发现网络中的活动主机计算机网络课程设计（学术论文）

1、计算机网络课程设计一、设计内容及设计要求课程设计内容：利用ICMP数据包，通过使用ICMP的回送和回送响应消息来确定当前网络中处于活动状态的主机，即ping消息的请求和应答，将发送的ICMP的数据包类型设置为回送请求（类型号为8），并显示在标准输出上。用命令行形式运行：scanhost Start_IP End_IP，其中scanhost为程序名；Start_IP为被搜索网段的开始IP；End_IP为被搜索网段的结束IP地址。课程设计目的：IP协议的优点是简单，但缺少差错控制和查询机制，而网际控制报文协议（ICMP具有补充IP功能的作用。在网络管理中，常常要确定当前网络在红处于活动状态的主机，

2、这时可以通过ICMP的回送和回送响应消息来完成这项工作。这课程设计的目的就是编制程序，利用ICMP数据包，发现网络中的活动主机,即ping消息的请求和应答。通过课程设计，熟悉ICMP报文的结构，对ICMP协议有更好的理解和认识，培养综合运用网络知识解决实际问题能力。课程设计要求：设计程序，其功能是发送ICMP数据包，以获取指定望段中的活动主机，并将结果显示在标准输出设备上程序的具体要求如下：1用命令形式运行2输出格式活动主机1的IP地址活动主机2的IP地址活动主机 n的IP地址二、总体设计设计原理首先对ICMP报文的格式有一定的了解，ICMP报文是在IP数据报内部传输的，其结构如图所示： IP

3、数据报 IP首部 ICMP报文ICMP报文的格式如图所示：0 7 8 15 16 31（位）类型字段代码字段校验和字段（不同类型和代码有不同内容）所有报文的前4个字节都是一样的，但是其它字节则互不相同。其中类型字段可以有15个不同的值，以描述特定类型的ICMP报文，某些ICMP报文还使用代码字段的值来进一步描述不用的条件。按验和字段为2字节，校验的范围是整个ICMP报文。检验和是必须的，其计算方法与IP协议头部校验和的计算方法一样。各种类型的ICMP报文如图所示（ICMP报文类型），不同类型由报文中的类型字段和代码字段来共同决定。类 型 代 码 描 述 0 0 回送响应（PING应答）3 目的

4、不可达0 网络不可达1 主机不可达2 协议不可达3 端口不可达4 需要进行分片但设置了禁止分片比特5 源主机选择路由失败6 无法识别目的网络7 无法识别目的主机8 源主机被隔离9 目的网络被禁止10 目的主机被禁止11 由于服务类型（TOS），网络不可达12 由于服务类型（TOS），主机不可达13 由于过滤，通信被强行禁止14 主机越权15 优先权终止生效 4 0 源端被关闭（基本流控制）5 重定向0 对网络重定向1 对主机重定向2 对服务类型和网络重定向3 对服务类型和主机重定向 8 0 回送请求（PING请求）9 0 路由器通告10 0 路由器请求11 超时0 传输期间生存期减为01 数据

5、报组装期间生存期减为012 参数问题0 各种IP头部错误1 缺少必须的选项13 0 时间戳请求14 0 时间戳应答15 0 信息请求（已作废）16 0 信息应答（已作废）17 0 地址掩码请求18 0 地址掩码应答课程设计的目的是发现网络中的活动主机，就是使用ICMP的回送和回送响应消息发现网络中的活动主机，即Ping消息的请求和应答。那幺，发送的ICMP的数据包类型设置为回送请求（类型号为8）。本程序使用的原始套接字生成ICMP请求/应答报文来进行活动主机的探查。这个程序使用的是回送请求和应答消息。程序的大致思想是把ICMP的数据报类型设置为回送请求，将它发送给网络上的一个IP地址，如果这个

