ip数据包的捕获与解析要点.docx
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ip数据包的捕获与解析要点
计算机网络与通信
课程设计报告
实验项目名称IP数据包的捕获与解析
实验学生班级电力通信122
实验学生学号*********
实验学生姓名颜辉
同组学生姓名 无
实验时间12.15～12.19
实验地点信息楼C322
实验成绩评定
指导教师签字
2014年12月20日
一.课程设计应达到的目的--------------------------------1
二.课程设计题目及要求----------------------------------1
三.课程设计思想----------------------------------------1
四.课程设计流程图--------------------------------------3
五．部分程序设计的分析---------------------------------3
六．IP数据包解析代码-----------------------------------6
七．运行结果-------------------------------------------11
八．总结-----------------------------------------------11
九．参考文献-------------------------------------------12
一.课程设计应达到的目的
（1）使学生掌握网络通信协议的基本工作原理；
（2）培养学生基本掌握网络编程的基本思路和方法；
（3）能提高学生对所学计算机网络理论知识的理解能力；
（4）能提高和挖掘学生对所学知识的实际应用能力和创新能力；
（5）提高学生的科技论文写作能力。
二.课程设计题目及要求
IP数据包捕获与解析的设计。
设计任务：
（1）掌握IP数据包的工作原理与报头设计的相关字段
（2）理解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、分段偏移量、生存时间、上层协议类型、头校验合、源IP地址和目的IP地址等内容。
设计内容：
根据IP数据包的标准格式，编写程序捕获IP数据包并进行解析，并将解析后各IP包的头部与数据字段写入输出文件。
数据字段的值从捕获的文件中获取。
为了获取网络中的IP数据包，可以采用Winsock的数据库查询函数gethostname（）和gethostbyname（）解决，捕获IP数据包并解析IP地址等内容。
三.课程设计思想
IP数据报的格式说明：
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：
IP数据包的C++定义：
typedefstruct_IP
{
union
{
BYTEVersion;//版本
BYTEHdrLen;//IHT
};
BYTEServiceType;//服务类型
WORDTotalLen;//总长
WORDID;//标识
union
{
WORDFlags;//标志
WORDFragOff;//分段偏移
};
BYTETimeToLive;//生命期
BYTEProtocol;//协议
WORDHdrChksum;//头校验和
DWORDSrcAddr;//源地址
DWORDDstAddr;//目的地址
BYTEOptions;//选项
}IP;
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。
四.课程设计流程图
五．部分程序设计的分析
1、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。
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（0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。
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*/
}
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。
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
{
union
{
BYTEVersion;//版本（前4位）
BYTEHdrLen;//报头标长（后4位），IP头的长度
};
BYTEServiceType;//服务类型
WORDTotalLen;//总长度
WORDID;//标识
union
{
WORDFlags;//标志（前3位）
WORDFragOff;//分段偏移（后13位）
}；
BYTETimeToLive;//生命期
BYTEProtocol;//协议
WORDHdrChksum;//头校验和
DWORDSrcAddr;//源地址
DWORDDstAddr;//目的地址
BYTEOptions;//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;
4、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）&0x01;
/*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*/
inet_ntoa（*（in_addr*）&ip.DstAddr）;
六．IP数据包解析代码如下:
#include
#include
#include
#include
#pragmacomment（lib,"Ws2_32.lib"）
#defineBUFFER_SIZE65535
#defineIO_RCVALL_WSAIOW（IOC_VENDOR,1）
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
union
{
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;
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
break;
case5:
return"CRITIC/ECP";
break;
case4:
return"FlashOverride";//最优先信号
break;
case3:
return"Flsah";
break;
case2:
return"Immediate";
break;
case1:
return"Priority";//协议
break;
case0:
return"Routine";//路由
break;
default:
