计算机网络实验报告资料.docx
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计算机网络实验报告资料
课程设计
课程名称
题目名称
学生学院
专业班级
学号
学生姓名
指导教师
2015年12月28日
一、课程设计目的与意义
二、课程设计的要求
三、设计说明
3.1、设计思路
3.2、设计方案
3.3、运行环境
3.4、设计重点
四、详细设计
4.1、主程序流程图
4.2、校验和函数、释放资源函数流程图
4.3、ICMP报首部函数流程图
五、程序的结果与分析
六、课程设计心得体会
附录一：
参考文献
附录二：
程序源代码
一、课程设计的目的与意义
利用ICMP数据包、C语言实现Ping命令程序，能实现基本的Ping操作，发送ICMP回显请求报文，用于测试—个主机到只一个主机之间的连通情况。
通过本程序的训练，熟悉ICMP报文结构，对ICMP有更深的理解，掌握Ping程序的设计方法，掌握网络编程的方法和技巧，从而编写出功能更强大的程序。
二、课程设计的要求
1.已知参数：
目的节点IP地址或主机名
2.设计要求：
通过原始套接字编程，实现Ping的基本功能
2.1初始化WindowsSockets网络环境；
2.2解析命令行参数，构造目的端socket地址；
2.3定义IP、ICMP报文；
2.4接收ICMP差错报文并进行解析。
三、设计说明
1．设计思路
由于Ping程序是面向用户的应用程序，该程序使用ICMP的封装机制，通过IP协议来工作。
为了实现直接对IP和ICMP包进行操作，实验中使用RAW模式的socket编程。
首先定义IP数据报首部，在IP数据报的基础上定义ICMP数据报首部，并初始化一些全局变量。
接着自定义填充ICMP数据报字段函数FillICMPData（）、校验和函数checksum（）、解读ICMP报首部函数DecodeICMPHeader（）、释放资源函Cleanup（）。
最后主函数通过调用这些函数来实现Ping命令功能。
2.设计方案
IP头与ICMP头的设置分别参照RFC791及RFC792的标准，包含所有必要信息。
主程序设置main（）函数，主函数用库函数实现套接字编程用于数据包发送及接收，其中，数据包发送调用sendto（），数据包接收调用recvfrom（），由于发送数据包时可能会遇到阻塞或者目标主机不通，造成超时，因此需要在发送数据包后调用一个函数判断是否超时，此处调用库函数setsockopt（）来实现超时判断；其次，校验和函数采用移位方法进行计算。
3.系统运行环境：
VC++6.0，Window7操作系统平台
4.设计中的重点
首先遇到的问题就是套接字文件的问题。
套接字所需要的文件有头文件Winsocket2.h、库文件WS2_32.LIB、动态库W32_32.DLL。
创建套接字的时候参数的以及在创建套接字之前必须首先使用WSAStartup函数、在使用完套接字之后要释放内存资源，关闭套接字这些问题都是以前未接触过的。
所以在写程序的时候需要查阅大量的资料，弄懂这些问题。
其次，在套接字问题解决之后，遇到的难题，也是比较重要的问题就是如何实现ICMP报文的发送和接受，以及怎样判断发送、接收超时或者找不到目的主机。
最后在程序调试的时候总是出现这样或那样的错误，比如头文件错误、动态库无法导入、编辑器环境不匹配等。
四、详细设计
1、本程序主要是通过main（）函数调用自定义函数以及其本身的一些功能，例如：
打开socket动态库、设置接收和发送超时值、域名地址解析、分配内存、创建及初始化ICMP报文、发送ICMP请求报文、接收ICMP应答报文以及解读应答报文和输出Ping结果。
程序流程图如下：
否
是
是
否
否
2、校验和函数、释放资源函数流程图如下：
是
否是否
是
否
3、ICMP报首部函数流程图如下：
五、程序的结构与分析
运行结果截图如下：
结果分析：
1、Requesttimedout（请求超时）
（1）对方已关机，或者网络上根本没有这个地址：
比如在上图中Ping14.150.213.222
（2）对方与自己不在同一网段内，通过路由也无法找到对方，但有时对方确实是存在的，当然不存在也是返回超时的信息。
（3）对方确实存在，但设置了ICMP数据包过滤（比如防火墙设置）。
2、DestinationhostUnreachable（目标不可达）
（1）错误设置IP地址
六、课程设计心得体会
本次课程设计较好地实现了要求做到的功能，但同时也遇到不少的困难和挑战。
通过这次设计，不但加深了对Socket的原始套接字编程的理解，经过实现Ping程序，熟悉了IP、ICMP等，掌握TCP/IP网络协议的基本实现方法。
