计算机网络课程设计-网络流量计的设计与实现计.docx

编号： 计算机网络课程设计说明书题 目： 网络流量统计 系 别： 计算机科学与工程学院专 业： 软件工程 学生姓名： 张颖 学 号： 0800350226 指导教师： 王虎寅 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2011年 3月23日摘 要为了方便网络编程，90年代初，由Microsoft联合了其他几家公司共同制定了一套WINDOWS下的网络编程接口，即Windows Sockets规范，它不是一种网络协议,而是一套开放的、支持多种协议的Windows下的网络编程接口。本篇论文主要是介绍了在TCP/IP基础上利用winsock2对网卡进行编程，以达到网络流量监测的目的。论文首先介绍了TCP/IP协议，旨在介绍IP，TCP，UDP等比较重要的协议。主要是介绍IP头，TCP头，UDP头的特点，以便从IP头中可以获取源地址，目的地址，协议类型等信息。在随后的章节中提出了Socket的概念，Socket实际上提供了一个通信端口使所有拥有Socket的端口的计算机之间能够相互通信，在本论文中主要说明了socket的建立，监听和撤销的过程。然后要完成的工作就是对所捕获的IP数据包进行分析以提取出我们所需要的信息。在文章的最后是旨在说明进一步工作的展开。本文向大家介绍Windows Sockets的一些关于用C#实现的原始套接字(Raw Socket)的编程，以及在此基础上实现的网络封包监视技术。同Winsock1相比，Winsock2最明显的就是支持了Raw Socket套接字类型，使用Raw Socket，可把网卡设置成混杂模式，在这种模式下，我们可以收到网络上的IP包，当然包括目的不是本机的IP包，通过原始套接字，我们也可以更加自如地控制Windows下的多种协议，而且能够对网络底层的传输机制进行控制。本软件采用的开发平台是Microsoft Visual Studio 2010，用winform开发。关键字： TCP/IP，Winsock，原始套接字目录一、概述31.1项目背景与意义31.2 相关开发技术介绍41.3 IP协议简介4二、功能设计与实现62.1 功能设计与实现62.1.1 功能设计62.1.2 功能模块图62.2 功能实现72.2.1 主界面、功能及代码实现7三、测试13四、总结14参考文献15一、 概述1.1 项目背景与意义随着互联网时代快速的发展，各类的应用软件层出不穷，也有许多专门提供各种软件下载的专业网站，如天空，华军等，这些网站提供的免费软件大大满足了普通用户的需求，也给他们展示了互联网的神奇之处。然而，有利也有弊，互联网在高速发展的同时也带着安全的隐患，比如黑客的攻击，木马等，因此，网络安全也很快得到了专业人士的重视，一系列的关于安全的软件应运而生，最大特点的就是杀毒软件和防火墙。而在一些企业中，网络安全起着至关重要的作用，数据的出入是不允许出现任何闪失的。因此网管人员在做好防护的同时也利用一些专业软件对网络进行实时的监控，以便及时的做出相应措施。但是这些专业的网络软件都是针对网络流量的监控，属于企业级使用范围，而对于普通用户来说，虽然有杀毒软件和防火墙，但却不知道一些恶意程序也可以悄悄的在后台运行，可以神不知鬼不觉的连接网络，来窃取用户的信息和隐私。在我们的个人计算机上，网卡是比较容易被忽略的，它是个人用户与互联网连接的关键所在，而且它也有流量的出入，因为网络上的信息流量是通过计算机的网卡转换把网上的信息呈现在我们眼前。我们往往都是关注网络流量，这也是网卡为什么容易被忽略的原因了。但是小事物往往有着大作用，通过对网卡流量的监控，普通用户的下载速率肯定是比上传速率大很多，当恶意程序连接网络时，上传速率却大大大超过下载的速率，此时用户就该注意是否存在不正常的网络连接。1.2 相关开发技术介绍本软件采用的开发平台是Microsoft Visual Studio 2010，用C#语言开发。1.3 IP协议简介IPv4是Internet Protocol version 4（网际协议版本4）的英文简称，而中文简称为“网协版4”。 目前的全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族。IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。IPv4的协议结构：如图1-1所示：图1-1 Ipv4协议格式图它的最大问题是网络地址资源有限，而IPv6的出现完全解决了这个问题，它所拥有的地址容量是IPv4的约81028倍，IPV6地址长度为128比特，地址空间增大了2的96次方倍，灵活的IP报文头部格式使用一系列固定格式的扩展头部取代了IPV4中可变长度的选项字段。IPV6中选项部分的出现方式也有所变化，使路由器可以简单路过选项而不做任何处理，加快了报文处理速度，IPV6简化了报文头部格式，字段只有7个，加快报文转发，提高了吞吐量，提高安全性，更支持多种的服务类型。IPv6的包头格式：如图1-2所示：图1-2 Ipv6协议格式图IPv6与IPv4相比有以下特点和优点：(1) 更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32,即有232-1个地址；而IPv6中IP地址的长度为128,即有2128-1个地址。夸张点说就是，如果IPV6被广泛应用以后，全世界的每一粒沙子都会有相对应的一个IP地址。 (2) 更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类(Aggregation)的原则,这使得路由器能在路由表中用一条记录(Entry)表示一片子网,大大减小了路由器中路由表的长度,提高了路由器转发数据包的速度。 (3) 增强的组播(Multicast)支持以及对流的支持(Flow-control)。