网络通信协议分析课程设计源代码和实验报告+帧封装IP数据包解析和发送TCP数据包Word格式.docx
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CRC校验码的检错能力很强，不仅能检查出离散错误，还能检查出突发错误。
利用CRC进行检错的过程可简单描述如下：
在发送端根据要传送的k位二进制码序列，以一定的规则产生一个校验用的r位监督码（CRC码），附在原始信息的后边，构成一个新的二进制码序列（共k+r位），然后发送出去。
在接收端，根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检验，以确定传送中是否出错。
这个规则在差错控制理论中称为“生成多项式”。
CRC的基本实现
循环冗余校验码的特点：
（1）CRC校验码可检测出所有单个错误。
（2）CRC校验码可检测出所有奇数位错误。
（3）CRC校验码可检测出所有双位的错误（4）CRC校验码可检测出所有小于、等于校验位长度的突发错误。
（5）CRC校验码可以
的概率检测出长度为（K+1）位的突发错误
实验分析：
•填充帧头部字段
要完成一次帧封装的过程，首先要完成的就是帧头部的装入，这一过程只要将签到吗、定界符、目的地址、源地址、长度字段的相应数值按顺序写入就可以了。
其中，长度字段的值即为要发送的数据的实际长度。
•填充数据字段
在填充数据字段的过程中要注意的主要问题是数据字段的长度。
802.3标准中规定了帧数据字段的最小长度为46B，最大长度为1500B。
如果数据不足46B，则需要通过填充0来补足；
若数据长度超过1500B，则的大奖超过部分封装入下一个帧进行发送。
•CRC校验
帧封装的最后一步就是对数据进行校验，并将校验结果记入帧校验字段。
程序流程图：
CRC计算流程图：
序源代码：
#include<
iostream.h>
fstream.h>
stdlib.h>
voidmain（intargc,char*argv[]）
{
//如果输入命令行不正确，则输出提示后退出。
if（argc!
=3）
{
cout<
<
endl<
"
请按以下格式输入：
framerinput"
endl;
exit（0）;
}
//打开指定的输出文件，以二进制方式打开并可读可写，如文件存在，则清除其内容。
fstream[2],ios:
:
out|ios:
in|ios:
binary|ios:
trunc,0）;
for（inti=0;
i<
7;
i++）
（（char）0xaa）;
（（char）0xab）;
//写入B的前导码和B的帧前定界符。
chardes_add[]={char（0x00）,char（0x00）,char（0xE4）,char（0x86）,char（0x3A）,char（0xDC）};
（des_add,6）;
//写入B的目的地址。
charsor_add[]={char（0x00）,char（0x00）,char（0x80）,char（0x1A）,char（0xE6）,char（0x65）};
（sor_add,6）;
//写入B的源地址。
//创建输入文件流并打开指定的输入文件，以二进制方式打开并可读。
ifstreamin[1],ios:
binary,0）;
intlength=0;
in（0,ios:
end）;
//将读指针移到文件末尾。
length=in（）;
//计算指针偏移量，即为输入文件的长度。
unsignedchar*data=newunsignedchar[length];
//创建字符指针并根据文件长度初始化。
beg）;
//将读指针移到文件开始。
in（data,length）;
//将文件数据读入到字符指针data中。
（char（length>
>
8））;
（char（length&
0xff））;
//将文件长度值按照逆序写入到输出文件的长度字段中。
（data,length）;
//将data内容写入到输出文件中。
//如果输入文件长度不足B，则用补足B。
if（length<
46）
for（intj=length;
j<
46;
j++）
（char（0x00））;
//将数据字段后添加个
（8,ios:
//将读指针指向目的地址字段，从此处开始CRC计算
unsignedcharch;
//ch用来保存读入的字符。
unsignedcharcrc=char（0x00）;
//余数初始值为。
while
（1）//进行CRC计算
（ch）;
if（ch==0xff）//判断是否到了文件结尾，如果是，则退出循环。
break;
for（i=0;
8;
i++）//对入读入的字符的位分别处理。
if（0x80==（crc&
（0x80）））//当前余数最高位为，需要进行除法运算。
crc=（crc<
1）&
（0xff）;
//crc左移位，最低位补。
