网络实验指导----ICMP协议的分析与实现

1、实验：ICMP协议的分析与实现实验目的 分析ICMP报文，理解ICMP协议在Internet网中的具体应用及其实现原理，深入了解TCP/IP网络的容错控制；学会运用网络套接字Winsock开发网络通信程序。实验内容 使用Visual Studio C+ 6.0和网络接口套接字Socket进行Windows环境下的网络编程，运用原始嵌套字RAW_SOCKET从IP层开始构造整个ICMP报文，通过ICMP协议所提供的回送请求(echo request)和回送应答(echo reply)这两种报文实现检测目的站的可达性与状态。1IP报头、ICMP报文的基本描述 IP协议并不能保证绝对的可靠,所以就设

2、计了ICMP协议,进行差错报告. ICMP 消息使用IP头作为基本控制.IP头的格式如下：0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |Version| IHL |Type of Service| Total Length | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Id

3、entification |Flags| Fragment Offset | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Time to Live | Protocol | Header Checksum | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Source Address | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-

4、+ | Destination Address | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ Version=4 IHL Internet头长 Type of Service = 0 Total Length IP包的总长度 Identification, Flags, Fragment Offset 用于IP包分段 Time to Live IP包的存活时长 Protocol ICMP = 1 Header Checksum 头校验和（检查整个IP报头） Addresses 发送Echo消息的源地址是发

5、送Echo reply消息的目的地址,相反,发送Echo 消息的目的地址是发送Echo reply消息的源地址.Echo 或 Echo Reply 消息格式如下: 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Type | Code | Checksum | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

6、-+-+-+-+-+-+ | Identifier | Sequence Number | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Data | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+Type echo消息的类型为8 echo reply 的消息类型为0.Code=0Checksum为从TYPE开始到IP包结束的校验和，也就是校验整个ICMP报文Identifier 如果 code = 0, identifi

7、er用来匹配echo和echo reply消息Sequence Number 如果 code = 0, identifier用来匹配echo和echo reply消息功能描述:收到echo 消息必须回应 echo reply 消息. identifier 和 sequence number 可能被发送echo的主机用来匹配返回的echo reply消息.例如: identifier 可能用于类似于TCP或UDP的 port用来标示一个会话, 而sequence number 会在每次发送echo请求后递增. 收到echo的主机或路由器返回同一个值与之匹配2 数据结构（1）IP报头格式/定义IP

8、首部 typedef struct _iphdrunsigned char h_lenver; /4 位IP版本号+4位首部长度unsigned char tos; /8位服务类型TOSunsigned short total_len; /16位IP包总长度（字节）unsigned short ident; /1 6位标识, 用于辅助IP包的拆装,本实验不用,置零unsigned short frag_and_flags; /3位标志位+13位偏移位, 也是用于IP包的拆装,本实验不用,置零unsigned char ttl; /8位IP包生存时间 TTLunsigned char proto

9、; /8位协议 (TCP, UDP 或其他), 本实验置ICMP,置为1unsigned short checksum; /16位IP首部校验和,最初置零,等所有包头都填写正确后,计算并替换.unsigned int sourceIP; /32位源IP地址unsigned int destIP; /32位目的IP地址IP_HEADER;（2）ICMP报头格式/定义ICMP首部typedef struct _icmphdrunsigned char i_type; /8位类型, 本实验用 8: ECHO 0:ECHO REPLYunsigned char i_code; /8位代码, 本实验置零

10、unsigned short i_cksum; /16位校验和, 从TYPE开始,直到最后一位用户数据,如果为字节数为奇数则补充一位unsigned short i_id ; /识别号（一般用进程号作为识别号）, 用于匹配ECHO和ECHO REPLY包unsigned short i_seq ; /报文序列号, 用于标记ECHO报文顺序unsigned int timestamp; /时间戳ICMP_HEADER;3 总体设计ICMP协议中的发送、接收ICMP回送请求报文，回送应答报文流程图。数据包太短？不是回送响？应？ID不符合？输出数据报中的IP地址填充ICMP数据报发送数据报接受数据报

