解析IP数据包课程设计.docx
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解析IP数据包课程设计
课程设计分析
为了获取网络中的IP数据包，必须对网卡进行编程，在这里我们使用套接字（socket）进行编程。
但是，在通常情况下，网络通信的套接字程序只能响应与自己硬件地址相匹配的数据包或是以广播形式出发的数据包。
对于其他形式的数据包，如已到达网络接口但却不是发送到此地址的数据包，网络接口在验证投递地址并非自身地址之后将不引起响应，也就是说应用程序无法收取与自己无关的数据包。
我们要想获取流经网络设备的所有数据包，就需要将网卡设置为混杂模式。
本程序主要由三部分构成：
初始化原始套接字，反复监听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：
typedef struct_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
BYTEOptions; //选项
}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）;
程序运行结果
程序流程图：
N
Y
八．实习体会
通过这次实验，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VC++在计算机网络方面的应用，是一次难得的机会。
同学们的默锲配合和合作精神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。
九.参考文献：
1．《计算机网络》宋凯刘念金海月等
2．《数据通信与网络（第四版）》吴时霖周正康吴永辉译
3．《计算机网络课程设计》吴功宜胡晓英张仁何云王宁编著
程序源代码
#include "winsock2.h"
#include "ws2tcpip.h"
#include
#include
#include
#pragma comment（lib,"ws2_32.lib"）
using namespace std;
typedef struct _IP_HEADER
{
union
{
BYTE Version; //版本
BYTE HdrLen; //ip头部长度
}; BYTE ServiceType; //服务类型
WORD TotalLen; //总长度
WORD ID; //标识
union
{
WORD Flags; //标志
WORD Fragoff; //分段偏移
};
BYTE TimeToLive; //生命期
BYTE Protocol; //协议
WORD HdrChksum; //头校验和
DWORD SrcAddr; //源地址
DWORD DstAddr; //目的地址
BYTE Options; //选项
}IP_HEADER;
int main （）
{
SOCKET sock;
WSADATA wsData;
if （WSAStartup（MAKEWORD（2,2）, &wsData） !
= 0）
{
printf（"WSAStartup failed!
\n"）;
return -1;
}
if （ （ sock = socket（AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_IP） ） == INVALID_SOCKET ）
{
printf（"create socket failed\n"）;
return -1;
}
BOOL flag = true;
if （ setsockopt（sock, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL,（char*）&flag, sizeof（flag）） == SOCKET_ERROR ）
{
printf（"setsockopt failed!
\n"）;
return -1;
}
char hostName[128];
if （ gethostname（hostName, 100） == SOCKET_ERROR ）
{
printf（"gethostname failed!
\n"）;
return -1;
}
hostent* pHostIP;
if（ （ pHostIP = gethostbyname（hostName） ） == NULL ）
{
printf（"gethostbyname failed\n"）;
return -1;
}
sockaddr_in addr_in;
addr_in.sin_addr = *（in_addr*）pHostIP->h_addr_list[0];
addr_in.sin_family = AF_INET;
addr_in.sin_port = htons（6000）;
if （ bind（sock, （PSOCKADDR）&addr_in, sizeof（addr_in）） == SOCKET_ERROR ）
{
printf（"bind failed\n"）;
return -1;
}
#define IO_RCVALL _WSAIOW（IOC_VENDOR,1）
DWORD dwBufferLen[10];
DWORD dwBufferInLen = 1;
DWORD dwBytesReturned = 0;
char buffer[100];
if （ WSAIoctl（sock, IO_RCVALL, &dwBufferInLen, sizeof（dwBufferInLen）,
&dwBufferLen, sizeof（dwBufferLen）, &dwBytesReturned, NULL, NULL） == SOCKET_ERROR ）
{
printf（"ioctlsocket faild\n"）;
return -1;
}
printf（"开始解析经过本机的IP数据包!
\n\n"）;
while （ true ）
{
int size = recv（sock, buffer, sizeof（buffer）, 0）;
IP_HEADER ip = *（IP_HEADER *）buffer;
cout << "-----------------------" << endl;
cout << "版本:
" << （ip.Version>>4） << endl;
cout << "IP头部长度:
" << （ （ip.HdrLen & 0x0f） * 4） << endl;
cout << "服务类型:
Priority" << （ip.ServiceType >> 5） <<
", Service" << （ （ip.ServiceType >> 1 ） & 0x0f） << endl;
cout << "总长度:
" << ip.TotalLen << endl;
cout << "标识符:
" << ip.ID << endl;
cout << "标志位:
" << （ （ip.Flags >> 15） & 0x01） << ", DF = " <<
（ （ip.Flags >> 14） & 0x01） << ", Mf = " << （ （ip.Flags >> 13） &0x01） << endl;
cout << "分段偏移:
" << （ip.Fragoff & 0x1fff） << endl;
cout << "生存周期:
" << （int）ip.TimeToLive << endl;
cout << "协议:
Protocol" <<（int）ip.Protocol << endl;
cout << "头校验和:
" << ip.HdrChksum << endl;
cout << "源地址:
" << inet_ntoa（*（in_addr *）&ip.SrcAddr） << endl;
cout << "目的IP地址:
" <}
:
:
closesocket（sock）;
:
:
WSACleanup（）;
return 0;
}
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