计算机网络课程设计_IP数据包的捕获与分析_解析ip数据包课程设计
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计算机网络课程设计报告
目录
第一章 课程设计的目的与要求..........................错误！未定义书签。1.1 课程设计的目的...................................错误！未定义书签。1.2 课程设计的要求....................................................1 第二章 课程设计的内容.................................................3 2.1 课程设计的内容....................................................3 2.2 内容的要求........................................................3 第三章 程序分析与设计.................................................4 3.1 IP数据包..........................................................4 3.1.1 IP数据包的格式说明..........................................4 3.1.2 IP数据包的格式..............................................4 3.1.3 IP数据包的C++定义...........................................5 3.1.4 IP数据包的解析..............................................6 3.2 套接字............................................................7 3.1.4 套接字的使用.................................................7 3.1.4 使用原始套接字...............................................7 3.3 接受数据包........................................................7 第四章 实验结果.......................................................10 4.1 程序截图.........................................................10 第五章 总结..........................................................11 5.1 实验心得.........................................................11 第六章 附录..........................................................12 6.1 源代码...........................................................12
第一章 课程设计的目的与要求
1.1 课程设计的目的计算机网络课程设计的目的，是为了让学生更深入地掌握计算机网络的核心内容，实现理论与实践相结合。让学生用具体的实践成果，体现对理论知识的掌握程度。有利于学生提高计算机网络的实践能力，加深对计算机网络理论知识的理解。
1.2 课程设计的要求
（1）编写程序，实现系统的基本功能，鼓励自行增加新功能；
（2）要有用户界面：要求至少采用文本菜单界面；鼓励采用图形菜单界面；（3）写课程设计报告，内容包括： 封面（参见附录I）
需求分析：以无歧义的陈述说明程序设计的任务，强调的是程序要做什么？给出功能模块图和流程图。同时明确规定：输入的形式和输出值的范围；输出的形式；程序所能够达到的功能；测试数据，包括正确的输入及其输出结果和含有错误的输入及其输出结果。
概要设计：包括程序设计组成框图，程序中使用的存储结构设计说明（如果指定存储结构请写出该存储结构的定义）。
详细设计：包括模块功能说明（如函数功能、入口及出口参数说明，函数调用关系描述等），每个模块的算法设计说明（可以是描述算法的流程图）。其中源程序要按照写程序的规则来编写，结构清晰，重点函数的重点变量，重点功能部分要加上清晰的程序注释。
运行结果：包括典型的界面、输入和输出数据等；
总结：包括课程设计中遇到的问题，解决问题的过程及体会、收获、对课程设计的认识与思考等。
附录：包括主要程序清单，要有适当的注释，使程序容易阅读。
（4）课程设计报告书写规范参见附录II，不按照规范书写的，成绩不能评为“优”或“良”。
（5）无论在校外、校内，都要严格遵守学校和所在单位的学习和劳动纪律、1 规章制度，学生有事离校必须请假。课程设计期间，无故缺席按旷课处理；缺席 时间达四分之一以上者，其成绩按不及格处理。
第二章 课程设计的内容
2.1 课程设计的内容
本次实验的要求在网络环境,使用VC++编写程序实现捕获网络中的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。
2.2 内容的要求
（1）以命令行形式运行（应如程序名+参数名）：ipparse logfile，其中ipparse是程序名，而logfile为该程序所带参数，其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IP地址等内容。（3）当程序接收到键盘输入Ctrl＋C时退出。
第三章 程序设计与分析
3.1 IP数据包
3.1.1 IP数据包的格式说明
IP数据包格式包含了标头固定部分，标头可变部分和数据区三部分。IP数据报标头部分固定为20个字节，其中包含了12个参数域，各参数域隐含着网间协议的传输机制。IP具体的标头格式如图1所示。
各参数域的具体含义如下：