6、IP地址已经被占用的话，那么使用位于这个IP地址的主机上的TCP/IP软件就能接受到这个ICMP回送请求，从而返回一个ICMP回送请求（类型号为0）信息。信息封装在一个IP包中，我们需要解析该IP包，从中找到ICMP数据信息，相反，如果这个IP地址没有人使用，那么发送的ICMP回送请求在设定的延时内就不可能得到响应。概要设计主程序流程图开 始构造原始套接字，并初始化建立并初始化木的主机的Sockaddr_in数据结构dest起始IP地址->start_ip结束IP地址->end ip将start_ip填入到dest中start_ip< = end ip? 线程数目太多？创建一

7、个线程并执行 start_ip +还有线程在执行?结 束等待一定时间NYYN等待一定时间Y子线程流程图开 始填充ICMP数据报发送数据报 接受数据报去掉IP头,获取ICMP信息数据包太短?不是回送响应?ID不符合？数据库中的IP地址结 束YYYNNN三、详细设计及代码3.1 ICMP报文分析ICMP是一种差错和控制报文协议，用于传输错误报告和控制信息。 ICMP报文分为头部和数据部分。ICMP报文封装在IP数据报中传输。IP报头中的类型为1时，表示报文的数据部分为ICMP报文。虽然ICMP报文由IP报文传输，但是并不能认为ICMP是IP的上层协议，而是IP协议的有机补充。把ICMP报文放在IP

8、包中，是要利用IP的转发功能。 类型（TYPE）是一个字节，表示ICMP消息的类型。代码（CODE）也是一个字节，表示报文类型的下一步信息。校验和共有两个字节，提供对整个ICMP报文的校验和（和IP报文类型的进一步信息）。校验和共两个字节，提供对整个ICMP报文的校验和。按照协议的功能来分，ICMP报文可以分为1. ICMP差错报文 包括目的不可达报告，超时报告，参数出错报告。2 .ICMP控制报文包括拥塞控制和源抑制报文，路游控制和重定向报文3 .ICMP测试报文包括请求应答报文，时戳请求应答报文。本课程设计就是使用ICMP请求/应答报文来测试目的主机是否存在,请求者想某特定的主机发送请求，

9、其中包含任选的数据。目的主机收到请求后，发送应答报文。在同一时刻，一台机器可以同时向多台主机发送请求报文。ICMP报文格式如图所示： 类型 代码 校 验 和 数据区（变长）ICMP回送报文格式如下图所示：类型（8,0） 码（0） 校验和 标志位 序号 任选数据程序功能分析本程序使用原始套接字生成ICMP报文来进行活动主机的探查。这个程序使用的是回送请求与应答信息。程序的大致思想是把ICMP的数据包类型设置为回送请求，将它发送给网络上的一个IP地址，如果这个IP地址已经被占用的话，那么使用位于这个IP地址的主机上的TCP/IP软件就能够接受到这个ICMP回送请求，从而返回一个ICMP回送响应（类

10、型号为0）信息。信息封装在一个IP包中，需要解析该IP包，从中找到ICMP数据信息。相反，如果这个IP地址没有人使用，那么发送的ICMP回送请求在设定的延时内就不可能得到响应。在初始化原始套接字之后，本程序就要开始在一个IP网段内寻找活动主机。因为要寻找活动的主机可能很多，为节省时间可以采用多线程编程。结合核心代码对程序的具体进行分析。使用原始套接字为了实现发送/监听ICMP抱文，必须使用原始套接字，创建原始套接字的代码如下：SOCKET sockraw;sockraw=WSASocket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP,NULL,0,wsa_flag_overla

11、pped);在WSASocket函数中，我们使用IPPROTO_ICMP表示接受ICMP数据包，为了使用发送接受超时设置（设置SO_RCVTIMEO或SO_SNDTIMEO），必须将标志位置为WSA_FLAG_OVERLAPPED。然后调用setsockopt函数设置读取迟延。在setsockopt函数中，sockraw是之前创建的原始套接字，设置SOL_SOCKET表明使用基本套接字处理ICMP抱文。设置SO_RCVTIMEO表示使用接受超时设置，SOSNDTIMEO表示使用发送超时设置，在这里，超时时间均设置为1000ms。定义IP头部的数据结构typedef struct iphdr u