11、去掉IP报头，获取ICMP信息结束yyNNN开 始4VC中网络套接字Winsock编程基础在VC中进行WINSOCK的API编程开发的时候，需要在项目中使用下面三个文件，否则会出现编译错误。1WINSOCK.H: 这是WINSOCK API的头文件，需要包含在项目中。2WSOCK32.LIB: WINSOCK API连接库文件。在使用中，一定要把它作为项目的非缺省的连接库包含到项目文件中去。3WINSOCK.DLL: WINSOCK的动态连接库，位于WINDOWS的安装目录下。几个基本的套接字：1、 创建套接字socket() 功能：使用前创建一个新的套接字格式：SOCKET PASCAL F

12、AR socket(int af,int type,int procotol);参数：af: 通信发生的区域type: 要建立的套接字类型procotol: 使用的特定协议2、指定本地地址bind()功能：将套接字地址与所创建的套接字号联系起来。格式：int PASCAL FAR bind(SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen);参数：s: 是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符（套接字号）。其它：没有错误，bind()返回0，否则SOCKET_ERROR地址结构说明：struct sockaddr_ins

13、hort sin_family;/AF_INETu_short sin_port;/16位端口号，网络字节顺序struct in_addr sin_addr;/32位IP地址，网络字节顺序char sin_zero8;/保留3 建立套接字连接connect()和accept()功能：共同完成连接工作格式：int PASCAL FAR connect(SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen);SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s,struct sockaddr FAR * name,int FAR

14、* addrlen);参数：同上4、监听连接listen()功能：用于面向连接服务器，表明它愿意接收连接。格式：int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog);5、数据传输send()与recv()功能：数据的发送与接收格式：int PASCAL FAR send(SOCKET s,const char FAR * buf,int len,int flags);int PASCAL FAR recv(SOCKET s,const char FAR * buf,int len,int flags);参数：buf:指向存有传输数据的缓冲区的指针。 6、多路

15、复用select()功能：用来检测一个或多个套接字状态。格式：int PASCAL FAR select(int nfds,fd_set FAR * readfds,fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds,const struct timeval FAR * timeout);参数：readfds:指向要做读检测的指针writefds:指向要做写检测的指针exceptfds:指向要检测是否出错的指针timeout:最大等待时间7、关闭套接字closesocket()功能：关闭套接字s格式：BOOL PASCAL FAR closesocket

16、(SOCKET s);5 部分程序代码/初始化SOCKETWSADATA wsaData;iErrorCode = WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData);CheckSockError(iErrorCode, "WSAStartup");sockRaw = socket(AF_INET , SOCK_RAW , IPPROTO_ICMP); /原始套接字CheckSockError(sockRaw, "socket");/设置超时时间timeout = time;iErrorCode = setsockopt(soc

17、kRaw,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,(char*)&timeout,sizeof(timeout);/设置接受延时CheckSockError(iErrorCode, "SO_RCVTIMEO");timeout = time;iErrorCode = setsockopt(sockRaw,SOL_SOCKET,SO_SNDTIMEO,(char*)&timeout,sizeof(timeout);/设置发送延时CheckSockError(iErrorCode, "SO_SNDTIMEO");/获得目标主机IPmem

18、set(&dest,0,sizeof(dest);/初始化dest结构dest.sin_family = AF_INET; /填充SOCKADDR_IN结构内容if(dest.sin_addr.s_addr = inet_addr(lpdest) = INADDR_NONE)if(hp = gethostbyname(lpdest) != NULL) /目的主机名字不为空memcpy(&(dest.sin_addr),hp->h_addr_list0,hp->h_length);dest.sin_family = hp->h_addrtype;printf(&