crc=crc|（（ch&
0x80）>
7）;
//将输入数据相应的值递补到余数末位。
crc=crc^（0x07）;
//进行除法运算，即与除数的低位相异或。
else//当前余数的最高位为，不需要进行除法运算。
//将输入数据相应位的值递补到余数末位。
ch=ch<
1;
//读到的字符左移位，使数据下一位作为输入位。
（）;
（-1,ios:
//将写指针移到输出文件的最后。
（crc）;
//写入crc码。
in（）;
//关闭输入文件和输出文件。
数据帧文件"
argv[2]<
封装完成"
}
运行结果：
运行结果如下所示：
执行framer.exe文件的结果如下所示：
实验小结：
实现帧的封装，主要是将帧的七个部分---前导码、帧前定界符、目的地址、源地址、长度字段、数据字段和校验字段，一个一个按顺序封装的，最后使得一个帧的封装得以完成。
同时，在编写程序的过程中，用到了很多的函数，这些函数的运用使得程序简便而且正确的运行出来。
实验二解析IP数据包
•设计一个解析IP数据包的程序，并根据这个程序，说明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。
实验要求：
本实验的目标是捕获网络中的IP数据包，解析数据包的内容，见个结果显示在标准输出上，并同时写入日志文件。
程序的具体要求如下：
•以命令行形式运行：
ipparselogfile，其中ipparse是程序名，而logfile则代表记录结果的日志文件。
•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。
•当程序接收到键盘输入Ctrl+C时退出。
设计相关知识：
IP数据报的格式说明IP协议都具有什么功能。
其首部，版本目前广泛使用的版本号为4；
首部长度站4bit；
服务类型占8bit，其中服务类型TOS子域占4位，优先级子域占3位，另一位为保留位；
总长度字段为2B，IP数据包的最大长度是65535B；
标识占16bit，它是一个计数器，用来产生数据报的标识；
标志占3bit，其中最低为为MF，MF=1时为后面“还有分片”，MF=0表示这是数据报片中的最后一个，DF=0时，表示允许分片；
片偏移以8个字节为偏移单位；
生存时间字段记为TTL，单位为秒；
协议段占8bit，用于指出次数据是使用何种协议，典型的协议号有6：
TCP，17：
UDP，1：
ICMP。
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。
typedefstructIP_HEAD
}}ip_head;
用来定义IP头部数据。
setsockopt（sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,（char*）函数用来获取本机IP地址
htons（）函数将无符号短整型转换为网络字节顺序的数据
本程序在windows环境下利用C++语言编写。
实验设计分析：
为了获取网络中的IP数据包，必须对网卡进行编程，我们使用套接字进行编程。
•使用套接字
•
接收数据包
•定义IP头部的数据结构
•IP包的解析
具体程序代码：
iostream>
winsock2.h>
ws2tcpip.h>
fstream>
#include<
windows.h>
#pragmacomment（lib,"
ws2_32"
）//指定连接到网络应用和internet
#defineIO_RCVALL_WSAIOW（IOC_VENDOR,1）
typedefstructIP_HEAD
{
union//定义联合
unsignedcharVersion;
unsignedcharHeadLen;
};
unsignedcharServiceType;
unsignedshortTotalLen;
unsignedshortIdentifier;
union
unsignedshortFlags;
unsignedshortFragOffset;
unsignedcharTimeToLive;
unsignedcharProtocol;
unsignedshortHeadChecksum;
unsignedintSourceAddr;
unsignedintDestinAddr;
unsignedcharOptions;
}ip_head;
//定义IP头部的数据结构
voidmain（intargc,char*argv[]）
usingnamespacestd;
ofstreamoutfile（"
C:
\\log"
ios:
out）;
if（argc!
=2）
cout<
请以下格式输入命令行:
PackParsepacket_sum"
return;
}
WSADATAWSAData;
if（WSAStartup（MAKEWORD（2,2）,&
WSAData）!