这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量(QoS)控制提供了良好的网络平台。(4) 加入了对自动配置(Auto-configuration)的支持。这是对DHCP协议改进和扩展，使得网络(尤其是局域网)的管理更加方便和快捷。(5) 更高的安全性。在使用IPv6网络中，用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，这极大地增强了网络安全。二、功能设计与实现2.1 功能设计与实现软件名称：网络流量统计软件功能介绍：监控网络，捕获一段时间内网络上的IP数据包，按IP数据包的源地址统计出该源地址在该时间段内发出的IP数据包的个数，并将其用图形表示出来。2.1.1 功能设计本程序的主要任务和目的是实现对本地计算机的网卡进行监控（主要是）。抓区网络上的IP包，然后统计，同时监控本地网卡的流量。同时实现网卡流量类似与360一样的悬浮窗和系统托盘功能。每个功能模块作用描述如下：1、网络抓包：抓取本机网络上的IP数据包，显示协议类型，源地址，源端口，目的地址，目的端口，数据包大小，同时显示本机信息，统计数据包的数量，和数据量。2、捕获统计：把捕获的IP数据包按源地址IP统计出来，然后用直方图显示。3、流量监控：监视网卡的上传和下载的流量数度，同时用图显示。4、悬浮窗：类似于360的网络流量监控的悬浮窗。2.1.2 功能模块图其具体功能如图所示：网卡流量监控网络抓包捕获统计流量监控悬浮窗显示主机信息监控信息数据包详细捕获结果统计直方图显示上传流量下载流量2.2 功能实现下面主要介绍如何根据上述的功能模块图实现具体的功能2.2.1 主界面、功能及代码实现下图为本系统的主要界面，由Visual Studio中已安装模板Windows 应用窗体程序（winform）生成，所用的控件、组件、容器、文本框等都是有Winform提供，本想添加点颜色使之更加的生动，但本人对于美工不是很擅长，以后另行绘制，由于界面是控件、组件等拖放组成，大部分代码有窗体设计器自动生成，需个人改动的并不多，所用这部分就不详细说明了，只把主窗体MainForm的代码示下。如图所示：网络抓包：代码实现：#region Fields / IP头部字段 private int m_IPHeaderLength; / IP头长度（单位字节） private string m_IPHeaderContent; / IP头内容 private string m_IPVersion; / IP协议版本 private string m_Protocol; / 协议类型 private string m_OriginationIPAddress; / 源IP地址 private string m_DestinationIPAddress; / 目标IP地址 / TCP头部字段 private int m_TCPHeaderLength; / TCP头部长度（字节） private string m_TCPHeaderContent; / TCP头内容 private string m_OriginationPort; / 源端口号 private string m_DestinationPort; / 目的端口号 /数据包字段 private int m_PackageLength; / 数据包长度，用字节表示 private int m_MessageLength; /消息长度（字节） private string m_MessageContent; /消息内容 #endregion#region Methods / / 根据数据包内容设置各字段 / / public void SetArgs(byte buf) if (buf = null) return; string tempReceiveString = BitConverter.ToString(buf); m_PackageLength = Convert.ToInt32(tempReceiveString.Substring(6, 2), 16) * 16 * 16 + Convert.ToInt32(tempReceiveString.Substring(9, 2), 16); string receiveString = tempReceiveString.Substring(0, m_PackageLength * 3 - 1); m_IPHeaderLength = Convert.ToInt32(receiveString.Substring(1, 1), 16) * 4;/单位是字节，一般是5*4=20B m_IPHeaderContent = receiveString.Substring(0, m_IPHeaderLength * 3 - 1); m_IPVersion = m_IPHeaderContent.Substring(0, 1); string protocol = m_IPHeaderContent.Substring(27, 2); switch (protocol) case 01: m_Protocol = ICMP; break; case 02: m_Protocol = IGMP; break; case 06: m_Protocol = TCP; break; case 11: m_Protocol = UDP; break; default: m_Protocol = Other; break; string originationIPAddress = m_IPHeaderContent.Substring(36, 11); m_OriginationIPAddress = getIPAddress(originationIPAddress); string destinationIPAddress = m_IPHeaderContent.Substring(48, 11); m_DestinationIPAddress = getIPAddress(destinationIPAddress); m_MessageLength = m_PackageLength - m_IPHeaderLength; m_MessageContent = receiveString.Substring(m_IPHeaderLength * 3); try/ 这两个字段没用到，但读出来的TCPHeaderLength有可能为空，之后读内容就会因为长度为-1而报错。