Ping课程设计报告.doc

课 程 设 计课程名称_计算机网络 题目名称_PING程序设计 2012年12月25日摘要为了深入理解并全面掌握ping命令的使用,以下结合ping程序的原理对其功能进行了深入探讨.由此可见Internet中的某台主机能ping通并不能肯定该主机就能被访问,而ping不通也并不意味着就不能被访问,同时也发现ping命令对网络也存在一些安全隐患.在Window系统下使用Win32进行网络编程实现采用WSA通过IP/ICMP进行实现Ping目的主机的功能。使用VisualStudio2008控制台进行建立的工程，使用Window Socket API 2版本。自己定义IP、ICMP结构体，建立目的地址和原始套接字，调用Win32库函数进行发送、接收数据包。采用ICMP的时间截请求和回答差错报文。本设计包括了具体设计任务，基本思路及所涉及的相关理论，设计流程图，以及考虑到运行中会出现的一些异常处理。关键词：Window网络编程，Socket，TCP/IP，ICMP报文 目录 一、 实验目的5二、 实验内容和要求51、RAW模式的SOCKET编程32、具体内容3三、 实验主要仪器设备和材料3四、 实验方法及原理31. ICMP报文组成结构：62. RAW模式的SOCKET编程实现Ping的具体原理42. 1创建原始套接字42.2设置套接字选项52.3创建并填充相应协议头5五、 实验流程图6六、 实验具体步骤61. 定义IP结构体72. 定义ICMP结构体73. 定义目的地址74. 定义原始套接字75. 发送数据包76. 接收数据包77. 解析数据包88. 校验和的实现89. 打印相关信息810. 循环工作实现块811. 信息统计812. 相关异常处理913. 相关引用到的头文件及宏11七、 实验测试结果以及使用说明11八、 参考文献13九、 附录：源代码14一、 实验目的PING程序是我们使用的比较多的用于测试网络连通性的程序。PING程序基于ICMP，使用ICMP的回送请求和回送应答来工作。由计算机网络课程知道，ICMP是基于IP的一个协议，ICMP包通过IP的封装之后传递。课程设计中选取PING程序的设计，其目的是希望同学们通过PING程序的设计，能初步掌握TCP/IP网络协议的基本实现方法，对网络的实现机制有进一步的认识。二、 实验内容和要求1、RAW模式的SOCKET编程PING程序是面向用户的应用程序，该程序使用ICMP的封装机制，通过IP协议来工作。为了实现直接对IP和ICMP包进行操作，实验中使用RAW模式的SOCKET编程。熟悉SOCKET的编程，包括基本的系统调用如SOCKET、BIND等；2、具体内容1) 定义数据结构需要定义好IP数据报、ICMP包等相关的数据结构；2) 程序实现在WINDOWS环境下实现PING程序；3) 程序要求在命令提示符下输入： PING .其中为目的主机的IP地址，不要求支持域名，对是否带有开关变量也不做要求。不带开关变量时，要求返回4次响应。返回信息的格式： REPLY FROM .或 REQUEST TimeOut （无法PING通的情况）。三、 实验主要仪器设备和材料联网Win7操作系统计算机、VisualStudio2008 Win32控制台程序四、 实验方法及原理ping的原理: Ping命令的主要作用是检测网络上主机的状态。要是在几年前，我们还可以下如此断言，如果不能Ping通某台主机，那么也就无法Telnet或者FTP到这台主机，但随着互联网的安全意识的增加，出现了访问控制清单的路由器和防火墙，由于ICMP报文是在IP数据包中被传输的，而到达一台主机不仅取决于IP层是否到达，还取决于使用何种协议和端口。譬如金山公司的金山网镖就可以禁止其他机器Ping通这台主机。所以在现在的情况下，即时Ping不通某台机器，但也有可能FTP登陆到这台机器，或者通过HTTP来浏览这台机器上的Web页面 1. ICMP报文组成结构：在网络中,一般用ICMP来传递差错报文以及其他应注意的信息.ICMP一般被认为是和IP协议同一层的协议,IMCP报文通常被IP层或者更高层的协议(如:TCP或者UDP)使用,ICMP对于互联网以及其他基于IP协议的网络的正常运行起着非常重要的作用.有许多重要的网络程序都是基于ICMP协议上的,最为著名如Ping和Tracert等.2. RAW模式的SOCKET编程实现Ping的具体原理其中PING程序设计使用了RAW模式的SOCKET编程，程序使用ICMP的封装机制，通过IP协议来工作。2. 1创建原始套接字要使用原始套接字，必须经过创建原始套接字、设置套接字选项和创建并填充相应协议头这三个步骤，然后用send、WSASend函数将组装好的数据发送出去。接收的过程也很相似，只是需要用recv或WSARecv函数接收数据。我们可以用socket或WSASocket函数来创建原始套接字，因为原始套接字能直接控制底层协议，因此只有属于“管理员”组的成员，才有权创建原始套接字。下面是用socket函数创建原始套接字的代码。SOCKET sock；Socksocket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_UDP)；上述创建原始套接字的代码使用的是UDP协议，如果要使用其它的协议，比如ICMP、IGMP、IP等协议，只需要把相应的参数改为IPPROTO_ICM、IPPROTO_ IGMP、IPPROTO_IP就可以了。