也熟悉了Window网络编程的技术。
能熟悉地使用套接字进行网络通信。
熟悉了数据通信的网络技术，同时学会了跟同学合作交流完成项目的讨论方法和解决问题的能力。
学会如果通过讨论、交流、找资料来独立解决所遇到的问题和不懂。
更多地锻炼了独立解决问题的能力。
在编写过程中，一些基本的常见的函数不会应用，这使我们小组都发现自己知识的匮乏，在以后的学习过程中得要好好的努力，多阅读一些复杂的程序，了解一个基本的函数，算法和精良的编程思想，更要多动手写一些有一定难度的程序，我们不应该害怕写程序出错，应该大胆地写出自己的想法，出现错误去解决错误就能找出自己知识的漏洞和模糊点。
我们还可以通过阅读别人错误的程序，试着帮别人查找错误，这样证书技能头脑中的规则还能发现一些初学者一番的错误，使自己少走弯路。
附录一：
参考文献
【1】计算机网络谢希仁编著电子工业出版社
【2】C程序设计谭浩强编著北京清华大学出版社
附录二：
程序源代码及部分注释
#include"stdafx.h"
#pragmacomment（lib,"ws2_32.lib"）
#include//创建套接字头文件
#include
#include//标准输入输出函数
#include//实用程序库函数
#include
#include
typedefstructiphdr
{
unsignedinth_len:
4;//头长度
unsignedintversion:
4;//IP版本
unsignedcharservice;//服务类型
unsignedshorttotal_len;//包的总长度
unsignedshortident;//包标示身份
unsignedshortfrag_and_flags;//标志
unsignedcharttl;//包生命周期
unsignedcharproto;//协议类型
unsignedshortchecksum;//IP校验
unsignedintsourceIP;//源IP
unsignedintdestIP;//目标IP
}IpHeader;
#defineICMP_ECHO8//ICMP报文类型，回显请求
#defineICMP_ECHOREPLY0//ICMP报文类型，回显响应应答
#defineICMP_MIN8//最小的ICMP数据报大小
typedefstructicmphdr
{
BYTEi_type;//ICMP报文类型
BYTEi_code;//该类型中的代码号
USHORTi_cksum;//校验和
USHORTi_id;//惟一的标识符
USHORTi_seq;//序列号
ULONGtimestamp;//时间戳
}IcmpHeader;
#defineDEF_PACKET_SIZE32//默认数据报大小
#defineMAX_PACKET1024//最大的ICMP数据报大小
#defineMAX_IP_HDR_SIZE60//最大IP头长度
//初始化全局变量
intdatasize=DEF_PACKET_SIZE;
char*icmp_data=NULL;
char*recvbuf=NULL;
SOCKETm_hSocket=INVALID_SOCKET;
char*lpdest=NULL;
//填充ICMP数据报字段函数
voidFillICMPData（char*icmp_data,intdatasize）
{
IcmpHeader*icmp_hdr=NULL;
char*datapart=NULL;
icmp_hdr=（IcmpHeader*）icmp_data;
icmp_hdr->i_type=ICMP_ECHO;
icmp_hdr->i_code=0;
icmp_hdr->i_id=（USHORT）GetCurrentProcessId（）;//GetCurrentProcessId（）获取当前进程的标示符（PID）
icmp_hdr->i_cksum=0;
icmp_hdr->i_seq=0;
datapart=icmp_data+sizeof（IcmpHeader）;
}
//校验和函数
USHORTchecksum（USHORT*buffer,intsize）
{
unsignedlongcksum=0;
while（size>1）
{
cksum+=*buffer++;
size-=sizeof（USHORT）;
}
if（size）
{
cksum+=*（UCHAR*）buffer;
}
cksum=（cksum>>16）+（cksum&0xffff）;
cksum+=（cksum>>16）;
return（USHORT）（~cksum）;
}
//解读ICMP报首部函数
