计算机网络实验报告

1、课 程 设 计 课程名称题目名称学生学院专业班级学 号学生姓名指导教师2015 年 12月 28日目录一、课程设计目的与意义二、课程设计的要求三、设计说明3.1、设计思路3.2、设计方案3.3、运行环境3.4、设计重点四、详细设计 4.1、主程序流程图 4.2、校验和函数、释放资源函数流程图 4.3、ICMP报首部函数流程图五、程序的结果与分析六、课程设计心得体会附录一：参考文献附录二：程序源代码一、 课程设计的目的与意义利用ICMP数据包、C语言实现Ping命令程序，能实现基本的Ping操作，发送ICMP回显请求报文，用于测试个主机到只一个主机之间的连通情况。通过本程序的训练，熟悉ICMP报

2、文结构，对ICMP有更深的理解，掌握Ping程序的设计方法，掌握网络编程的方法和技巧，从而编写出功能更强大的程序。二、课程设计的要求1.已知参数：目的节点IP地址或主机名2.设计要求：通过原始套接字编程，实现Ping的基本功能2.1初始化Windows Sockets网络环境；2.2解析命令行参数，构造目的端socket地址；2.3定义IP、ICMP报文；2.4接收ICMP差错报文并进行解析。三、设计说明1设计思路由于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。首先定义IP数

3、据报首部，在IP数据报的基础上定义ICMP数据报首部，并初始化一些全局变量。接着自定义填充ICMP数据报字段函数FillICMPData()、校验和函数checksum()、解读ICMP报首部函数DecodeICMPHeader()、释放资源函Cleanup()。最后主函数通过调用这些函数来实现Ping命令功能。2. 设计方案IP头与ICMP头的设置分别参照RFC791及RFC792的标准，包含所有必要信息。主程序设置main（）函数，主函数用库函数实现套接字编程用于数据包发送及接收，其中，数据包发送调用sendto()，数据包接收调用recvfrom( )，由于发送数据包时可能会遇到阻塞或者

4、目标主机不通，造成超时，因此需要在发送数据包后调用一个函数判断是否超时，此处调用库函数setsockopt（）来实现超时判断；其次，校验和函数采用移位方法进行计算。3. 系统运行环境：VC+ 6.0， Window 7操作系统平台4. 设计中的重点首先遇到的问题就是套接字文件的问题。套接字所需要的文件有头文件Winsocket2.h、库文件WS2_32.LIB、动态库W32_32.DLL。创建套接字的时候参数的以及在创建套接字之前必须首先使用WSAStartup函数、在使用完套接字之后要释放内存资源，关闭套接字这些问题都是以前未接触过的。所以在写程序的时候需要查阅大量的资料，弄懂这些问题。其次

5、，在套接字问题解决之后，遇到的难题，也是比较重要的问题就是如何实现ICMP报文的发送和接受，以及怎样判断发送、接收超时或者找不到目的主机。最后在程序调试的时候总是出现这样或那样的错误，比如头文件错误、动态库无法导入、编辑器环境不匹配等。四、详细设计 1、本程序主要是通过main()函数调用自定义函数以及其本身的一些功能，例如：打开socket动态库、设置接收和发送超时值、域名地址解析、分配内存、创建及初始化ICMP报文、发送ICMP请求报文、接收ICMP 应答报文以及解读应答报文和输出Ping结果。程序流程图如下：开始 定义及初始化各个全局变量判断WSAStartup函数是否调用成功 否 输出

6、调用失败 是创建套接字以及设置socket接收超时，发送超时选项输入PING的IP地址解析输入内容，设置PING参数创建及填充ICMP数据报文判断输入的ip地址没有-t并且已发四次 是Break 否 清除残余 否发送，接收以及解析数据包结束输出PIING结果2、校验和函数、释放资源函数流程图如下：cleanup开始Checksu开始 if (m_hSocket != INVALID_SOCKE定义初始化cksum(size > 1) 是关闭套接字 否 是 否定cksum及size大小释放占用资源清除ICMP包数据以及接受缓冲区if (size)WSACleanup(); 是cksum+=

7、*(UCHAR*)buffer; 否 结束计算校验cksum，获得结果结束3、ICMP报首部函数流程图如下：DecodeICMPHeader定义相关变量以及初始化tick = GetTickCount()我们所要的回应报文输出不是我们所要tick0icmpcount=tick -icmphdr->timestamp结束判断时间是否小于1msprintf("Reply from %s: dytes=%d time=%d icmp_seq = %dn",inet_ntoa(from->sin_addr)printf("Reply from %s: dyte

