题目8：Ping程序的实现报告.doc

计算机网络课程设计报告题目： Ping程序的实现 姓 名： 学 号： 班 级： 指导老师: 湖南科技大学计算机科学与工程学院二零一四年 六月目录1、课程设计任务描述12、设计原理及相关知识12.1设计原理12.2相关知识23、需求分析23.1功能需求23.2性能需求33.3界面需求34系统设计及实现34.1系统设计34.2系统实现45、设计总结135.1 完成的工作及评价135.2 遇到的问题及解决过程135.3 心得体会及建议146、使用说明14参考文献141、课程设计任务描述 另写一个程序，取代windows下的Ping程序命令，可以Ping指定主机、一批主机，并显示输出结果。2、设计原理及相关知识2.1设计原理ping命令的工作原理1 是：向网络上的另一个主机系统发送ICMP报文，如果指定系统得到了报文，它将把报文一模一样地传回给发送者，通过返回的信息来判断网络的连接状况。要实现直接对IP和ICMP包进行操作，设计采用RAW模式的SOCKET编程，实现网络的连通性测试，探测主机到主机之间是否可以通信，如果不能ping到某台主机，表明不能和这台主机建立连接。Ping程序是面向向用户的应用程序，该程序使用ICMP的封装机制，通过IP协议来工作。2.2相关知识了解ping命令实现原理2 ，就要了解ping命令所使用到的TCP/IP协议。PING利用ICMP协议包来测试另一个主机是否可达。原理是用类型码为0的ICMP发送请求，收到请求主机则用类型码为8 的ICMP回应。Ping程序来计算时间间隔，并计算有多少个包被送达。用户就可以判断网络的大致情况。ICMP协议是IP层的 一个协议，但是由于差错报告在发送给报文源发方时可能也要经过若干子网，因此牵涉到路由选择等问题，所以ICMP报文需通过IP协议来发送。ICMP数据 报的数据发送前需要两级封装：首先添加ICMP报头形成ICMP报文，再添加IP报头形成IP数据报。TCP/IP应用于传输层之上，TCP/IP应用程序需要调用传输层的接口才能实现应用程序之间的通讯。应用层通过传输层进行数据通信时，TCP和UDP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCPIP协议交互提供了称为套接字(Socket)的接口。套接字3 接口是对网络中不同主机之间应用进程双向通信端点的抽象。提供了应用进程利用协议栈交换数据的机制。两个应用进程只要分别连接自己的套接字，就能方便通过计算机网络进行通信，不用去管网络的复杂结构，也不用管数据传送是复杂过程。3、需求分析3.1功能需求实现的 ping命令，能用于测试一个主机到另一个主机间的联通情况。程序能实现基本的ping操作，发送ICMP回显请求报文(可以更改发送的报文数目），接收显应答报文。显示发送数据包个数；接收数据包个数；丢失包个数，最大时间，最小时间以及平均时间。3.2性能需求能真实的的反映两台主机的联通情况3.3界面需求界面需要显示明确，当联通失败时能让人一眼就看出问题所在。4系统设计及实现4.1系统设计创建通信的套接字-将地址、端口信息与套接字绑定-构建IP包头与ICMP包头-发送构建的数据包-接收对方主机的回应-给出程序反馈信息系统执行的流程图如下图4.1所示：是开始输入ping的主机IP判断WSAStartup函数是否初始化成功创建套接字，设置套接字属性构建IP包头与ICMP包头循环发送4次数据包接收并解析数据包显示Ping的结果关闭清除结束否初始化协议图4.14.2系统实现（1）模块或函数功能描述void ping(int argc,char *argv)：ping()函数是本程序的核心部分，它通过调用其他模块的函数来实现，其主要步骤包括初始化winsock，初始化协议，创建套接字，名字解析。int pack(int pack_no)：构建数据报void send_packet(void)：发送数据报void recv_packet(void)：接收数据报 int unpack(unsigned char *buf,int len)：剥去ICMP报头加显示unsigned short cal_checksum(unsigned short *buffer, int size); /求校验和函数void free()：用于释放占用的资源，包括关闭套接字和释放winsock（2）关键的代码IP报头字段数据结构struct IPunsigned char ip_hl:4; /首部长度unsigned char ip_ver:4; /IP版本号unsigned char ip_tos; /服务类型unsigned short ip_len; /总长度unsigned short ip_id; /标识unsigned short ip_off; /标志位 unsigned char ip_ttl; /生存时间unsigned char ip_port; /协议类型(TCP、UDP等)unsigned short ip_checksum; /ip首部校验和 unsigned long ip_source; /源ip地址unsigned long ip_dest; /目的ip地址;ICMP报头字段数据结构struct ICMP unsigned