计算机网络课程设计IP数据包捕获及分析.docx
《计算机网络课程设计IP数据包捕获及分析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计算机网络课程设计IP数据包捕获及分析.docx(19页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
计算机网络课程设计IP数据包捕获及分析
CENTRALSOUTHUNIVERSITY
计算机网络课程设计报告
HYPERLINK\l_Toc22371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。
HYPERLINK\l_Toc22371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。
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
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;
3.1.4IP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.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。
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:
/*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.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:
#defineSIO_RCVALL_WSAIOW(IOC_VENDOR,1)
DWORDdwBufferLen[10];
DWORDdwBufferInLen=1;
DWORDdwBytesReturned=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:
#defineBUFFER_SIZE65535
charbuffer[BUFFER_SIZE];//设置缓冲区
while(true)
{
recv(sock,buffer,BUFFER_SIZE,0);//接收数据包
/*然后是解析接收的IP包*/
}
第4章实验结果
4.1程序截图
第5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6章附录
6.1源代码
#include
#include
#include
#include
#pragmacomment(lib,"Ws2_32.lib")
#defineBUFFER_SIZE65535
#defineIO_RCVALL_WSAIOW(IOC_VENDOR,1)
typedefstruct_IP_HEADER//定义IP头
{
union
{
BYTEVersion;//版本(前4位)
BYTEHdrLen;//报头标长(后4位),IP头长度
};
BYTEServiceType;//服务类型
WORDTotalLen;//数据报总长
WORDID;//标识
union
{
WORDFlags;//标识(前3位)
WORDFragOff;//分段偏移(后13位)
};
BYTETimeToLive;//生存周期
BYTEProtocol;//协议
WORDHdrChksum;//头校验和
DWORDSrcAddr;//源地址
DWORDDstAddr;//目地地址
BYTEOptions;//选项
}IP_HEADER;
char*parseServiceType_getProcedence(BYTEb)
{
switch(b>>5)//获取服务类型字段中优先级子域
{
case7:
return"NetworkControl";//网络控制
break;
case6:
return"InternetworkControl";//网络控制
break;
case5:
return"CRITIC/ECP";
break;
case4:
return"FlashOverride";//最优先信号
break;
case3:
return"Flsah";
break;
case2:
return"Immediate";
break;
case1:
return"Priority";//协议
break;
case0:
return"Routine";//路由
break;
default:
return"Unknow";
break;
}
}
char*parseServiceType_getTOS(BYTEb)
{
b=(b>>1)&0x0f;//获取服务类型字段中的TOS子域
switch(b)
{
case0:
return"Normalservice";//正常运行
break;
case1:
return"Minimizemonetarycost";//成本
break;
case2:
return"Maximizereliability";//可靠性
break;
case4:
return"Maximizethroughput";//吞吐量
break;
case8:
return"Minimizedelay";//延迟
break;
case15:
return"Maximizesecurity";//安全性
break;
default:
return"Unknow";
}
}
char*getProtocol(BYTEProtocol)//获取协议字段共8位
{
switch(Protocol)//以下为协议号说明:
{
case1:
return"ICMP";//Internet控制报文协议
case2:
return"IGMP";//Internet组管理协议
case4:
return"IPinIP";//移动IP数据封装和隧道
case6:
return"TCP";//传输控制协议
case8:
return"EGP";//外部网关协议
case17:
return"UDP";//用户数据报文协议
case41:
return"IPv6";
case46:
return"RSVP";//资源预留协议
case89:
return"OSPF";//OpenShortestPathFirst开发式最短路径优先
default:
return"UNKNOW";
}
}
voidipparse(FILE*file,char*buffer)
{
IP_HEADERip=*(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,"_______________________________________________\r\n");
fprintf(file,"版本号:
IPV%d\r\n",ip.Version>>4);
fprintf(file,"报头标长:
%d(BYTE)\r\n",((ip.HdrLen&0x0f)*4));
fprintf(file,"服务器类型:
%s,%s\r\n",parseServiceType_getProcedence(ip.ServiceType),
parseServiceType_getTOS(ip.ServiceType));
fprintf(file,"总长度:
%d(BYTE)\r\n",ip.TotalLen);
fprintf(file,"标识:
%d\r\n",ip.ID);
fprintf(file,"标志位DF:
%d,MF=%d\r\n",((ip.Flags>>14)&0x01),((ip.Flags>>13)&0x01));
fprintf(file,"分段偏移值:
%d\r\n",(ip.FragOff&0x1fff));
fprintf(file,"生存期:
%d(hops)\r\n",ip.TimeToLive);
fprintf(file,"协议:
%s\r\n",getProtocol(ip.Protocol));
fprintf(file,"头校验和:
0x%0x\r\n",ip.HdrChksum);
fprintf(file,"源IP地址:
%s\r\n",inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.SrcAddr));
fprintf(file,"目的IP地址:
%s\r\n",inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.DstAddr));
fprintf(file,"________________________________________________\r\n");
}
intmain()
{
FILE*file;
if((file=fopen("logfile.txt","wb+"))==NULL)
{
printf("failtoopenfile%s");
return-1;
}
WORDrv;
WSADATAWSAData;//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);
SOCKETsock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP);//创建套接字,sock为套接字描述符
BOOLflag=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
charhostName[128];
gethostname(hostName,100);//获取主机名
hostent*pHostIP;//获取本地IP地址
pHostIP=gethostbyname(hostName);
sockaddr_inaddr_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));
DWORDdwBufferLen[10];//设置网卡为混杂模式
DWORDdwBufferInLen=1;
DWORDdwBytesReturned=0;
WSAIoctl(sock,IO_RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof(dwBufferInLen),
&dwBufferLen,sizeof(dwBufferLen),&dwBytesReturned,NULL,NULL);
charbuffer[BUFFER_SIZE];//设置缓冲区
chari,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')
{
intsize=recv(sock