具体原因待查 m_TCPHeaderLength = Convert.ToInt32(m_MessageContent.Substring(36, 1), 16) * 4; m_TCPHeaderContent = m_MessageContent.Substring(0, m_TCPHeaderLength * 3 - 1); catch m_OriginationPort = (Convert.ToUInt32(m_MessageContent.Substring(0, 2), 16) * 16 * 16 + Convert.ToUInt32(m_MessageContent.Substring(3, 2), 16).ToString(); m_DestinationPort = (Convert.ToUInt32(m_MessageContent.Substring(6, 2), 16) * 16 * 16 + Convert.ToUInt32(m_MessageContent.Substring(9, 2), 16).ToString(); / / 由16进制数连成的字符串生成IP地址字符串。如由“0A-10-00-8C”生成“10.16.0.140” / / / private string getIPAddress(string ipAddress) if (ipAddress = null) return string.Empty; string temArray = ipAddress.Split(-); string tempIPAddress = String.Empty; foreach (string tempString in temArray) tempIPAddress += Convert.ToInt32(tempString, 16).ToString(); tempIPAddress += .; return tempIPAddress.Substring(0, tempIPAddress.Length - 1); #endregion捕获统计直方图的显示主要运用软件体系结构中构件的思想，直接下载网络中已有的图表构建用于整个工程，大大的缩减了整个开发时间。代码实现：#region Tab2操作 / / / private void DataBind() DataTable dt = new DataTable(); DataRow dr; for (int i = 0; i listView2.Items.Count; i+) dt.Columns.Add(listView2.Itemsi.SubItems1.Text.ToString()+/+listView2.Itemsi.Text, typeof(System.String); dr = dt.NewRow(); for(int j=0;jlistView2.Items.Count;j+) drj = int.Parse(listView2.Itemsj.SubItems2.Text.ToString(); dt.Rows.Add(dr); this.hBarChart1.DataSource = dt; 流量监控：NetworkAdapter adapter = this.adapters0; this.label22.Text = String.Format(0:nKB/s, adapter.DownloadSpeedKpbs); this.label23.Text = String.Format(0:nKB/s, adapter.UploadSpeedKpbs); this.label21.Text = String.Format(0:nKB/s, adapter.DownloadSpeedKpbs + adapter.UploadSpeedKpbs); float down = float.Parse(adapter.DownloadSpeedKpbs.ToString(); float up = float.Parse(adapter.UploadSpeedKpbs.ToString(); this.lineChart1.Add(down / 100); this.lineChart2.Add(up / 100);悬浮窗：系统托盘：三、测试网络抓包：项目预期结果实际结果是否相符主机信息显示主机名和本地IP显示主机名和本地IP监控信息：显示抓去数据包总数和总数据量大小显示抓去数据包总数和总数据量大小数据包详细显示显示数据包的详细信息显示数据包的详细信息按钮功能点击后响应相应事件点击后响应相应事件捕获统计：项目预期结果实际结果是否相符统计捕获结果对同一IP的数据包进行统计统计成功时间统计显示开始统计时间和结束时间显示开始统计时间和结束时间直方图显示显示各个IP数据包数显示各个IP数据包数按钮事件点击后响应相应点击事件点击后响应相应点击事件流量统计：项目预期结果实际结果是否相符网卡类型显示网卡类型显示网卡类型总流量上传和下载流量总计上传和下载流量总计下载速度和显示显示下载流量并用图显示显示下载速度图表显示正常上传速度和显示显示上传速度并用图显示显示上传速度图表显示正常悬浮窗：项目预期结果实际结果是否相符移动功能可以用鼠标拖动可以用鼠标随意拖动窗口显示功能可以显示上传和下载速度显示上传和下载速度四、总结从开始的选题，到现在的结束，历时一个多月。在这期间，整个设计的过程并不是一帆风顺的