1)版本号：长度4位，表示所使用的IP协议的版本。IPv4版本号字段值为4；IPV6版本号字段号的值为6.2)标头长：长度4位，定义了一个以4B为一个单位的IP包的报头长度 3)服务类型：共8位，高3位组成优先级子域，随后4位组成服务类型子域。4)数据报总长度：总长度为2B（即6位）。定义了以字节为单位的数据报的总长度。5)重装标识：长度16位，用于识别IP数据报的编号，让目的主机判断新来的数据属于哪个分组。
6)分片标识：共3位，最高位为0；DF禁止分片标识。DF=0，可以分片；DF=1，不能分片。MF:分片标识。MF=0，表示接的是最后一个分片；MF=1，不是最后一个分片。
7)片偏移值：共13位，说明分片在整个数据报中的相对位置。
8)生存周期：8位，用来设置数据数据报在整个网络传输过程中的寿命。常以一个数据报可以经过的最多的路由器跳步数来控制。9)协议类型：共8位，表示该IP数据报的高层协议类型。10)标头校验和：共16位，用于存放检查报头错误的校验码。
11)源、宿主机地址：共32位，分别表示发送和接受数据报的源主机和宿主机的IP地址。
选项数据域：0-40B，用于控制和测试
3.1.2 IP数据包的格式4位版本4位首部长度8位服务类型(TOS)3位标志8位协议32位源IP地址32位目的IP地址16位总长度(字节为单位)13位片偏移16位首部检验和16位标识8位生存时间(TTL)
3.1.3 IP数据包的C++定义 typedef struct _IP { union {
BYTE Version;// 版本
BYTE HdrLen;//IHT };BYTE ServiceType;// 服务类型 WORD TotalLen;// 总长
WORD ID;// 标识
union {
WORD Flags;// 标志
WORD FragOff;// 分段偏移
};BYTE TimeToLive;// 生命期
BYTE Protocol;// 协议
WORD HdrChksum;// 头校验和
DWORD SrcAddr;// 源地址
DWORD DstAddr;// 目的地址 BYTE Options;// 选项
} IP;
3.1.4 IP数据包的解析
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;/*解析标志字段*/ 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IP地址字段*/ inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.DstAddr);3.2 套接字
3.2.1 套接字的使用
本程序使用套接字socket编程，将网卡设为能够接受流经网卡的所有类型的数据包。首先，初始化套接字，然后监听数据包，解析数据包。
SOCKET sock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP)用来创建套接字，其参数为通信发生的区字段和套接字的类型。
WSAIoctl(sock,IO_RCVALL ,&dwBufferInLen , sizeof(dwBufferInLen)函数用来把网卡设置为混杂模式。
recv(sock,buffer,65535,0)函数用来接收经过的IP包，其参数分别是套接字描述符，缓冲区的地址，缓冲区的大小。
3.2.1 使用原始套接字
要进行IP层数据包的接收和发送，应使用原始套接字。创建原始套接字的代码如下：
SOCKET sock;sock=WSASoccket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP,NULL,0, WSA_FLAG_OVERLAPPED);在WSASoccket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，在AF_INET地址族下，有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW三种套接字类型。在这里，设置为SOCK_RAW，表示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，用于指定套接字所有的特定协议，这里使用IP协议。第四个参数为WSAPROTOCOL_INFO位，该位可以置空。第五个参数保留，永远置0。第六个参数是标志位，WSA_FLAG_OVERLAPPED表明可以使用发送接收超时设置。
创建原始套接字后，IP头就会包含在接收的数据中。然后，可以设置IP头操作选项，调用setsockopt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。
BOOL flag=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*/ char hostName[128];gethostname(hostName,100);/*获取本地IP地址*/ hostent * pHostIP;pHostIP = gethostbyname(hostName);/*填充SOCKADDR_IN结构的内容*/ sockaddr_in addr_in;addr_in.sin_addr = *(in_addr *)pHostIP->h_addr_list[0];addr_in.sin_family = AF_INET;addr_in.sin_port = htons(6000);/*绑定socket*/ bind(sock,(PSOCKADDR)&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，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；协议族应填为AF_INET。使用htons()函数可以将无符号短整型的主机数据转换为网络字节顺序的数据。最后使用bind(0函数将socket绑定到本机网卡上。绑定网卡后，需要用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：
#define SIO_RCVALL_WSAIOW(IOC_VENDOR,1)DWORD dwBufferLen[10];DWORD dwBufferInLen = 1;DWORD dwBytesReturned = 0;WSAIoct1(SnifferSocket, IO_RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof(dwBufferInLen),&dwBufferLen,sizeof(dwBufferLen),&dwBytesReturned,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。