另外，IPPROTO_UDP、IPPROTO_IP、IPPROTO_RAW这几个协议标志要求使用套接字选项IP_HDRINCL，而目前只有Windows 2000和Windows XP提供了对IP_HDRINCL的支持，这意味着在Windows 2000以下平台创建原始套接字时是不能使用IP、UDP、TCP协议的。2.2设置套接字选项创建了原始套接字后，就要设置套接字选项，这要通过setsocketopt函数来实现，setsocketopt函数的声明如下：int setsocketopt (SOCKET s,int level,int optname,const char FAR *optval,int optlen ）；在该声明中，参数s是标识套接口的描述字，要注意的是选项对这个套接字必须是有效的。参数Level表明选项定义的层次，对TCP/IP协议族而言，支持SOL_SOCKET、IPPROTO_IP和IPPROTO_CP层次。参数Optname是需要设置的选项名，这些选项名是在Winsock头文件内定义的常数值。参数optval是一个指针，它指向存放选项值的缓冲区。参数optlen指示optval缓冲区的长度2.3创建并填充相应协议头 这一步就是创建IP和TCP协议头的数据结构，根据相关协议的定义进行编写即可，下面是一个TCP协议头的数据结构。发送接收数据包的实现原理:Sendto()-使用指定的 SocketFlags，将指定字节数的数据发送到指定的终结点。适用于已连接的数据报或流式套接口发送数据。对于数据报类套接口，必需注意发送数据长度不应超过通讯子网的IP包最大长度。IP包最大长度在WSAStartup()调用返回的WSAData的iMaxUdpDg元素中。如果数据太长无法自动通过下层协议，则返回WSAEMSGSIZE错误，数据不会被发送。请注意成功地完成sendto()调用并不意味着数据传送到达。endto()函数主要用于SOCK_DGRAM类型套接口向to参数指定端的套接口发送数据报。对于SOCK_STREAM类型套接口，to和tolen参数被忽略；这种情况下sendto()等价于send()。为了发送广播数据（仅适用于SOCK_DGRAM），in参数所含地址应该把特定的IP地址INADDR_BROADCAST（winsock.h中有定义）和终端地址结合起来构造。通常建议一个广播数据报的大小不要大到以致产生碎片，也就是说数据报的数据部分（包括头）不超过512字节。如果传送系统的缓冲区空间不够保存需传送的数据，除非套接口处于非阻塞I/O方式，否则sendto()将阻塞。对于非阻塞SOCK_STREAM类型的套接口，实际写的数据数目可能在1到所需大小之间，其值取决于本地和远端主机的缓冲区大小。可用select()调用来确定何时能够进一步发送数据。Recvfrom()-接收一个数据报并保存源地址。 对于SOCK_STREAM类型的套接口，最多可接收缓冲区大小个数据。如果套接口被设置为线内接收带外数据（选项为SO_OOBINLINE），且有带外数据未读入，则返回带外数据。应用程序可通过调用ioctlsocket()的SOCATMARK命令来确定是否有带外数据待读入。对于SOCK_STREAM类型套接口，忽略from和fromlen参数。对于数据报类套接口，队列中第一个数据报中的数据被解包，但最多不超过缓冲区的大小。如果数据报大于缓冲区，那么缓冲区中只有数据报的前面部分，其他的数据都丢失了，并且recvfrom()函数返回WSAEMSGSIZE错误。若from非零，且套接口为SOCK_DGRAM类型，则发送数据源的地址被复制到相应的sockaddr结构中。fromlen所指向的值初始化时为这个结构的大小，当调用返回时按实际地址所占的空间进行修改。如果没有数据待读，那么除非是非阻塞模式，不然的话套接口将一直等待数据的到来，此时将返回SOCKET_ERROR错误，错误代码是WSAEWOULDBLOCK。用select()或WSAAsynSelect()可以获知何时数据到达。如果套接口为SOCK_STREAM类型，并且远端“优雅”地中止了连接，那么recvfrom()一个数据也不读取，立即返回。如果立即被强制中止，那么recv()将以WSAECONNRESET错误失败返回。五、 实验流程图-另付图六、 实验具体步骤1. 定义IP结构体/IP格式typedef struct iphUCHARiph_VerLen;/版本-4byteUCHARip_TOS;/区分服务-8byteUSHORTip_Length;/首部长度-4byteUSHORTip_ID;/标识-16byteUSHORTip_Flags;/标志-3byteUCHARip_TTL;/生存数据（数据报在网络上的存活时间，每通过一个路/由器，该数值减一UCHARip_Protacol;/协议（TCP/IP协议类型，比如：ICMP为，IGMP为，TCP为，UDP为等）USHORTip_Checksum;/ 头部检验和ULONGip_Source;/源IP地址ULONGip_Destination; /目的IP地址IPHDR;2. 定义ICMP结构体/ICMP格式typedef struct icmphunsigned char icmp_Type;/类型-8byteunsigned char icmp_Code;/代码-16byteunsigned short icmp_Checksum;/检验和-16byteunsigned short icmp_Id;/识别号unsigned short icmp_Sequence;/报文序列号unsigned long icmp_Timestamp;/时间截ICMPHDR, *PICMPHDR;3. 