char icmp_type; / 消息类型 unsigned char icmp_code; / 代码 unsigned short icmp_checksum; / 校验和 unsigned short icmp_id; / 用来惟一标识此请求的ID号，通常设置为进程ID unsigned short icmp_seq; / 序列号unsigned long icmp_data; / 时间戳;Ping函数void ping(int argc,char *argv)WSADATA wsadata;/WSADATA数据结构 struct hostent *host;struct protoent *protocol;char *par_host;par_host=argv1;pid=getpid(); /获取main的进程id，用于设置icmp的标志符 /使用Socket的程序在使用Socket之前必须调用WSAStartup函数完成对Winsock服务的初始化 /初始化winsock不成功if(WSAStartup(0x1010,&wsadata)!=0)printf(wsastartup errorn);exit(1);/初始化协议if( (protocol=getprotobyname(ICMP) )=NULL) printf(getprotobyname errorn); exit(1); /printf(所选协议的协议名：%snn,protocol-p_name);/printf(以主机字节顺序排列的协议号为：%dnn,protocol-p_proto); /套接字创建不成功 if(sockfd=socket(AF_INET,SOCK_RAW,protocol-p_proto)0)printf(socket errorn);exit(1); /设置套接字属性 if(setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,(char*)&timeout,sizeof(timeout)h_addr,host-h_length); /将获取到的IP值赋给目的地地址中的相应字段if(host=gethostbyaddr(host-h_addr,4,PF_INET)/ 将ip解析为主机名par_host=host-h_name;else/或者输出不明的主机if(dest_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(par_host)=INADDR_NONE)printf(Unknow host %sn,par_host);exit(1); printf(nPinging %s %s with %d bytes of data:nn,inet_ntoa(dest_addr.sin_addr),par_host,SEND_SIZE);发送数据报void send_packet() int packetsize; static int pack_no=0; packetsize=pack(pack_no+); /sendpacket为要发送的内容，由pack()函数设定，dest_addr是目的地址 if( sendto(sockfd,(char *)sendpacket,packetsize,0,(struct sockaddr *)&dest_addr,sizeof(dest_addr) )=0)success=unpack(recvpacket,n); else if (WSAGetLastError() = WSAETIMEDOUT) printf(Request timed out.n); return; while(!success); 构建数据报int pack(int pack_no ) int packsize; struct ICMP *icmp; packsize=8+SEND_SIZE; icmp=(struct ICMP*)sendpacket; /填充icmp数据内容 icmp-icmp_type=ICMP_ECHO; /填充类型 icmp-icmp_code=0; /填充代码 icmp-icmp_seq=pack_no; /填充序列号 icmp-icmp_id=pid; /填充ID icmp-icmp_data=GetTickCount(); icmp-icmp_checksum=0; icmp-icmp_checksum=cal_checksum( (unsigned short *)icmp,packsize); return packsize; 剥去ICMP报头加显示 int unpack(unsigned char *buf,int len) struct IP *ip; struct ICMP *icmp; double time; int iphdrlen; ip=(struct IP *)buf; iphdrlen=ip-ip_hl*4;/求ip报头长度,即ip报头的长度标志乘4 icmp=(struct ICMP *)(buf+iphdrlen); /越过ip报头,指向ICMP报头 /确保所接收的是我所发的的ICMP的回应 