voidDecodeICMPHeader（char*buf,intbytes,SOCKADDR_IN*from）
{
IpHeader*iphdr=NULL;
IcmpHeader*icmphdr=NULL;
unsignedshortiphdrlen;
DWORDtick;
staticinticmpcount=0;
iphdr=（IpHeader*）buf;//从buf中获取IP数据包头指针
iphdrlen=iphdr->h_len*4;
tick=GetTickCount（）;
if（bytes{
printf（"Toofewbytesfrom%s\r\n",inet_ntoa（from->sin_addr））;
}
icmphdr=（IcmpHeader*）（buf+iphdrlen）;//定位ICMP包头起始位置
if（icmphdr->i_type!
=ICMP_ECHOREPLY）
{
printf（"nonechotype%dreceived\r\n",icmphdr->i_type）;
}
if（icmphdr->i_id!
=（USHORT）GetCurrentProcessId（））
{
printf（"其他程序的回应报文!
\t错误代码%d\n",WSAGetLastError（））;
}
inttick0;
tick0=tick-icmphdr->timestamp;
if（tick0<1）
printf（"Replyfrom%s:
bytes=%dtime<1msicmp_seq=%d\n",inet_ntoa（from->sin_addr）,bytes,icmphdr->i_seq）;
else
printf（"Replyfrom%s:
bytes=%dtime=%dmsicmp_seq=%d\n",inet_ntoa（from->sin_addr）,bytes,tick0,icmphdr->i_seq）;
}
//释放资源函数
voidCleanup（）
{
if（m_hSocket!
=INVALID_SOCKET）
closesocket（m_hSocket）;
HeapFree（GetProcessHeap（）,0,recvbuf）;
HeapFree（GetProcessHeap（）,0,icmp_data）;
WSACleanup（）;
}
//主函数
voidmain（）
{
WSADATAwsaData;
chara[100];
printf（"ping"）;
gets（a）;
lpdest=a;
SOCKADDR_INm_addrDest;//结构体
SOCKADDR_INm_addrFrom;
inttimeout=1000;
USHORTseq_no=0;
if（WSAStartup（MAKEWORD（2,2）,&wsaData）!
=0）
{
printf（"Sorry,youcannotloadsocketdll!
"）;
}
m_hSocket=WSASocket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED）;//创建原始套接字，该套接字用于ICMP协议
if（m_hSocket==INVALID_SOCKET）//如果套接字创建不成功
{
printf（"socket创建失败!
"）;
}
intbread=setsockopt（m_hSocket,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,（char*）&timeout,sizeof（timeout））;//设置接收的超时值
if（bread==SOCKET_ERROR）
{
printf（"设置socket接收超时选项错误!
"）;
}
timeout=1000;
bread=setsockopt（m_hSocket,SOL_SOCKET,SO_SNDTIMEO,（char*）&timeout,sizeof（timeout））;//设置发送的超时值
if（bread==SOCKET_ERROR）
{
printf（"设置socket发送超时选项错误!
"）;
}
memset（&m_addrDest,0,sizeof（m_addrDest））;//用0初始化目的地地址
m_addrDest.sin_family=AF_INET;//设置地址族，这里表示使用IP地址族
if（（m_addrDest.sin_addr.s_addr=inet_addr（lpdest））==INADDR_NONE）//地址转化
{
structhostent*hp=NULL;
if（（hp=gethostbyname（lpdest））!