12、nsigned int headlen:4; /ip头长度 unsigned int wersion:4; /ip版本号 unsigned char tos; /服务类型 unsigned short totallen; /ip包总长度 unsigned short id; /ip号 unsigned short flag; /标记unsigned char ttl; /生存时间unsigned char prot; /协议（UDP TCP）unsigned short checksum; /校验和unsigned int sourceip; /源ipunsigned int destip;

13、/目的ipIpHeader;定义ICMP头部数据结构typedef struct icmphdr BYTE type; /icmp类型码，回送请求的类型码为8 BYTE code; /子类型码，保存与特定ICMP报文类型相关的细节信息 USHORT checksum; /校验和 USHORT id; /ICMP报文id号 USHORT seq; /ICMP数据报的序列号Icmpheader;填充并发送请求类型的ICMP报文#define ICMP_ECHO 8 /请求回送 #define DEF_PACKET_SIZE 32 /缺省数据报长度#define MAX_PACKET 1024 /最

14、大数据报长度#char icmp_dataMAX_PACKET; /ICMP数据报最大可能长度Memset(icmp_data,0, MAX_PACKET) /将数据报清空初始化Int datasize=DEF_PACKET_SIZE; /ICMP数据报报文体的额缺省长度Datasize+=sizeof(icmpHeader)； /加上ICMP数据头部 icmp_header *icmp_hdr; char *datapart; icmp_hdr=(icmpheader*)icmp_data; icmp_hdr->type=icmp_echo; /设置类型 icmp_hdr->id

15、=(ushort)getcurrentthreadid(); /设置其ID号为当前线程号 datapart=icmp_data+sizeof(icmpheader); /计算出ICMP数据报的数据部分 memset(datapart,'A',datasize-sizeof(icmphearder); /填入数据 (（IcmpHeader*）icmp_data)->seq=0; /序列号 (（IcmpHeader*）icmp_data)->check_sum=0; /先将检验和置0(（IcmpHeader*）icmp_data)->checksum=checks

16、um(USHORT*) icmp_data,data_size);Checksum 为计算校验和的函数，设校验和初值为0，然后对数据每16位求异或，结果取反，便得校验和。其代码如下：USHORT checksum(USHORT * buffer, int size) /计算校验和unsinged long cksum=0;while (size>1)cksum+=*buffer+;size-=sizeof(ushort);if(size)cksum+=*(uchar)buffer;cksum=(cksum>>16)+(cksum&0xffff);cksum+=(cks

17、um>>16);return (ushort)(-cksum); 填充ICMP报文之后，应在ICMP报文之前加上IP报头并发送出去。可调用下面的代码发送数据包。注意，这里的dest是填入目的主机的IP地址的一个sockaddr_in数据结构，IP_STRING是目的的主机的IP地址字符串。 Struct sockaddr_in_dest; Dest.sin_family=AF_INET; Dest.sin_addr.s_addr=inet_addr(IP_STRING); Sendto(sockraw,icmp_data,datasize,0,(sockaddr*)&des

18、t,size of(dest);解析数据包如果所ping的目的主机存在，那么它会发出一个回送应答包。这是一个IP包，受到后解析此数据包并获得其中的ICMP信息。根据IP报头信息中的IP报头长度字段，就可以得到ICMP报文的真实地址。ICMP数据包中的IP地址就是活动主机的IP。代码分析如下： #define ICMP_MIN 8 #define MAX_PING_PACKET_SIZE(MAX_PACKET+sizeof(IpHeader) char *recvbuf=newMAX_PING_PACKET_SIZE; struct sockaddr_in dest,from,end;int f

19、ormlen=sizeof(from); int bytes=recvfrom（sockraw，recvbuf，MAX_PACKET,0,(Struct sockaddr*)&from,&fromlen） ipheader *iphdr; icmpheader *icmphdr; unsigned short iphdrlen; iphdr=(ipheader*)buf; iphdrlen=iphdr->headlen*4; /IP报头的长度 icmphdr=(icmpheader *)(buf+iphdrlen); /跳过IP头 /数据包太短 丢弃 if(bytes&l

