计算机网络课程论文.docx
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计算机网络课程论文
青岛农业大学
理学与信息科学学院
计算机网络综合设计报告
论文题目IP数据报解析
学生专业班级**
学生姓名（学号）
指导教师王燕
完成时间2012年12月20日
实习（设计）地点信息楼机房
2012年12月20日
一、实习题目
编写计算机程序，从IP数据报中解析源地址和目的地址，判断其地址是否合法，如果合法将它们以点分十进制表示输出并给出其子网号及数据报中的协议名称。
二、原理概述
IP地址就是给每个连接在Internet上的主机分配的一个32bit地址。
按照TCP/IP协议规定，IP地址用二进制来表示，每个IP地址长32bit，比特换算成字节，就是4个字节。
例如一个采用二进制形式的IP地址是“00001010000000000000000000000001”，这么长的地址，人们处理起来也太费劲了。
为了方便人们的使用，IP地址经常被写成十进制的形式，中间使用符号“.”分开不同的字节。
于是，上面的IP地址可以表示为“10.0.0.1”。
将IP地址分成了网络号和主机号两部分，设计者就必须决定每部分包含多少位。
网络号的位数直接决定了可以分配的网络数（计算方法2^网络号位数）；主机号的位数则决定了网络中最大的主机数（计算方法2^主机号位数-2）。
IP地址的长度为32位，用点分十进制表示，格式为x.x.x.x，每个x表示8位，每个x的值为0~255。
根据不同的取值范围，IP地址可以分为五类，IP地址中的前五位用于标识IP地址的类别，具体的分类规则如下：
一个A类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，第一段号码为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的号码。
如果用二进制表示IP地址的话，A类IP地址就由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”。
A类IP地址中网络的标识长度为7位，主机标识的长度为24位，A类网络地址数量较少，可以用于主机数达1600多万台的大型网络。
A类IP地址地址范围1.0.0.1-126.255.255.254。
一个B类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前两段号码为网络号码，。
如果用二进制表示IP地址的话，B类IP地址就由2字节的网络地址和2字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”。
B类IP地址中网络的标识长度为14位，主机标识的长度为16位，B类网络地址适用于中等规模的网络，每个网络所能容纳的计算机数为6万多台。
B类IP地址地址范围128.1.0.1-191.254.255.254。
一个C类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前三段号码为网络号码，剩下的一段号码为本地计算机的号码。
如果用二进制表示IP地址的话，C类IP地址就由3字节的网络地址和1字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。
C类IP地址中网络的标识长度为21位，主机标识的长度为8位，C类网络地址数量较多，适用于小规模的局域网络，每个网络最多只能包含254台计算机。
C类IP地址范围192.0.1.1-223.255.254.254。
D类地址（前4位是1110）用于多播（一对多通信）。
E类地址（前4位是1111）保留为以后用。
五类IP地址的结构如下所示：
0
网络号（7位）
主机号（24位）
10
网络号（14位）
主机号（16位）
110
网络号（21位）
主机号（8位）
1110
组播地址（28）
11110
保留用于课程设计和将来使用
子网划分定义：
Internet组织机构定义了五种IP地址，有A、B、C三类地址。
A类网络有126个，每个A类网络可能有16777214台主机，它们处于同一广播域。
而在同一广播域中有这么多结点是不可能的，网络会因为广播通信而饱和，结果造成16777214个地址大部分没有分配出去。
可以把基于类的IP网络进一步分成更小的网络，每个子网由路由器界定并分配一个新的子网网络地址,子网地址是借用基于类的网络地址的主机部分创建的。
划分子网后，通过使用掩码，把子网隐藏起来，使得从外部看网络没有变化，这就是子网掩码。
划分子网的方法是从网络的主机号借用若干位作为子网号subnet-id,当然主机号也就相应减少了同样的位数。
IP地址∷={<网络号>,<子网号>,<主机号>}
凡是从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报，仍然是根据IP数据报的目的网络号找到连接在本单位网络上的路由器。
但此路由器在收到IP数据报后，再按目的网络号和子网号找到目的子网，IP数据报交付给目的主机。
三、设计方案