定义目的地址/目标主机地址SOCKADDR_IN addrdest;addrdest.sin_family=AF_INET;/是地址家族,AF_INET,代表TCP/IP协议族addrdest.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(ip);/存储IP地址，使用in_addr这个数据结addrdest.sin_port = htons(0);/存储端口号（使用网络字节顺序）4. 定义原始套接字SOCKET sk = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);/使用RAWsocket模式。ICMP协议5. 发送数据包result = sendto(sk,sendbuf,sizeof(ICMPHDR)+DATA_SIZE,0,(SOCKADDR *)&addrdest,sizeof(SOCKADDR);6. 接收数据包result= recvfrom(sk, recvbuf, RECV_MAX_SZIE, 0, (SOCKADDR*)&addrfrom, &len)7. 解析数据包IPHDR *pIP = (IPHDR*)recvbuf;PICMPHDR p = (PICMPHDR)(recvbuf+sizeof(IPHDR);8. 校验和的实现USHORT CheckSum(USHORT *buffer,int size)USHORT checksum = 0;while(size1)checksum +=*buffer+;size -= sizeof(SHORT);if(size)checksum +=*buffer+;/进行校验checksum = (checksum16)+(checksum&0xffff);checksum += (checksum16);return (SHORT)(checksum);9. 打印相关信息目的地址：cout - 来自: inet_ntoa(addrfrom.sin_addr);接收字节：cout 的回复: 字节= DATA_SIZE ;时间截：cout 时间= icmp_Timestamp ms;数据包生存数据:cout TTL= ipTTL endl;10. 循环工作实现块Ping多次或者无穷次运行的实现 while( a | count- )当a=true 进行无穷次Ping当 count 数字不为默认或者为默认(4次)进行自减，count=-1就退出当Ping完结束后没有关闭程序，而是现实欢迎使用页面While(true)/*Ping的程序*/11. 信息统计/统计信息int getData =0;/获取到数据包个数int loseData =0;/丢失数据包的个数int setData = count;/发送数据包的个数int maxTime = 0;/最大时间截int minTime = 0;/最小时间截int average = 0;/平均时间截11.1获取到的数据包个数统计if( DATA_SIZE!=NULL)getData+;11.2时间截的统计/往返估计时间if(maxTime icmp_Timestamp)maxTime = nTick-p-icmp_Timestamp;elseif(minTime=0)minTime = nTick-p-icmp_Timestamp;if(minTime nTick-p-icmp_Timestamp)minTime = nTick-p-icmp_Timestamp;11.3丢失的数据包个数 loseData = setData - getData;12. 相关异常处理12.1WSA的版本测试if (LOBYTE(data.wVersion) != 2 | HIBYTE(data.wVersion) != 2)cout Windows SOCKET 初始化失败！ endl;WSACleanup();return 0;12.2设置发送超时if (SOCKET_ERROR = rst)cout 设置SOCKET初始化出错！发送超时，请检查！ endl;closesocket(sk);WSACleanup();return -1;12.3设置接收超时rst = setsockopt(sk, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char*)&outTime, sizeof(int);if (SOCKET_ERROR = rst)cout 设置SOCKET初始化出错！接收超时，请检查！ endl;closesocket(sk);WSACleanup();return -1;12.4向目的地址发送数据包异常if(SOCKET_ERROR=result)if(WSAETIMEDOUT=WSAGetLastError()cout: 发送超时！endl;continue;elsecout: 发送出错！endl;closesocket(sk);WSACleanup();return -1;12.5接收数据包过程异常if(SOCKET_ERROR=result)if(WSAETIMEDOUT=GetLastError()cout: 接收超时！endl;continue;elsecout: 接收出错！endl; closesocket(sk);WSACleanup();return -1;12.6接收到的数据包异常if (result sizeof(IPHDR) + sizeof(ICMPHDR) + DATA_SIZE)cout :