计算机网络课程设计.docx
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计算机网络课程设计
计算机网络课程设计
实验报告
实验一数据包的捕获与分析
1.1实验目的
数据包捕获技术是网络管理系统的关键技术。
本实验通过Wireshark软件的安装使用，监控局域网的状态，捕获在局域网中传输的数据包，并结合在计算机网络课程中学习到的理论知识，对常用网络协议的数据包做出分析，加深网络课程知识的理解和掌握。
1.2实验内容
Wireshark是一种开源的网络数据包的捕获和分析软件，本实验通过Wireshark软件的安装使用，监控局域网的状态，捕获在局域网中传输的数据包，并结合在计算机网络课程中学习到的理论知识，对常用网络协议的数据包做出分析，加深网络课程知识的理解和掌握。
具体内容及要求如下：
●Wireshark软件的安装；
●Wireshark软件的启动，并设置网卡的状态为混杂状态，使得Wireshark可以监控局域网的状态；
●启动数据包的捕获，跟踪PC之间的报文，并存入文件以备重新查；
●设置过滤器过滤网络报文以检测特定数据流；
●对常用协议的数据包的报文格式进行分析，利用协议分析软件的统计工具显示网络报文的各种统计信息。
1.3实验环境
Wirshark1.1.1
1.4实验抓包情况
EthernetⅡ数据链路层：
设置过滤方式是捕获后过滤，过滤条件为udp
Destination:
IPv4mcast_00:
00:
fc（01:
00:
5e:
00:
00:
fc）目的：
厂名_序号（网卡地址）
Source:
4c:
80:
93:
25:
d0:
1e（4c:
80:
93:
25:
d0:
1e） 源：
厂名_序号（网卡地址）
Type:
IP（0x0800） 帧内封装的上层协议类型为IP（十六进制码0800）
以下为网络层IP包头信息
Version:
4 互联网协议IPv4
Headerlength:
20bytes IP包头部长度
DifferentiatedServicesField:
0x00（DSCP0x00:
Default;ECN:
0x00）差分服务字段
TotalLength:
52 IP包的总长度
Identification:
0x6992（27062） 标志字段
Flags:
0x00 标记字段（在路由传输时，是否允许将此IP包分段）
Fragmentoffset:
0 分段偏移量（将一个IP包分段后传输时，本段的标识）
Timetolive:
1 生存期TTL
Protocol:
TCP（0x11） 此包内封装的上层协议为TCP
Headerchecksum:
0x64ba[correct] 头部数据的校验和
Source:
10.27.0.86（10.27.0.86） 源IP地址
Destination:
224.0.0.252（224.0.0.252） 目的IP地址
以下为传输层UDP包头
Sourceport:
65167（65167）源端口名称
Destinationport:
llmnr（5355）目的端口名称
Length:
32头部长度
Checksum:
0xd065[validationdisabled]UDP数据段的校验和
以下是网络层的icmp包头
Type:
8（Echo（ping）request）类型为8（ping）,响应请求信号
Code:
0（）代码
Checksum:
0x4d3e[correct]校验和
Identifier:
0x0001标识code=0,identifier用来匹配echo和echoreply消息
Sequencenumber:
29（0x001d）顺序号
以下为传输层TCP数据段头部信息
Sourceport:
http（80）源端口名称（端口号）
Destinationport:
52449（52449） 目的端口名
Sequencenumber:
1 （relativesequencenumber） 序列号（相对序列号）
Headerlength:
20bytes 头部长度
Flags:
0x14（RST,ACK） TCP标记字段（本字段是RST,ACK，置位表示复位TCP连接，置位表
示确认号字段有效）
Windowsize:
0 流量控制的窗口大小
Checksum:
0xd47e[validationdisabled] TCP数据段的校验和
以下为数据链路层IEEE802.3报文格式
注意：
IEEE802.3是有线以太网的协议，所以要想得到IEEE802.3的报文就必须要叉网线。
DSTADDR
SRCADDR
LEN
DSAP
SSAP
CONTROL
INFO
6字节
6字节
2字节
1字节
1字节
1/2字节
信息
最大长度1518字节
Destination:
Spanning-tree-（for-bridges）_00（01:
80:
c2:
00:
00:
00）目的：
厂名_序号（网卡地址）
Source:
Hangzhou_07:
f2:
e0（00:
0f:
e2:
07:
f2:
e0） 源：
厂名_序号（网卡地址）
Length:
132长度
1.4总结
Wireshark是一款基于winpcap的抓包软件，它的界面是友好的，功能是强大的，上手是容易的，掌握是困难的。
通过短暂的学习研究，我发现Wireshark之于我么学生的主要功能便是帮助我们更好地学习和理解协议。
正如你知道西瓜是甜的，但只有当你吃过了西瓜，你才能体会到西瓜特有的味道。
而Wirkshark就给我们提供了吃西瓜所需的西瓜刀。
Wireshark是一款网络嗅探器，它以明文的方式显示捕获的包信息，这对于分析协议格式和内容是非常有帮助的。
而且Wireshark的显示比较人性化。
过滤器方式可以是捕获前过滤也可以是捕获后过滤，可以根据自己的需要自行选择。
本次实验，让我深刻地去了解了网络各协议栈的协议，以及对应的包头格式及内容，尤其是对IP包头和ICMP包头的了解又更上一层楼了，这对于理解网络通信的原理特别有帮助，理解了各协议栈的任务以及基本原理。
实验二网络层实验—Ping程序的设计与实现
一、实验内容和要求
本实验为ICMP实验。
实验内容：
Ping命令实现的扩充，在给定的Ping程序的基础上做如下功能扩充：
●-h显示帮助信息
●-b允许ping一个广播地址，只用于IPv4
●-t设置ttl值，只用于IPv4