=NULL）//名字解析，根据主机名获取IP地址
{
memcpy（&（m_addrDest.sin_addr）,hp->h_addr,hp->h_length）;//将获取到的IP值赋给目的地地址中的相应字段
m_addrDest.sin_family=hp->h_addrtype;//将获取到的地址族值赋给目的地地址中的相应字段
}
else
{
printf（"不能找到名为%s的主机\t错误代码%d\n",lpdest,WSAGetLastError（））;//获取不成功
exit（0）;
}
}
printf（"Pinging%swith64bytesofdata:
\n\n",inet_ntoa（m_addrDest.sin_addr））;//inet_ntoa（）将网络地址转换成“.”点隔的字符串格式
datasize+=sizeof（IcmpHeader）;//数据报文大小需要包含ICMP报头
//根据默认堆句柄，从堆中分配MAX_PACKET内存块，新分配内存的内容将被初始化为0
icmp_data=（char*）HeapAlloc（GetProcessHeap（）,HEAP_ZERO_MEMORY,MAX_PACKET）;
recvbuf=（char*）HeapAlloc（GetProcessHeap（）,HEAP_ZERO_MEMORY,MAX_PACKET）;
if（!
icmp_data）//如果分配内存不成功
{
printf（"堆分配错误!
"）;
}
memset（icmp_data,0,MAX_PACKET）;//将已开辟内存空间 icmp_data 的首 MAX_PACKET 个字节的值设为值 0。
FillICMPData（icmp_data,datasize）;//创建ICMP报文，
//开始发送或接受ICMP包
intnCount=0;
while
（1）
{
intbwrote;
if（strstr（a,"-t"）==NULL&&nCount++==4）//判断a字符数组中是否包含-t参数并且已发ICMP包4次
break;//超过指定的记录条数则退出
（（IcmpHeader*）icmp_data）->i_cksum=0;//计算校验和前要把校验和字段设置为0
（（IcmpHeader*）icmp_data）->timestamp=GetTickCount（）;//获取操作系统启动到现在所经过的毫秒数，设置时间戳
（（IcmpHeader*）icmp_data）->i_seq=seq_no++;//设置序列号
（（IcmpHeader*）icmp_data）->i_cksum=checksum（（USHORT*）icmp_data,datasize）;//计算校验和
bwrote=sendto（m_hSocket,icmp_data,datasize,0,（structsockaddr*）&m_addrDest,sizeof（m_addrDest））;//开始发送ICMP请求
if（bwrote==SOCKET_ERROR）//如果发送不成功
{
if（WSAGetLastError（）==WSAETIMEDOUT）//如果是由于超时不成功
{
printf（"Requresttimedout!
\r\n"）;
continue;
}
printf（"目标不可达!
\t错误代码%d\n",WSAGetLastError（））;//其他发送不成功原因
continue;
}
if（bwrote{
printf（"Wrote%dbytes\r\n",bwrote）;
}
intfromlen=sizeof（m_addrFrom）;//开始接收ICMP应答
bread=recvfrom（m_hSocket,recvbuf,MAX_PACKET,0,（structsockaddr*）&m_addrFrom,&fromlen）;//recvfrom（）用来接收远程主机经指定的socket传来的数据,并把数据传到由参数recvbuf指向的内存空间
if（bread==SOCKET_ERROR）//如果接收不成功
{
if（WSAGetLastError（）==WSAETIMEDOUT）//如果是由于超时不成功
{
printf（"Requresttimedout!
\r\n"）;
continue;
}
printf（"接收数据函数调用错误!
\t错误代码%d\n",WSAGetLastError（））;//其他接收不成功原因
exit（0）;
}
DecodeICMPHeader（recvbuf,bread,&m_addrFrom）;//解读接收到的ICMP数据报
Sleep（800）;
}
Cleanup（）;
}
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