计算机网络课程设计报告-解析IP数据包

计算机网络课程设计报告解析IP数据包问题描述设计一个解析IP数据包的程序，并根据这个程序，说明IP数据包的结构及IP协议的相关问题，从而对IP层的工作原理有更好的理解和认识。本设计的目标是捕获网络中的IP数据包，解析数据包的内容，将结果显示在标准输出上，并同时写入日志文件。（1）以命令行形式运行：ipparselogfile,其中ipparse是程序名，而logfile则代表记录结果的日志文件。（2）在标准输出和日志文件中写入捕获的IP包的版本、头长度、服务类型、数据包总长度、数据包标识、分段标志、分段偏移值、生存时间、上层协议类型、头校验和、源IP地址和目的地址等内容。（3）当程序收到键盘输入Ctrl+C时退出。概要设计（1）本程序主要由三部分构成：初始化原始套接字，反复监听捕获数据包和解析数据包。（2）为了获取网络中的IP数据包，必须对网卡进行编程，在这里使用套接字（socket）编程。但是，要注意的是：通常情况下，网络通信的套接字程序只能响应与自己硬件地址相匹配的数据包或是以广播形式发出的数据包。对于其他形式的数据包，如已到达网络接口，但却不是发送到此地址的数据包，网络接口在投递地址并非自身地址之后将不引起响应，也就是说应用程序无法收取与自己无关的数据包。我们要想获取网络设备的所有数据包，就是需要将网卡设置为混杂模式。（3）流程图如下：详细设计本程序主要由三部分构成：初始化原始套接字，反复监听捕获数据包和解析数据包。下面就结合核心代码对程序的具体实现进行讲解，同时使程序流程更加清晰，去掉了错误检查等保护性代码。使用原始套接字套接字分为三种，即流套接字（StreamSocket）、数据报套接字（DatagramSocket）和原始套接字（RawSocket）。要进行IP数据包的接受与发送，应使用原始套接字。创建原始套接字的代码如下：SOCKETsock;Sock=WSASoccet(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERRLAPPED);在WSASoccet函数中，第一个参数指定通信发生的区字段，AF_INET是针对Internet的，允许在远程主机之间通信。第二个参数是套接字的类型，AF_INET地址族下，有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW三种套接字类型。在这里，我们设置为SOCK_RAW，表示我们声明的是一个原始套接字类型。第三个参数依赖于第二个参数，用于指定套接字所用的特定协议这里使用IP协议。第四个参数为WSAPROTOCOL_INFO位，该位可以置空，永远置0。第六个参数是标志位，WSA_FLAG_OVERRLAPPED表明可以使用发送接收超时设置，本课程设计也可以把这个标志位设置为NULL，因为本设计不用考虑超时情况。创建原始套接字后，IP头就会包含在接收的数据中。然后，我们可以设置IP头操作选项，调用sotscockpot函数。其中flag设置为TRUE,并设定IP_HDRINCL选项，表明用户可以亲自对IP头进行处理。BOOLflag=true;setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(char*)&flag,sizeof(flag));之后，使用如下代码完成对socket的初始化工作//获取主机名charhostname[128];gethostname(hostname,100);//获取IP地址hostent*pHostIP;pHostIP=gethostbyname(hostname);//填充SOCKADDR_IN的结构内容sockaddr_inaddr_in;addr_in.sin_addr=*(in_addr*)pHostIP->h_addr_list[0];addr_in.sin_family=AF_TNET;addr-in.sin_port=htons(6000);//绑定socketbind(sock,(POSCKADDR)&addr_in,sizeof(addr_in));填写sockaddr_in的内容时，其地址值应填写为本机IP地址可以通过gethostbyname()函数获取；端口号可以随便填写，但不能与系统冲突；协议族应填写为AF_INET。注意，sockaddr_in结构的值必须是以网络字节顺序表示的值，而不能直接使用本机字节顺序的值，使用htoms()函数可以将无符号短整型的主机数据转换为网络字节的顺序的数据。最后使用bind（）函数将socket绑定到本地网卡上。