计算机网络课程设计-IP数据包的捕获与分析

CENTRALSOUTHUNIVERSITY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.................................................32.1课程设计的内容....................................................32.2内容的要求........................................................3第三章程序分析与设计.................................................43.1IP数据包..........................................................43.1.1IP数据包的格式说明..........................................43.1.2IP数据包的格式..............................................43.1.3IP数据包的C++定义...........................................53.1.4IP数据包的解析..............................................63.2套接字............................................................73.1.4套接字的使用.................................................73.1.4使用原始套接字...............................................73.3接受数据包........................................................7第四章实验结果.......................................................104.1程序截图.........................................................10第五章总结..........................................................115.1实验心得.........................................................11第六章附录..........................................................126.1源代码...........................................................121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、12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。3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）：ipparselogfile，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。4第三章程序设计与分析3.1IP数据包3.1.1IP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3.1.2IP数据包的格式54位版本4位首部长度8位服务类型(TOS)16位总长度(字节为单位)16位标识3位标志13位片偏移8位生存时间(TTL)8位协议16位首部检验和32位源IP地址32位目的IP地址3.1.3IP数据包的C++定义typedefstruct_IP{union{BYTEVersion;//版本BYTEHdrLen;//IHT};BYTEServiceType;//服务类型WORDTotalLen;//总长WORDID;//标识union{WORDFlags;//标志WORDFragOff;//分段偏移};BYTETimeToLive;//生命期BYTEProtocol;//协议WORDHdrChksum;//头校验和DWORDSrcAddr;//源地址DWORDDstAddr;//目的地址BYTEOptions;//选项}IP;63.1.4IP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.Version4;/*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.ServiceType5;/*获取服务类型字段中的TOS子域*/(ip.ServiceType1)&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.Flags14)&0x01;MF=(ip.Flags13)&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);73.2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。SOCKETsock=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：SOCKETsock;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。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：8/*获取主机名*/charhostName[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_inaddr_in;addr_in.