=0）
WSASTartup初始化失败"
SOCKETsock=socket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP）;
//三个参分别为通信发生的区字段，套接字的类型，与IP协议
if（sock==INVALID_SOCKET）
创建Socket失败!
closesocket（sock）;
WSACleanup（）;
BOOLflag=TRUE;
if（setsockopt（sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,（char*）&
flag,sizeof（flag））==SOCKET_ERROR）
setsockopt操作失败:
WSAGetLastError（）<
charhostName[128];
//获取主机名
if（gethostname（hostName,100）==SOCKET_ERROR）
gethostname操作失败:
hostent*pHostIP;
//获取本地IP
if（（pHostIP=gethostbyname（hostName））==NULL）
gethostbyname操作失败:
sockaddr_inhost_addr;
//
host_addr.sin_family=AF_INET;
host_addr.sin_port=htons（6000）;
host_addr.sin_addr=*（in_addr*）pHostIP->
h_addr_list[0];
if（bind（sock,（PSOCKADDR）&
host_addr,sizeof（host_addr））==SOCKET_ERROR）
bind操作失败:
//绑定网卡
DWORDdwBufferLen[10];
DWORDdwBufferInLen=1;
DWORDdwBytesReturned=0;
if（WSAIoctl（sock,IO_RCVALL,&
dwBufferInLen,sizeof（dwBufferInLen）,&
dwBufferLen,sizeof（dwBufferLen）,&
dwBytesReturned,NULL,NULL）==SOCKET_ERROR）
WSAIoctl操作失败:
//将网卡设为混杂模式，以接受所有数据
开始解析IP包:
charbuffer[65535];
//设置缓冲区
intpacksum=atoi（argv[1]）;
//字符串转换为整形
for（inti=0;
packsum;
i++）
if（recv（sock,buffer,65535,0）>
0）//四个参数分别是套接字描述符，缓冲区的地址，缓冲区大小，附加标志
ip_headip=*（ip_head*）buffer;
-----------------------"
版本:
（ip.Version>
4）<
//获取头部长度字段
头部长度:
（（ip.HeadLen&
0x0f）*4）<
服务类型:
Priority"
（ip.ServiceType>
5）<
Service"
（（ip.ServiceType>
0x0f）<
//优先级子域和TOS子域
总长度:
ip.TotalLen<
//获取总长度字段
标识符:
ip.Identifier<
//获取标识字段
标志位:
（（ip.Flags>
15）&
0x01）<
DF="
14）&
Mf="
13）&
//获得标志字段
片偏移:
（ip.FragOffset&
0x1fff）<
//获取分段偏移字段
生存周期:
（int）ip.TimeToLive<
//获取生存时间字段
协议:
Protocol"
（int）ip.Protocol<
//获取协议字段
头部校验和:
ip.HeadChecksum<
//获取头校验和字段
原地址:
inet_ntoa（*（in_addr*）&
ip.SourceAddr）<
//获取源IP地址字段
目的IP地址:
ip.DestinAddr）<
//获取目的IP地址字段
outfile<
程序运行结果：
程序编译运行后：
以命令行形式运行程序ipparse:
同时在程序所在的文件夹中生成了名为log文件，里面记录了上面显示的内容。
试验小结：
IP数据报的格式说明了IP协议都具有什么功能，因为完全不知道如何使用套接字socket（）函，查阅了相关资料，了解了IP数据报的各种位与协议的概念和意义，通过解析IP数据包这个实验，基本掌握了用套接字编程来实现获取并解析IP数据包的方法。
实验三发送TCP数据包
•设计一个发送TCP数据包的程序，并根据本设计说明TCP数据包的结构以及TCP协议与IP协议的关系，使大家对TCP协议的工作原理有更深入的认识。
本程序的功能是填充一个TCP数据包，并发送给目的主机。
SendTCPsource_ipsource_portdest_ipdest_port
其中SendTCP为程序名；
source_ip为源IP地址；
source_port为源端口；
dest_ip为目的IP地址；
dest_port为目的端口。
•其他的TCP头部参数自行设定。
•数据字段为“Thisismyhomeworkofnetwork!
”.
•成功发送后在屏幕上输出“sendOK”。
课程设计分析：
•使用原始套接字
•定义IP头部、TCP头部和伪头部的数据结构
•填充数据包
•发送数据包
设计思想：
本课程设计的目标是发送一个TCP数据包，可以利用原始套接字来完成这个工作。
整个程序由初始化原始套接字和发送TCP数据包两个部分组成。
创建一个原始套接字，并设置IP头选项
SOCKETsock;
sock=socket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP）;
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