3.3 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65535B，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()函数实现接收功能的代码如下：
#define BUFFER_SIZE 65535 char buffer[BUFFER_SIZE];//while(true){ recv(sock,buffer,BUFFER_SIZE,0);// /*然后是解析接收的IP包*/ }
设置缓冲区 接收数据包
第四章 实验结果
4.1 程序截图
第五章 总结
通过这次课程设计，我们了解到关于计算机网络数据传送及处理过程中，软件起到了巨大的作用。熟悉了C++语言在计算机网络方面的应用，是一次难得的机会。此外，我还了解了网络通信协议的基本工作原理及套接字的使用，虽然刚开始的时候比较模糊,但是通过与同学共同探讨和网上查阅资料，最终我成功完成了实验。这次课程设计培养了我们基本掌握网络编程的基本思路和方法，让我们懂得如何去学习这类东西。同时提高我们对所学计算机网络理论知识的理解能力，提高和挖掘我们对所学知识的实际应用能力和创新能力。同学们的合作是实验成功的必要条件，而谨慎对待事物的态度是成功的关键。
第六章 附录
6.1 源代码
#include #include #include #include #pragma comment(lib,“Ws2_32.lib”)#define BUFFER_SIZE 65535 #define IO_RCVALL _WSAIOW(IOC_VENDOR,1)typedef struct _IP_HEADER
//定义IP头 { union {
BYTE Version;
//版本（前4位）
BYTE HdrLen;
//报头标长（后4位），IP头长度
};BYTE ServiceType;
//服务类型
WORD TotalLen;
//数据报总长
WORD ID;
//标识
union {
WORD Flags;
//标识（前3位）
WORD FragOff;
//分段偏移（后13位）
};BYTE TimeToLive;
//生存周期
BYTE Protocol;
//协议
WORD HdrChksum;
//头校验和
DWORD SrcAddr;
//源地址
DWORD DstAddr;
//目地地址
BYTE Options;
//选项 }IP_HEADER;
char * parseServiceType_getProcedence(BYTE b){ switch(b>>5)
//获取服务类型字段中优先级子域
{ case 7:
return “Network Control”;
//网络控制
break;case 6:
return “Internet work Control”;
//网络控制
break;case 5:
return “CRITIC/ECP”;
break;case 4:
return “Flash Override”;
//最优先信号
break;case 3:
return “Flsah”;
break;case 2:
return “Immediate”;
break;case 1:
return “Priority”;
//协议
break;case 0:
return “Routine”;
//路由
break;default:
return “Unknow”;
break;} } char * parseServiceType_getTOS(BYTE b){ b=(b>>1)&0x0f;
//获取服务类型字段中的TOS子域
switch(b)
{
case 0:
return “Normal service”;
//正常运行
break;case 1:
return “Minimize monetary cost”;
//成本
break;case 2:
return “Maximize reliability”;
//可靠性
break;case 4:
return “Maximize throughput”;
//吞吐量
break;case 8:
return “Minimize delay”;
//延迟
break;case 15:
return “Maximize security”;
//安全性
break;default:
return “Unknow”;
} } char * getProtocol(BYTE Protocol)
//获取协议字段共8位 { switch(Protocol)
//以下为协议号说明：
{
case 1:
return “ICMP”;
//Internet控制报文协议
case 2:
return “IGMP”;
//Internet组管理协议
case 4:
return “IP in IP”;
//移动IP数据封装和隧道
case 6:
return “TCP”;
//传输控制协议
case 8:
return “EGP”;
//外部网关协议
case 17:
return “UDP”;
//用户数据报文协议
case 41:
return “IPv6”;case 46:
return “RSVP”;
//资源预留协议
case 89:
return “OSPF”;
//Open Shortest Path First 开发式最短路径优先
default:
return “UNKNOW”;} } void ipparse(FILE* file,char* buffer){ IP_HEADER ip=*(IP_HEADER*)buffer;
//通过指针把缓冲区的内容强制转化为IP_HEADER数据结构
fseek(file,0,SEEK_END);
