip.Version>
>
4;
/*获取头部长度字段*/
ip.HdrLen&
0x0f;
/*获取服务类型字段中的优先级子域*/
ip.ServiceType>
5;
/*获取服务类型字段中的TOS子域*/
（ip.ServiceType>
1）&
0x0f;
/*获取总长度字段*/
ip.TotalLen;
/*获取标识字段*/
ip.ID;
/*解析标志字段*/
DF=（ip.Flags>
14）&
0x01;
MF=（ip.Flags>
13）&
/*获取分段偏移字段*/
ip.FragOff&
0x1fff;
/*获取生存时间字段*/
ip.TimeToLive;
/*获取协议字段*/
ip.Protocol;
/*获取头校验和字段*/
ip.HdrChksum;
/*解析源IP地址字段*/
inet_ntoa（*（in_addr*）&
ip.SrcAddr）;
/*解析目的IP地址字段*/
ip.DstAddr）;
3.3运行结果
编译成功并运行，如图3-3-1，询问用户是否捕获并解析本机的数据包，输入Y进行捕获解析，输入N则退出程序。
图3-3-1程序启动界面
输入Y后,程序捕获并解析一个IP数据包,输出的信息为IP数据包头部的各项数据，如图3-3-2和图3-3-3.
以图3-3-2为例进行详细解释：
版本号为4（0100），说明采用的是IPv4的版本；
报头标长为20，IP包头的长度，最小为20字节；
服务器类型Routine，定义了包的优先级为普通；
总长度为10240字节，包括头部和数据；
标识位DF=0，M=0F该字段第一位不使用。
第二位是DF（Don'
tFragment）位，DF位设为1时表明路由器不能对该上层数据包分段。
如果一个上层数据包无法在不分段的情况下进行转发，则路由器会丢弃该上层数据包并返回一个错误信息。
第三位是MF（MoreFragments）位，当路由器对一个上层数据包分段，则路由器会在除了最后一个分段的IP包的包头中将MF位设为1；
分段偏移值为64，表示该IP包在该组分片包中位置，接收端靠此来组装还原IP包；
生存期为64，当IP包进行传送时，先会对该字段赋予某个特定的值。
当IP包经过每一个沿途的路由器的时候，每个沿途的路由器会将IP包的TTL值减少1。
如果TTL减少为0，则该IP包会被丢弃。
这个字段可以防止由于路由环路而导致IP包在网络中不停被转发；
协议为TCP；
头校验和为0x2dec，用来做IP头部的正确性检测，但不包含数据部分。
因为每个路由器要改变TTL的值,所以路由器会为每个通过的数据包重新计算这个值；
源IP地址为172.26.91.182（本机）；
目的IP地址为101.199.97.165。
图3-3-2IP数据包捕获解析结果1
图3-3-3IP数据包捕获解析结果2
4总结语
通过这次实验，我们了解到关于网络数据传送及处理过程中，软件起到了巨大的作用。
熟悉了VC++在计算机网络方面的应用，是一次难得的机会。
此外，我们还掌了握网络通信协议的基本工作原理，虽然刚开始的时候比较模糊,但是通过与同学共同探讨和向老师的虚心请教，最终我们成功掌握了。
这次实习培养了我们基本掌握网络编程的基本思路和方法，让我们懂得如何去学习这累东西。
同时提高我们对所学计算机网络理论知识的理解能力，提高和挖掘我们对所学知识的实际应用能力和创新能力。
同学们的默锲配合和合作精神是实验成功的必要条件，而谨慎对待事物的态度是成功的关键。
参考文献
[1]
Andrew
S.Tanenbaum，David
J.Wetherall.
计算机网络（第五版）[M].
北
京：
清华大学出版社，2012.3
[2]
Bob
Quinn，Dave
Shute.
Windows
Sockets网络编程[M].北京：
机械工业出
版社，2012.8
[3]
MSDN.
TCP/IP原始套接字.
附录：
源代码
#include<
stdio.h>
iostream.h>
Winsock2.h>
ws2tcpip.h>
#pragmacomment（lib,"
Ws2_32.lib"
）
#defineIO_RCVALL_WSAIOW（IOC_VENDOR,1）
char*parseServiceType_getProcedence（BYTEb）
switch（b>
5）//获取服务类型字段中优先级子域
case7:
return"
NetworkControl"
;
//网络控制
break;
case6:
return"
InternetworkControl"
//网络控制
case5:
CRITIC/ECP"
case4:
FlashOverride"
//最优先信号
case3:
Flsah"
case2:
Immediate"
case1:
Priority"
//协议
case0:
Routine"
//路由
default:
Unknow"
}
char*parseServiceType_getTOS（BYTEb）
b=（b>
//获取服务类型字段中的TOS子域
switch（b）
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