if( (icmp-icmp_type=ICMP_ECHOREPLY) & (icmp-icmp_id=pid) ) /读取icmp数据len=len-iphdrlen-8; time=GetTickCount()-icmp-icmp_data; if( timeip_ttl); timesreceived_no-1=time;/记录时间else printf(Request timed out.n); return 1; return 0; 求校验和函数unsigned short cal_checksum(unsigned short *buffer, int size)unsigned long cksum=0; /把ICMP报头二进制数据以2字节为单位累加起来 while(size1)cksum+=*buffer+;size-=2; /unsigned short长度为2，size最终为1或0（数据长度为奇数或偶数）if(size=1) /如果数据长度为奇数，将最后一个字节扩展到双字cksum+=*(unsigned char*)buffer; /对每个16bit进行二进制反码求和 即对双字高16位和低16位相加，取反后得到校验和 cksum = (cksum 16) + (cksum & 0xffff); cksum += (cksum 16); return (unsigned short)(cksum);释放占用的资源void free()/关闭套接字if(closesocket(sockfd)=SOCKET_ERROR) printf(closesocket failed with error%dn,WSAGetLastError();/释放winsockif(WSACleanup()=SOCKET_ERROR) printf(WSACleanup failed with error %dn,WSAGetLastError(); 主函数void main()int select;int i;char str15;int argc;char *argv2;printf(-n);printf( ping指定目的主机 请按 1 nn);printf( 更改向目的主机发送的报文数目 请按 2 nn);printf( 退出系统 3 nn);printf(-nn);printf(请选择：);scanf(%d,&select); while(select3) if(select=2)printf(n请输入指定向目的主机发送的报文数目（1000）：);scanf(%d,&SEND_COUNT);printf(n请输入所要ping的主机ip地址：);scanf(%s,&str);/输入目的ipargc=2;argv0=-t;argv1=str; /存目的IP if(select=2)printf(n请输入指定向目的主机发送的报文数目（1000）：);scanf(%d,&SEND_COUNT); ping(argc,argv);for(i=0;iSEND_COUNT;i+) /循环发送数据包 send_packet(); recv_packet(); Sleep(1000); /等待1s double maxt=0;double mint=times0;double sum=0;for(i=0;ireceived_no;i+)maxt=max(timesi,maxt);mint=min(timesi,mint);sum=sum+timesi;printf(nPing statistics for %s:n,inet_ntoa(dest_addr.sin_addr);printf( Packets: Send = %d, Received = %d, Lose = %d n,SEND_COUNT,received_no,SEND_COUNT-received_no,(SEND_COUNT-received_no)/SEND_COUNT*100); if(received_no=SEND_COUNT)printf(Approximate round trip times in milli-scends:n);printf( Minimum = %.0fms, Maximum = %.0fms, Average = %.0fmsnn,maxt,mint,sum/SEND_COUNT);received_no=0;free();printf(-n);printf( ping指定目的主机 请按 1 nn);printf( 更改向目的主机发送的报文数目 请按 2 nn);printf( 退出系统 3 nn);printf(-nn);printf(请选择：);scanf(%d,&select);（3）实现界面图4.25、设计总结5.1 完成的工作及评价通过这几天的学习及设计，本程序已经能够可以基本取代windows下的Ping程序命令，结果显示明确，达到了课程设计所要求的目标。 5.2 遇到的问题及解决过程(1)对Ping的工作原理不熟悉。刚开始时对Ping不太了解以至于不知道如何下手编程，通过网络和书本知道了什么是Ping，Ping的工作原理。(2)不懂套接字编程原理。在编程时会用到有很多以前没用到过的函数，特别时套接字相关的函数。每当遇到这些函数时，