绑定网卡后，需要WSAIoctl()函数把网卡设置为混杂模式，使网卡能够接收所有网络数据，其关键代码如下：#defineSIO_RCVALL_WSAIOW(IOC_VENDOR,1)DWORDdwBufferLen[10];DWORDdwBufferInLen=1;DWORDdwBytesReturned=0;WSAIoctl(SnifferSocket,IO-RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof(dwBufferInLen),&dwBufferLen,Sizeof(dwBufferLen),&dwByteReturned,NULL,NULL);如果接收的数据包中的协议类型和定义的原始套接字匹配，那么接收到的数据就拷贝到套接字中。因此，网卡就可以接收所有经过的IP包。接收数据包在程序中可使用RECV()函数接收经过的IP包。该函数有四个参数，第一个参数接收操作所用的套接字描述符；第二个参数接收到缓冲区的地址；第二个参数接收缓冲区的地址；第三个参数接收缓冲区的大小，也就是所要接收的字节数；第四个参数是一个附加标志，如果对所发送的数据没特殊要求，直接设为0。因为IP数据包的最大长度是65536B，因此缓冲区的大小不能小于65535B。设置缓冲区后，可利用循环来反复监听接收IP包，用recv()函数接收功能的代码如下：#dedineBUFFER_SIZE65535Charbuffer[BUFFER_SIZE];//设置缓冲区While(true){recv(sock,buffer,BUFFER_SIZE,0);//j接收数据包……3.定义IP头部的数据结构typedefstruct_IP_HEADER//定义IP头{union{BYTEVersion;//版本前4位BYTEHdrLen;//报头标长（后四位），IP头长度}；BYTEServiceType;//服务类型WORDTotalLen;//总长度WORDID;//标识union{WORDFlags;//标志WordFragOff;//分段偏移};BYTETimeToLive;//生命期BYTEProtiocol;//协议WORDHdrChksum;//头校验和DWORDSrcAddr;//源地址DWORDDstAddr://目的地址BYTEOptions;//选项}IP_HEADER;这是我们只考虑IP头部结构，不考虑数据部分。在捕获IP数据包后，可以通过指针把缓冲区的内容强制转化为IP_HEADER数据结构。IP_HEADERip=*(IP_HEADER*)buffer;4.IP包的解析解析IP包的字段有两种策略。针对长度为8位、16位和32位的字段（或子字段）时，可以利用IP_HEADER的成员指教获取。要解析长度不是9位倍数的字段（或子字段）时，可以利用C语言中的位移以及与、或操作完成。下面给出了通过IP_HEADER解析IP头各个字段的代码。//获取版本字段ip.Version>>4; //获取头部长度字段ip.HdrLen&0x0f;//获取服务类型字段中的优先级子域ip.ServiceType>>5;//获取服务类型字段中的TOS子域(IP.sERVICEtYPE>>1)&0X0F;//获取总长度字段ip.TotalLEN;//获取标识字段ip.ID;//解析标识字段DF=(ip.Flags>>14)&0x01;MF=(ip.Flags>>13)&0X01;//获取分段偏移字段ip.FragOff&0x1fff;//获取生存时间字段ip.TimeToLive;//获取协议字段ip.Protocol;//获取头校验和字段ip.HdrChksum;//解析源IP地址字段inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.SrcAddr;//解析目的的IP地址字段inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.DstAddr);调试分析（1）在学校的机房里还会捕获到目的IP地址第四位为255的数据包，这是属于子网广播号。（2）不是所有的数据包都能捕获，如：IP数据包以外的数据包都抓不到，只支持ICMP、TCP、UDP、IGMP等协议。（3）最初并不知道怎么使用套接字，通过解析IP数据包课程设计，基本掌握了用套接字编程来实现获取并解析IP数据包的方法。心得体会组内成员分工：尚文杰：编写程序黄秀风：调试程序并参与完善程序曹秋爽：总结程序设计报告实习间的体会：通过本次课程设计，我充分运用了所学的计算机网络知识并查阅了大量的案例，学到了很多知识，对计算机网络有了更深入的了解，从一开始对套接字没有任何认识，现在已能对套接字进行简单的分析，以及IP数据包的结构及IP协议的相关问题，对IP层的工作原理也有了更好的学习，受益匪浅。在用VisualC＋＋编程的这一步中，实在花了我的不少时间，这个我认为是在我这个设计中最难的一步，虽然在网上能找到相关程序，但所找到的那些程序都基本上有一两处错误，而对于我这个只有一点VisualC＋＋基础的来说无疑是一个天大的麻烦。但是，经过这两周的努力，还是能改正了这些错误，终于把这个程