计算机网络课程设计IP数据包捕获及分析.docx
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计算机网络课程设计IP数据包捕获及分析
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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
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