要求捕获网络中的IP数据包，并解析，要求先进行IP数据包的捕获，先捕获再分析，这就要求用到套接字。
套接字编程要求先创建原始套接字，创建原始套接字后，IP头就会包含在接收的数据中，然后对IP头进行操作，接着获取主机名和获取IP地址，并SOCKADDR_IN的结构内容进行填充，再绑定socket到本地网卡上，这就完成了IP数据包得捕获。
捕获后，接收数据包，并进行分析，最后得到结果。
验证ip地址合法性流程图：
验证子网掩码合法性流程图
得出子网号的流程
主体设计流程
本程序主要由三部分构成：
初始化原始套接字，捕获数据包和解析数据包。
下面就结合核心代码对程序的具体实现进行讲解，同时使程序流程更加清晰，去掉了错误检查等保护性代码。
1.使用原始套接字
套接字分为三种，即流套接字（StreamSocket）、数据报套接字（DatagramSocket）和原始套接字（RawSocket）。
要进行IP数据包的接受与发送，应使用原始套接字。
创建原始套接字的代码如下：
SOCKETsock;
Sock=WSASoccet（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERRLAPPED）;
在WSASoccet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，AF_INET地址族下，有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW三种套接字类型。
在这里，我们设置为SOCK_RAW，表示我们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，用于指定套接字所用的特定协议，这里使用IP协议。
第四个参数为WSAPROTOCOL_INFO位，该位可以置空，永远置0。
第六个参数是标志位，WSA_FLAG_OVERRLAPPED表明可以使用发送接收超时设置，本课程设计也可以把这个标志位设置为NULL，因为本设计不用考虑超时情况。
创建原始套接字后，IP头就会包含在接收的数据中。
然后，我们可以设置IP头操作选项，调用sotscockpot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IP地址：
hostent*pHostIP;
pHostIP=gethostbyname（hostname）;
填充SOCKADDR_IN的结构内容：
sockaddr_inaddr_in;
addr_in.sin_addr=*（in_addr*）pHostIP->h_addr_list[0];
addr_in.sin_family=AF_TNET;
addr-in.sin_port=htons（6000）;
绑定socket：
bind（sock,（POSCKADDR）&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；协议族应填写为AF_INET。
注意，sockaddr_in结构的值必须是以网络字节顺序表示的值，而不能直接使用本机字节顺序的值，使用htoms（）函数可以将无符号短整型的主机数据转换为网络字节的顺序的数据。
最后使用bind（）函数将socket绑定到本地网卡上。
绑定网卡后，需要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;
WSAIoctl（SnifferSocket,IO-RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof（dwBufferInLen）,&dwBufferLen,Sizeof（dwBufferLen）,&dwByteReturned,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。
2.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；第二个参数接收到缓冲区的地址；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65536B，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（）函数接收功能的代码如下：
#dedineBUFFER_SIZE65535
Charbuffer[BUFFER_SIZE];//设置缓冲区
While（true）
{recv（sock,buffer,BUFFER_SIZE,0）;//j接收数据包
3.定义IP头部的数据结构
程序需要定义一个数据结构表示IP头部。
这个数据结构应该和图7-1吻合，其代码如下：
typedefstruct_IP_HEADER//定义IP头
{
union
{
BYTEVersion;//版本前4位
BYTEHdrLen;//报头标长（后四位），IP头长度
}；
BYTEServiceType;//服务类型
WORDTotalLen;//总长度
WORDID;//标识
union
{
WORDFlags;//标志
WordFragOff;//分段偏移
};