fprintf(file,“_______________________________________________rn”);fprintf(file,“版本号：IPV%drn”,ip.Version>>4);fprintf(file,“报头标长：%d(BYTE)rn”,((ip.HdrLen & 0x0f)*4));fprintf(file,“服务器类型 ： %s,%srn”,parseServiceType_getProcedence(ip.ServiceType),parseServiceType_getTOS(ip.ServiceType));fprintf(file,“总长度 ： %d(BYTE)rn”,ip.TotalLen);fprintf(file,“标识 ： %drn”,ip.ID);fprintf(file,“标志位 DF：%d , MF=%drn”,((ip.Flags>>14)&0x01),((ip.Flags>>13)&0x01));fprintf(file,“分段偏移值 ： %drn”,(ip.FragOff&0x1fff));
fprintf(file,“生存期 ： %d(hops)rn”,ip.TimeToLive);fprintf(file,“协议 ： %srn”,getProtocol(ip.Protocol));fprintf(file,“头校验和 ： 0x%0xrn”,ip.HdrChksum);fprintf(file,“源IP地址 ： %srn”,inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.SrcAddr));fprintf(file,“目的IP地址 ： %srn”,inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.DstAddr));fprintf(file,“________________________________________________rn”);}
int main(){
FILE * file;if((file=fopen(“logfile.txt”,“wb+”))==NULL){
printf(“fail to open file %s”);
return-1;
}
WORD rv;WSADATA WSAData;
//定义了能够储存WSAStarup调用返回值的结构
rv=MAKEWORD(2,2);
//Winsock2版本
WSAStartup(rv,&WSAData);
SOCKET sock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP);//创建套接字，sock为套接字描述符
BOOL flag=true;setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(CHAR*)&flag,sizeof(flag));//任意类型、任意状态套接口的设置选项值
char hostName[128];gethostname(hostName,100);
//获取主机名
hostent * pHostIP;
//获取本地IP地址
pHostIP = gethostbyname(hostName);
sockaddr_in addr_in;addr_in.sin_addr=*(in_addr *)pHostIP->h_addr_list[0];addr_in.sin_family = AF_INET;addr_in.sin_port = htons(6000);//将无符号短整型主机数据转换为网络字节顺序数据
bind(sock,(PSOCKADDR)&addr_in,sizeof(addr_in));
DWORD dwBufferLen[10];
//设置网卡为混杂模式
DWORD dwBufferInLen=1;DWORD dwBytesReturned=0;WSAIoctl(sock, IO_RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof(dwBufferInLen), &dwBufferLen,sizeof(dwBufferLen),&dwBytesReturned,NULL,NULL);
char buffer[BUFFER_SIZE];
//设置缓冲区
char i,a;
printf(“
*************************************n”);
printf(“
*
IP数据包捕获程序
*n”);
printf(“
*
捕获并解析本机的数据包输入Y
*n”);
printf(“
*
放弃执行输入N
*n”);
printf(“
*
退出程序按 Ctrl+c
*n”);
printf(“
*************************************n”);cin>>i;system(“cls”);while(true&&i=='Y'||i=='y'){
int size=recv(sock,buffer,BUFFER_SIZE,0);
//接收数据包
if(size>0)
{
printf(“nnIP数据包捕获解析程序n”);
ipparse(stdout,buffer);
ipparse(file,buffer);
printf(“是否要继续捕获并解析本机的IP数据包？ Y/N n”);
fflush(stdin);
cin>>i;
continue;
}
else
fclose(file);
return 0;}
closesocket(sock);}
计算机网络课程的结束已经过去将近1年，当时的学习也仅限于上课和考试。这次计算机网络课程设计给予了我一次难得的锻炼机会。刚拿到题目的时候，感觉还无从下手。后来通过上网查询各种资料和查阅书籍，我们慢慢摸索探讨出了整个组网的设计过程。该组网只是一个简单的酒店网络模拟，它离实际还是有相当的距离，需要进行不断地补充和完善。通过本次课程设计我们学到了不少新的东西，也发现了大量的问题，有些在设计过程中已经解决，有些还有待今后慢慢学习只要学习就会有更多的问题，有更多的难点，但也会有更多的收获。本次课程设计用到的packet tracer软件是我们第一次接触，但通过自学和网络的帮助，我们慢慢掌握了packet tracer软件的使用方法。从一开始的无处着手到通过自己的努力，我基本上完成了这次的任务，但是由于知识的欠缺及时间的限制，我们的成果仅限于现在完成的部分，还有很大的改善空间。总的来说，本次课程设计让我获益匪浅，希望以后还有这样锻炼自己的机会。
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