return"Unknow";
break;
}
}
char*parseServiceType_getTOS（BYTEb）
{
b=（b>>1）&0x0f;//获取服务类型字段中的TOS子域
switch（b）
{
case0:
return"Normalservice";//正常运行
break;
case1:
return"Minimizemonetarycost";//成本
break;
case2:
return"Maximizereliability";//可靠性
break;
case4:
return"Maximizethroughput";//吞吐量
break;
case8:
return"Minimizedelay";//延迟
break;
case15:
return"Maximizesecurity";//安全性
break;
default:
return"Unknow";
}
}
char*getProtocol（BYTEProtocol）//获取协议字段共8位
{
switch（Protocol）//以下为协议号说明：
{
case1:
return"ICMP";//Internet控制报文协议
case2:
return"IGMP";//Internet组管理协议
case4:
return"IPinIP";//移动IP数据封装和隧道
case6:
return"TCP";//传输控制协议
case8:
return"EGP";//外部网关协议
case17:
return"UDP";//用户数据报文协议
case41:
return"IPv6";
case46:
return"RSVP";//资源预留协议
case89:
return"OSPF";//OpenShortestPathFirst开发式最短路径优先
default:
return"UNKNOW";
}
}
voidipparse（FILE*file,char*buffer）
{
IP_HEADERip=*（IP_HEADER*）buffer;//通过指针把缓冲区的内容强制转化为IP_HEADER数据结构
fseek（file,0,SEEK_END）;
fprintf（file,"版本号=%d\r\n",ip.Version>>4）;
fprintf（file,"报头标长=%d（BYTE）\r\n",（（ip.HdrLen&0x0f）*4））;
fprintf（file,"服务器类型=%s,%s\r\n",parseServiceType_getProcedence（ip.ServiceType）,
parseServiceType_getTOS（ip.ServiceType））;
fprintf（file,"总长度=%d（BYTE）\r\n",ip.TotalLen）;
fprintf（file,"标识=%d\r\n",ip.ID）;
fprintf（file,"标志位DF=%d,MF=%d\r\n",（（ip.Flags>>14）&0x01）,（（ip.Flags>>13）&0x01））;
fprintf（file,"分段偏移值=%d\r\n",（ip.FragOff&0x1fff））;
fprintf（file,"生存期=%d（hops）\r\n",ip.TimeToLive）;
fprintf（file,"协议=%s\r\n",getProtocol（ip.Protocol））;
fprintf（file,"头校验和=0x%0x\r\n",ip.HdrChksum）;
fprintf（file,"源IP地址=%s\r\n",inet_ntoa（*（in_addr*）&ip.SrcAddr））;
fprintf（file,"目的IP地址=%s\r\n",inet_ntoa（*（in_addr*）&ip.DstAddr））;
fprintf（file,"---------------------------------------------\r\n"）;
}
intmain（）
{
FILE*file;
if（（file=fopen（"history.txt","wb+"））==NULL）
{
printf（"failtoopenfile%s"）;
return-1;
}
WORDrv;
WSADATAWSAData;//定义了能够储存WSAStarup调用返回值的结构
rv=MAKEWORD（2,2）;//Winsock2版本
WSAStartup（rv,&WSAData）;
SOCKETsock=socket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP）;//创建套接字，sock为套接字描述符
BOOLflag=true;
setsockopt（sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,（CHAR*）&flag,sizeof（flag））;//任意类型、任意状态套接口的设置选项值
charhostName[128];
gethostname（hostName,100）;//获取主机名
hostent*pHostIP;//获取本地IP地址
pHostIP=gethostbyname（hostName）;
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）;//将无符号短整型主机数据转换为网络字节顺序数据
bind（sock,（PSOCKADDR）&addr_in,sizeof（addr_in））;
DWORDdwBufferLen[10];//设置网卡为混杂模式
DWORDdwBufferInLen=1;
DWORDdwBytesReturned=0;
WSAIoctl（sock,IO_RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof（dwBufferInLen）,
&dwBufferLen,sizeof（dwBufferLen）,&dwBytesReturned,NULL,NULL）;
charbuffer[BUFFER_SIZE];//设置缓冲区
chari,a;
intn=0,c;
printf（"数据包捕捉和解析程序正在启动\n"）;
for（a=1;a<=10;a++）
{
printf（"..."）;
Sleep（300）;
}
printf（"\n\n确定要接收并解析本机的数据包吗？
Y/N\n"）;
scanf（"%c",&i）;
printf（"\n\n需要一次抓取几个数据包\n"）;
scanf（"%d",&c）;
system（"cls"）;
while（true&&i=='Y'||i=='y'）
{
if（n==
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