●-q安静模式。
不显示每个收到的包的分析结果，只在结束时，显示汇总结果
Ping命令的基本描述
Ping的操作是向某些IP地址发送一个ICMPEcho消息，接着该节点返回一个ICMPEchoreply消息。
ICMP消息使用IP头作为基本控制。
IP头的格式如下
0123
01234567890123456789012345678901
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version|IHL|TypeofService|TotalLength|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Identification|Flags|FragmentOffset|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|TimetoLive|Protocol|HeaderChecksum|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|SourceAddress|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|DestinationAddress|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Version=4
IHLInternet头长
TypeofService=0
TotalLengthIP包的总长度
Identification,Flags,FragmentOffset用于IP包分段
TimetoLiveIP包的存活时长
ProtocolICMP=1
Addresses发送Echo消息的源地址是发送Echoreply消息的目的地址,相反,发送Echo消息的目的地址是发送Echoreply消息的源地址。
Ping实际上是使用ICMP中的ECHO报文来实现的。
Echo或EchoReply消息格式如下:
0123
01234567890123456789012345678901
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Type|Code|Checksum|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Identifier|SequenceNumber|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Data...
+-+-+-+-+-
Type
echo消息的类型为8
echoreply的消息类型为0。
Code=0
Checksum为从TYPE开始到IP包结束的校验和
Identifier
如果code=0,identifier用来匹配echo和echoreply消息
SequenceNumber
如果code=0,identifier用来匹配echo和echoreply消息
功能描述:
收到echo消息必须回应echoreply消息。
identifier和sequencenumber可能被发送echo的主机用来匹配返回的
echoreply消息。
例如:
identifier可能用于类似于TCP或UDP的port
用来标示一个会话,而sequencenumber会在每次发送echo请求后递增。
收到echo的主机或路由器返回同一个值与之匹配
1、数据结构的描述
1）IP包格式
structip{
BYTEVer_ihl;//版本号与包头长度
BYTETOS;//服务类型
WORDLeng;//IP包长度
WORDId;//IP包标示,用于辅助IP包的拆装,本实验不用,置零
WORDFlg_offset;//偏移量,也是用于IP包的拆装,本实验不用,置零
BYTETTL;//IP包的存活时间
BYTEProtocol;//上一层协议,本实验置ICMP
WORDChecksum;//包头校验和,最初置零,等所有包头都填写正确后,计算并替换。
BYTESaddr[4];//源端IP地址
BYTEDaddr[4];//目的端IP地址
BYTEData[1];//IP包数据
};
2）ICMP包格式
structicmp{
BYTEType;//ICMP类型,本实验用8:
ECHO0:
ECHOREPLY
BYTECode;//本实验置零
WORDChecksum;//ICMP包校验和,从TYPE开始,直到最后一位用户数据,如果为
字节数为奇数则补充一位
WORDID;//用于匹配ECHO和ECHOREPLY包
WORDSeq;//用于标记ECHO报文顺序
BYTEData[1];//用户数据
};
二、实验环境
Windows平台+Linux平台
三、程序的需求分析与逻辑框图
需求分析
允许ping广播地址
打印要获取包的数量
显示使用帮组信息
设置时间间隔
设置安静模式，不显示每个收到的包的分析结果，只在结束时，显示汇总结果
设置数据的长度
设置ttl（生存时间）值
除了打印ECHO-RESPONSE数据包之外，还打印其它所有返回的ICMP数据包
逻辑框图
ping程序函数概貌
1）main函数
2）readloop函数
3）proc函数
4）send函数
四、程序核心功能的实现机制
程序分为两大部分：
一部分读取收到的所有消息，并输出ICMPEchoreplay消息，另一部分每隔一秒钟发送一个Echo消息。
另一部分由SIGALARM信号每秒驱动一次。
首先需要在main（）函数里面的循环getopt（）的参数里面增加参数，本次实验加的是b,c,h,i,q,s,t,v.然后不同的分支执行不同的操作。
在主函数的最后也就是readloop（）函数之后再加一个statistics（）数据统计函数，目的是在readloop（）中返回时直接执行这个函数。
五、程序源代码（核心部分）
黑体字部分是修改部分
intmain（intargc,char**argv）
{
externchar*optarg;
intc;
structaddrinfo*ai;
char*e;
opterr=0;/*don'twantgetopt（）writingtostderr*/
while（（c=getopt（argc,argv,"bc:
hi:
qs:
t:
v"））!