8、s=%d time<1ms icmp_seq = %dn",inet_ntoa(from->sin_addr)icmpcount+结束五、程序的结构与分析 运行结果截图如下：结果分析：1、Request timed out（请求超时）(1) 对方已关机，或者网络上根本没有这个地址：比如在上图中Ping 14.150.213.222(2)对方与自己不在同一网段内，通过路由也无法找到对方，但有时对方确实是存在的，当然不存在也是返回超时的信息。(3)对方确实存在，但设置了ICMP数据包过滤(比如防火墙设置)。2、Destination host Unreachable（目标不可

9、达）(1)错误设置IP地址六、课程设计心得体会本次课程设计较好地实现了要求做到的功能，但同时也遇到不少的困难和挑战。通过这次设计，不但加深了对Socket的原始套接字编程的理解，经过实现Ping程序，熟悉了IP、ICMP等，掌握TCP/IP网络协议的基本实现方法。也熟悉了Window网络编程的技术。能熟悉地使用套接字进行网络通信。熟悉了数据通信的网络技术，同时学会了跟同学合作交流完成项目的讨论方法和解决问题的能力。学会如果通过讨论、交流、找资料来独立解决所遇到的问题和不懂。更多地锻炼了独立解决问题的能力。在编写过程中，一些基本的常见的函数不会应用，这使我们小组都发现自己知识的匮乏，在以后的学习

10、过程中得要好好的努力，多阅读一些复杂的程序，了解一个基本的函数，算法和精良的编程思想，更要多动手写一些有一定难度的程序，我们不应该害怕写程序出错，应该大胆地写出自己的想法，出现错误去解决错误就能找出自己知识的漏洞和模糊点。我们还可以通过阅读别人错误的程序，试着帮别人查找错误，这样证书技能头脑中的规则还能发现一些初学者一番的错误，使自己少走弯路。附录一：参考文献【1】 计算机网络 谢希仁编著 电子工业出版社【2】C程序设计 谭浩强编著 北京清华大学出版社附录二：程序源代码及部分注释#include "stdafx.h"#pragma comment(lib,"ws2

11、_32.lib")#include <winsock2.h>/创建套接字头文件#include <ws2tcpip.h>#include <stdio.h>/标准输入输出函数#include <stdlib.h>/实用程序库函数#include <string.h>#include <windows.h>typedef struct iphdr unsigned int h_len:4; / 头长度unsigned int version:4; / IP版本 unsigned char service; / 服务

12、类型 unsigned short total_len; / 包的总长度 unsigned short ident; / 包标示身份 unsigned short frag_and_flags; / 标志 unsigned char ttl; / 包生命周期 unsigned char proto; / 协议类型 unsigned short checksum; / IP 校验 unsigned int sourceIP; /源IP unsigned int destIP; /目标IP IpHeader;#define ICMP_ECHO 8 /ICMP报文类型，回显请求 #define IC

13、MP_ECHOREPLY 0 /ICMP报文类型，回显响应应答#define ICMP_MIN 8 /最小的ICMP数据报大小 typedef struct icmphdr BYTE i_type; /ICMP报文类型 BYTE i_code; /该类型中的代码号 USHORT i_cksum; /校验和 USHORT i_id; /惟一的标识符 USHORT i_seq; /序列号 ULONG timestamp; /时间戳 IcmpHeader;#define DEF_PACKET_SIZE 32 /默认数据报大小#define MAX_PACKET 1024 / 最大的ICMP数据报大小

14、 #define MAX_IP_HDR_SIZE 60 / 最大IP头长度 /初始化全局变量 int datasize=DEF_PACKET_SIZE;char *icmp_data=NULL;char *recvbuf=NULL;SOCKET m_hSocket= INVALID_SOCKET;char *lpdest=NULL;/填充ICMP数据报字段函数void FillICMPData(char *icmp_data, int datasize) IcmpHeader *icmp_hdr = NULL; char *datapart = NULL; icmp_hdr = (IcmpHe

15、ader*)icmp_data; icmp_hdr->i_type = ICMP_ECHO; icmp_hdr->i_code = 0; icmp_hdr->i_id = (USHORT)GetCurrentProcessId();/GetCurrentProcessId()获取当前进程的标示符(PID) icmp_hdr->i_cksum = 0; icmp_hdr->i_seq = 0; datapart = icmp_data + sizeof(IcmpHeader);/校验和函数USHORT checksum(USHORT *buffer, int siz

16、e) unsigned long cksum=0; while (size > 1) cksum += *buffer+; size -= sizeof(USHORT); if (size) cksum += *(UCHAR*)buffer; cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff); cksum += (cksum >>16); return (USHORT)(cksum);/解读ICMP报首部函数void DecodeICMPHeader(char *buf, int bytes, SOCKADDR_IN *fr

17、om) IpHeader *iphdr = NULL; IcmpHeader *icmphdr = NULL; unsigned short iphdrlen; DWORD tick; static int icmpcount = 0; iphdr = (IpHeader *)buf;/从buf中获取IP数据包头指针 iphdrlen = iphdr->h_len * 4; tick = GetTickCount(); if (bytes < iphdrlen + ICMP_MIN) printf("Too few bytes from %s rn",inet_