BYTETimeToLive;//生命期
BYTEProtiocol;//协议
WORDHdrChksum;//头校验和
DWORDSrcAddr;//源地址
DWORDDstAddr:
//目的地址
}IP_HEADER;
这是我们只考虑IP头部结构，不考虑数据部分。
在捕获IP数据包后，可以通过指针把缓冲区的内容强制转化为IP_HEADER数据结构。
IP_HEADERip=*（IP_HEADER*）buffer;
4.IP包的解析
解析IP包的字段有两种策略。
针对长度为8位、16位和32位的字段（或子字段）时，可以利用IP_HEADER的成员指教获取。
要解析长度不是9位倍数的字段（或子字段）时，可以利用C语言中的位移以及与、或操作完成。
下面给出了通过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;
解析标识字段：
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;
解析目的的IP地址字段：
inet_ntoa（*（in_addr*）&ip.DstAddr）;
四、程序编写
#include
#include
voidmain（）
{
intm,i,j,ip[4],ym[4],ymm[4][8],ipp[4][8],t,zw[4],l;
intok[4]={0,0,0,0};
printf（"请输入一个IP地址:
\n"）;
loop:
scanf（"%d.%d.%d.%d",&ip[0],&ip[1],&ip[2],&ip[3]）;
if（（ip[0]>=0&&ip[0]<224）&&（ip[1]>=0&&ip[1]<256）&&（ip[2]>=0&&ip[2]<256）&&（ip[3]>=0&&ip[3]<256））
{if（ip[0]==0&&ip[1]==0&&ip[2]==0&&ip[3]==0）//把地址为全零的IP地址除去
m=0;
else
if（ip[0]==127）//将127.0.0.0去除
m=0;
else
if（ip[1]==255&&ip[2]==255&&ip[3]==255）//将主机号为全1的去除
m=0;
else
if（ip[1]==0&&ip[2]==0&&ip[3]==0）//将主机号为全0的去除
m=0;
else
m=1;
}
elsem=0;
switch（m）//用m的值判断ip地址是否合法，m=0时不合法，m=1时合法
{
case0:
{printf（"此地址不合法！
\n"）;
printf（"重新输入请按ENTER，否则请按其他任意键！
\n"）;
scanf（"%d",&l）;
if（l==1）
gotoloop;
else
if（l!
=1）break;
}
case1:
{//判断地址的类型
if（ip[0]>0&&ip[0]<127）
printf（"此地址为合法的A类地址！
\n"）;
elseif（ip[0]>127&&ip[0]<192）
printf（"此地址为合法的B类地址！
\n"）;
else
printf（"此地址为合法的C类地址！
\n"）;
//判断地址的类型
//以下程序实现ip地址点分十进制到二进制的转化
for（i=0;i<4;i++）
for（j=7;j>=0;j--）
{ipp[i][j]=ip[i]%2;
ip[i]=ip[i]/2;}
printf（"\n请输入子网掩码:
\n"）;
//将十进制子网掩码转化为二进制，存放到ym[4][8]中
scanf（"%d.%d.%d.%d",&ym[0],&ym[1],&ym[2],&ym[3]）;
printf（"\n"）;
for（i=0;i<4;i++）
for（j=7;j>=0;j--）
{ymm[i][j]=ym[i]%2;
ym[i]=ym[i]/2;}
//将相与后的数用十进制输出
printf（"子网号的点分十进制表示为：
\n"）;
for（i=0;i<4;i++）
for（j=0;j<8;j++）
ymm[i][j]=ymm[i][j]*pow（（double）2,7-j）;
for（i=0;i<4;i++）
for（j=0;j<8;j++）
ok[i]=ymm[i][j]+ok[i];
for（i=0;i<4;i++）
printf（"%d.",ok[i]）;
//将相与后的数用十进制输出
printf（"\n"）;
}
}
}
五、运行结果
六、实习心得和体会
通过本次课程设计，通过所学的计算机网络知识，以及所查找的资料，按照要求设计出了简单的解析IP数据包的程序，从而更加深刻的了解到了IP数据包的结构及IP协议的相关问题，从而对IP层的工作原理有更好的理解和认识。
对计算机网络与相结合有了一定的了解，加深对计算机网络编程的了解。
在对这两项的结合中了解到了如何整合不同方面的的知识和与同学之间进行讨论交流，以获得自己所要的结果。
课程设计成绩评定表
学生姓名
专业班级
设计题目
IP数据报解析
指导教师评语及意见：
指导教师评阅成绩：
指导教师签字：
年月日
注：
此表装订在课程设计之后。
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