19、quot;dest.sin_addr = %sn",inet_ntoa(dest.sin_addr);elseCheckSockError(SOCKET_ERROR, "gethostbyname()");/创建ICMP数据包datasize += sizeof(ICMP_HEADER); /包长icmp_data = (char *)malloc(1024); /创建icmp数据报内存空间recvbuf = (char *)malloc(1024); /接收icmp包缓冲区if(!icmp_data) | (!recvbuf)CheckSockError(SOC

20、KET_ERROR, "malloc()");memset(icmp_data,0,MAX_PACKET); /初始化icmp_dataFillICMPData(icmp_data,datasize); /填充icmp包printf("Pinging %s with %d bytes of data(timeout = %d ms):nn",inet_ntoa(dest.sin_addr),datasize,timeout );/发送与接收ICMP数据包while(1)memset(recvbuf,0,MAX_PACKET); /初始化接受缓冲区stat

21、ic int nCount = 0; /设置发送icmp包的次数，一般为4if(nCount+ =4) break;(ICMP_HEADER*)icmp_data)->i_cksum = 0; /初设校验和为0(ICMP_HEADER*)icmp_data)->timestamp = GetTickCount(); /获得目前时间(ICMP_HEADER*)icmp_data)->i_seq = seq_no+; /icmp数据报的序列号(ICMP_HEADER*)icmp_data)->i_cksum = checksum(USHORT*)icmp_data,data

22、size);/计算校验和iErrorCode = sendto(sockRaw,icmp_data,datasize,0,(struct sockaddr*)&dest,sizeof(dest);/发送icmp数据报if(iErrorCode = SOCKET_ERROR) /错误检查if(WSAGetLastError() = WSAETIMEDOUT)printf("timed outn");continue;CheckSockError(SOCKET_ERROR, "sendto()");if(iErrorCode < datasiz

23、e)printf("Wrote %d bytesn",iErrorCode);int fromlen = sizeof(from);/接受icmp包长度iErrorCode = recvfrom(sockRaw,recvbuf,MAX_PACKET,0,(struct sockaddr*)&from,&fromlen);/接受icmp包if(iErrorCode = SOCKET_ERROR)if(WSAGetLastError() = WSAETIMEDOUT)printf("timed outn");continue;CheckSoc

24、kError(SOCKET_ERROR, "recvfrom()");DecodeICMPHeader(recvbuf,iErrorCode,&from); /分解icmp包头Sleep(1000); /休眠一段时间/SOCK错误处理程序void CheckSockError(int iErrorCode, char *pErrorMsg)if(iErrorCode=SOCKET_ERROR)printf("%s Error:%dn", pErrorMsg, GetLastError();closesocket(sockRaw);ExitProc

25、ess(0);/填充数据void FillICMPData(char *icmp_data, int datasize)ICMP_HEADER *icmp_hdr = NULL;char *datapart = NULL;icmp_hdr = (ICMP_HEADER*)icmp_data;icmp_hdr->i_type = ICMP_ECHO; /发送ping/ Request an ICMP echoicmp_hdr->i_code = 0; /代码字段为0icmp_hdr->i_id = (USHORT)GetCurrentProcessId(); /获得当前进程号i

26、cmp_hdr->i_cksum = 0;icmp_hdr->i_seq = 0; /初始化序列号datapart = icmp_data + sizeof(ICMP_HEADER); /加上icmp包头/ Place some junk in the buffer/memset(datapart,'E', datasize - sizeof(ICMP_HEADER); /填充datapart/计算检验和USHORT checksum(USHORT *buffer, int size) unsigned long cksum=0;while (size > 1

27、) cksum += *buffer+;size -= sizeof(USHORT);if (size) cksum += *(UCHAR*)buffer;cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff);cksum += (cksum >>16);return (USHORT)(cksum);/ICMP解包程序void DecodeICMPHeader(char *buf, int bytes, struct sockaddr_in *from)IP_HEADER *iphdr = NULL;ICMP_HEADER *icmphdr = NULL;unsigned short iphdrlen;DWORD tick;iphdr = (IP_HEADER *)buf;/ Number of 32-bit wor