20、t;iphdrlen+icmp_min) return; /不是回送请求（ping应答），丢弃 if(icmphdr->type!=icmp_echo_reply) return; /ID不相符，丢弃if(icmphdr->id!=(USHORT)getcurrentthreadid() return; /输出正在使用的IP地址 cout<<"活动主机"<<inet_ntoa(from->sin_addr)<<endl;源代码：#pragma pack(4)#pragma comment(lib,"Ws2_32

21、.lib")#define win32_LEAN_AND_MEAN#include <winsock2.h>#include <stdio.h>#include <iostream.h>#include <stdlib.h>#include <sys/timeb.h>#include <time.h>/THE IP HEADERtypedef struct iphdr unsigned int headlen:4; /ip头长度 unsigned int wersion:4; /ip版本号 unsigned ch

22、ar tos; /服务类型unsigned short totallen; /ip包总长度unsigned short id; /ip号unsigned short flag; /标记unsigned char ttl; /生存时间unsigned char prot; /协议（UDP TCP）unsigned short checksum; /校验和unsigned int sourceip; /源ipunsigned int destip; /目的ipIpHeader;/ICMP HEADERtypedef struct icmphdr BYTE type; /icmp类型码，回送请求的类

23、型码为8 BYTE code; /子类型码，保存与特定ICMP报文类型相关的/节信息 USHORT checksum; /校验和 USHORT id; /ICMP报文id号 USHORT seq; /ICMP数据报的序列号Icmpheader;#define ICMP_ECHO 8 /请求回送#define ICMP_ECHO_REPLY 0 /请求回应#define ICMP_MIN 8 /ICMP包头长度（最小ICMP包长度）#define STATUS_FAILED 0xFFFF /错误码#define DEF_PACKET_SIZE 32 /缺省数据报长度#define MAX_PAC

24、KET 1024 /最大数据报长度#define MAX_PING_PACKET_SIZE (MAX_PACKET + sizeof(IpHeader) /最大接受数据报长度void fill_icmp_date(char * ,int); /填充ICMP包USHORT checksum(USHORT *,int); /校验和函数void decode_resp(char*,int,struct sockaddr_in *); /找到此数据报IP地址DWORD WINAPI FindIp(LPVOID pipaddrtemp); /线程调用子函数#include "scanhost.

25、h"WSADATA wsadata;SOCKET sockraw;struct sockaddr_in dest, from,end;int fromlen = sizeof(from);char * recvbuf = new charMAX_PING_PACKET_SIZE;unsigned int addr = 0;long threadnumcounter = 0, threadnumlimit = 20;long *aa = &threadnumcounter;void main(int argc, char *argv)if(argc != 3)cout<&

26、lt;"输入格式错误：scanhost start_ip end_ip"<<endl;getchar();if(WSAStartup(MAKEWORD(2,1), &wsadata) != 0)cout<<"WSAStartup failed:"<<GetLastError()<<endl;ExitProcess(STATUS_FAILED);/创建原始套接字sockraw = WSASocket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP, NULL, 0, WSA_FLAG_

27、OVERLAPPED);if(sockraw = INVALID_SOCKET)cout<<"WSASocket() failed:"<<WSAGetLastError()<<endl;ExitProcess(STATUS_FAILED); /设置读取延时int timeout = 1000;int bread = setsockopt(sockraw, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char*)&timeout, sizeof(timeout);if(bread = SOCKET_ERROR)cout<

28、;<"fail to set recv timeout:"<<WSAGetLastError()<<endl;ExitProcess(STATUS_FAILED);timeout = 1000;bread = setsockopt(sockraw, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char*)&timeout, sizeof(timeout);if(bread = SOCKET_ERROR)cout<<"failed to set send timeout:"<<WSAGe