=-1）{
switch（c）{
case'b':
options|=F_BROADCAST;break;
case'c':
npackets=strtol（optarg,&e,10）;
if（npackets<=0||*optarg=='\0'||*e!
='\0'）
errx（1,"illegalnumberofpackets--%s",optarg）;
break;
case'h':
usage（）;
exit
（1）;
break;
case'i':
/*waitbetweensendingpackets*/
interval=strtol（optarg,&e,10）;
if（interval<=0||*optarg=='\0'||*e!
='\0'）
errx（1,"illegaltiminginterval--%s",optarg）;
options|=F_INTERVAL;
break;
case'q':
options|=F_QUIET;break;
case's':
/*sizeofpackettosend*/
datalen=strtol（optarg,&e,10）;
if（datalen<=0||*optarg=='\0'||*e!
='\0'）
errx（1,"illegaldatalenvalue--%s",optarg）;
if（datalen>MAXPACKET）
errx（1,"datalenvaluetoolarge,maximumis%d",MAXPACKET）;
break;
case't':
ttl=strtol（optarg,&e,10）;
if（datalen<=0||*optarg=='\0'||*e!
='\0'）
errx（1,"illegalttlvalue--%s",optarg）;
options|=F_TTL;
break;
case'v':
options|=F_VERBOSE;break;
//case'?
':
//err_quit（"unrecognizedoption:
%c",c）;
default:
usage（）;
}
}
if（optind!
=argc-1）usage（）;
host=argv[optind];
pid=getpid（）;
signal（SIGALRM,sig_alrm）;
ai=host_serv（host,NULL,0,0）;
if（options&F_BROADCAST）
printf（"WARNING:
pingingbroadcastaddress\n"）;
printf（"ping%s（%s）:
%ddatabytes\n",ai->ai_canonname,
Sock_ntop_host（ai->ai_addr,ai->ai_addrlen）,datalen）;
/*4initializeaccordingtoprotocol*/
if（ai->ai_family==AF_INET）{
pr=&proto_v4;
#ifdefIPV6
}elseif（ai->ai_family==AF_INET6）{
pr=&proto_v6;
if（IN6_IS_ADDR_V4MAPPED（&（（（structsockaddr_in6*）
ai->ai_addr）->sin6_addr）））
err_quit（"cannotpingIPv4-mappedIPv6address"）;
#endif
}else
err_quit（"unknownaddressfamily%d",ai->ai_family）;
（void）signal（SIGINT,onint）;
pr->sasend=ai->ai_addr;
pr->sarecv=calloc（1,ai->ai_addrlen）;
pr->salen=ai->ai_addrlen;
readloop（）;
statistics（）;
exit（0）;
}
//////////////////////////////////////////////////////////////
voidreadloop（void）
{
intsize;
charrecvbuf[BUFSIZE];
socklen_tlen;
ssize_tn;
structtimevaltval;
intyes=1;
sockfd=socket（pr->sasend->sa_family,SOCK_RAW,pr->icmpproto）;
setuid（getuid（））;/*don'tneedspecialpermissionsanymore*/
size=60*1024;/*OKifsetsockoptfails*/
setsockopt（sockfd,SOL_SOCKET,SO_RCVBUF,&size,sizeof（size））;
if（options&F_TTL）
setsockopt（sockfd,IPPROTO_IP,IP_TTL,&ttl,sizeof（ttl））;
if（options&F_BROADCAST）
setsockopt（sockfd,SOL_SOCKET,SO_BROADCAST,&yes,sizeof（yes））;
sig_alrm（SIGALRM）;/*sendfirstpacket*/
for（;;）{
len=pr->salen;
n=recvfrom（sockfd,recvbuf,sizeof（recvbuf）,0,pr->sarecv,&len）;
if（n<0）{
if（errno==EINTR）
continue;
else
err_sys（"recvfromerror"）;
}
gettimeofday（&tval,NULL）;
（*pr->fproc）（recvbuf,n,&tval）;
if（npackets&&nreceived>=npackets）
break;
}
}
/////////////////////////////////////////////////////////////
voidusage（）
{
err_quit（"Usage:
ping[-ccount][-iinterval]\n\
[-b][-q][-spacketsize]\n\
[-tttl][-v][-h]"）;
}
/////////////////////////////////////////////////////////////
voidstatistics（）
{printf（"\n---%spingstatistics---\n",host）;
printf（"%ldpacketstransmitted,%ldreceived,%%%dlost\n",nsend,nreceived,（nsend-nreceived）/nsend*100）;
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