18、ntoa(from->sin_addr); icmphdr = (IcmpHeader*)(buf + iphdrlen);/定位ICMP包头起始位置 if (icmphdr->i_type != ICMP_ECHOREPLY) printf("nonecho type %d received rn", icmphdr->i_type); if (icmphdr->i_id != (USHORT)GetCurrentProcessId() printf("其他程序的回应报文! t错误代码 %dn", WSAGetLastError

19、(); int tick0;tick0=tick - icmphdr->timestamp;if(tick0<1)printf("Reply from%s: bytes=%d time<1ms icmp_seq =%dn",inet_ntoa(from->sin_addr), bytes, icmphdr->i_seq );else printf("Reply from %s: bytes=%d time=%dms icmp_seq =%dn",inet_ntoa(from->sin_addr), bytes,tick

20、0, icmphdr->i_seq); /释放资源函数void Cleanup() if (m_hSocket != INVALID_SOCKET) closesocket(m_hSocket); HeapFree(GetProcessHeap(), 0, recvbuf); HeapFree(GetProcessHeap(), 0, icmp_data); WSACleanup();/主函数void main()WSADATA wsaData;char a100;printf("ping ");gets(a);lpdest=a;SOCKADDR_IN m_addrD

21、est;/结构体SOCKADDR_IN m_addrFrom;int timeout=1000;USHORT seq_no=0;if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)printf("Sorry, you cannot load socket dll!");m_hSocket = WSASocket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP, NULL, 0,WSA_FLAG_OVERLAPPED);/创建原始套接字，该套接字用于ICMP协议 if (m_hSocket = INVALID_

22、SOCKET) /如果套接字创建不成功 printf("socket 创建失败!"); int bread = setsockopt(m_hSocket, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char*)&timeout, sizeof(timeout);/设置接收的超时值 if(bread = SOCKET_ERROR) printf("设置socket接收超时选项错误!"); timeout = 1000; bread = setsockopt(m_hSocket, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, (char

23、*)&timeout, sizeof(timeout);/设置发送的超时值 if (bread = SOCKET_ERROR) printf("设置socket发送超时选项错误!"); memset(&m_addrDest, 0, sizeof(m_addrDest);/ 用0初始化目的地地址 m_addrDest.sin_family = AF_INET;/设置地址族，这里表示使用IP地址族 if (m_addrDest.sin_addr.s_addr = inet_addr(lpdest) = INADDR_NONE)/地址转化 struct hoste

24、nt *hp = NULL; if (hp = gethostbyname(lpdest) != NULL) /名字解析，根据主机名获取IP地址 memcpy(&(m_addrDest.sin_addr), hp->h_addr, hp->h_length);/将获取到的IP值赋给目的地地址中的相应字段m_addrDest.sin_family = hp->h_addrtype; /将获取到的地址族值赋给目的地地址中的相应字段 else printf("不能找到名为 %s 的主机t错误代码 %dn",lpdest, WSAGetLastError(

25、);/获取不成功exit(0); printf("Pinging %s with 64 bytes of data: nn", inet_ntoa(m_addrDest.sin_addr); /inet_ntoa()将网络地址转换成“.”点隔的字符串格式 datasize += sizeof(IcmpHeader); /数据报文大小需要包含ICMP报头/根据默认堆句柄，从堆中分配MAX_PACKET内存块，新分配内存的内容将被初始化为0 icmp_data=(char*)HeapAlloc(GetProcessHeap(),HEAP_ZERO_MEMORY,MAX_PACK

26、ET); recvbuf =(char*) HeapAlloc(GetProcessHeap(), HEAP_ZERO_MEMORY,MAX_PACKET); if (!icmp_data) /如果分配内存不成功 printf("堆分配错误!"); memset(icmp_data,0,MAX_PACKET);/将已开辟内存空间 icmp_data 的首 MAX_PACKET 个字节的值设为值 0。 FillICMPData(icmp_data,datasize);/创建ICMP报文， / 开始发送或接受ICMP包int n

27、Count=0; while(1) int bwrote; if(strstr(a,"-t")=NULL&&nCount+=4) /判断a字符数组中是否包含-t参数并且已发ICMP包4次 break;/超过指定的记录条数则退出 (IcmpHeader*)icmp_data)->i_cksum = 0;/计算校验和前要把校验和字段设置为0 (IcmpHeader*)icmp_data)->timestamp = GetTickCount();/获取操作系统启动到现在所经过的毫秒数，设置时间戳 (IcmpHeader*)icmp_data)->i_seq = seq_no+;/设置序列号 (IcmpHeader*)icmp_data)->i_cksum = checksum(USHORT*)icmp_data, datasize);/计算校