29、tLastError()<<endl;ExitProcess(STATUS_FAILED); memset(&dest, 0, sizeof(dest);unsigned long startip, endip;dest.sin_family = AF_INET; dest.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv1);startip = inet_addr(argv1);end.sin_family = AF_INET;end.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv2);endip = inet_addr(argv2);H

30、ANDLE hthread;while(htonl(startip) <= htonl(endip)if(threadnumcounter > threadnumlimit)Sleep(5000);continue;DWORD Threadid;sockaddr_in * pipaddrtemp = new(sockaddr_in);if(!pipaddrtemp)cout<<"memory alloc failed"<<endl;return;*pipaddrtemp = dest;/创建新线程clock_t start;start =

31、 clock();hthread = CreateThread(NULL, NULL, FindIp, (LPVOID)pipaddrtemp, NULL, &Threadid);long i = 60000000L;while(i-);TerminateThread(hthread, 0);InterlockedDecrement(aa);memset(&from, 0, sizeof(from);startip = htonl(htonl(startip) + 1);dest.sin_addr.s_addr = startip;while(threadnumcounter!

32、=0)Sleep(2000);return;void fill_icmp_data(char * icmp_data, int datasize)Icmpheader *icmp_hdr;char *datapart;icmp_hdr = (Icmpheader*)icmp_data;icmp_hdr->type = ICMP_ECHO;icmp_hdr->id = (USHORT)GetCurrentThreadId();datapart = icmp_data + sizeof(Icmpheader);memset(datapart, 'A', datasize

33、 - sizeof(Icmpheader);void decode_resp(char *buf, int bytes, struct sockaddr_in *from)IpHeader *iphdr;Icmpheader *icmphdr;unsigned short iphdrlen;iphdr = (IpHeader *)buf;iphdrlen = iphdr->headlen * 4;icmphdr = (Icmpheader *)(buf + iphdrlen);/数据包太短 丢弃if(bytes < iphdrlen + ICMP_MIN) return;if(ic

34、mphdr->type != ICMP_ECHO_REPLY) return;if(icmphdr->id != (USHORT)GetCurrentThreadId() return;cout<<"活动主机"<<inet_ntoa(from->sin_addr)<<endl;USHORT checksum(USHORT *buffer, int size)unsigned long cksum = 0; while (size > 1)cksum += *buffer+;size -= sizeof(USHORT

35、);if(size)cksum += *(UCHAR*)buffer; cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff); cksum += (cksum >> 16); return (USHORT)(cksum);DWORD WINAPI FindIp(LPVOID pipaddrtemp)InterlockedIncrement(aa); char icmp_dataMAX_PACKET; memset(icmp_data, 0, MAX_PACKET); int datasize = DEF_PACKET_SIZE; da

36、tasize += sizeof(Icmpheader); fill_icmp_data(icmp_data, datasize); (Icmpheader* )icmp_data)->checksum = 0; (Icmpheader* )icmp_data)->seq = 0;/计算校验和后填入 (Icmpheader* )icmp_data)->checksum = checksum(USHORT* )icmp_data, datasize); int bwrote = sendto(sockraw, icmp_data, datasize, 0, (struct so

37、ckaddr* )pipaddrtemp, sizeof(dest); int n = 0; if (bwrote = SOCKET_ERROR) if(WSAGetLastError() = WSAETIMEDOUT) cout<<"timed out"<<endl; cout<<"sendto failed: "<<WSAGetLastError()<<endl; ExitProcess(STATUS_FAILED); n = 1; if(bwrote < datasize) cout

38、<<"worte "<<bwrote<<" bytes"<<endl; ExitProcess(STATUS_FAILED); n = 1; int bread = recvfrom(sockraw, recvbuf, MAX_PING_PACKET_SIZE, 0, (struct sockaddr* ) &from, &fromlen); if(bread = SOCKET_ERROR) if(WSAGetLastError() = WSAETIMEDOUT) cout<<"time out"<<endl; cout<<"recvform failed:"<<WSAGetLastError()<<endl; ExitProcess(STATUS_FAILED); n = 1; if(n = 0) decode_resp(recvb