TCP IP课程设计.docx
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TCPIP课程设计
枣庄学院
信息科学与工程学院
课程设计任务书
题目：
PING程序的设计与实现
学号：
姓名：
专业：
计算机科学与技术
课程：
TCP/IP协议实现与网络安全
指导教师：
王霞职称：
讲师
完成时间：
2012年6月----2012年6月
枣庄学院信息科学与工程学院制
年月日
课程设计任务书及成绩评定
课程设计的任务和具体要求
（1）熟悉原始套接字编程。
（2）了解网络的结构。
（3）了解网络传输底层协议。
指导教师签字：
日期：
指导教师评语
成绩：
指导教师签字：
日期：
课程设计所需软件、硬件等
课程设计进度计划
起至日期
工作内容
备注
参考文献、资料索引
序号
文献、资料名称
编著者
出版单位
【1】WinsockProgrammer'sFAQExamples:
Ping:
RawSocketsMethod，
【2】透析ICMP协议:
协议原理，
【3】ping原理与ICMP协议，
目录
一．需求分析1
二．概要设计1
三．详细设计3
1.初始化模块3
2.功能控制模块3
3.数据报解读模块6
4.Ping测试模块8
四．测试结果11
五．实验总结12
一．需求分析
Ping的原理就是首先建立通道，然后发送包，对方接受后返回信息，这个包至少包括以下内容：
发送的时候，包的内容包括对方的ip地址和自己的地址，还有序列数；回送的时候包括双方地址，还有时间等，主要是接受方在都是在操作系统内核里做好的，时刻在监听。
Ping程序生成一个icmp“回送请求”，将其发送给目的主机。
通过检测是否可以收到目标主机的应答，便可以知道网络的连通性。
主要功能有：
实现ping功能。
程序能实现基本的ping操作，发送ICMP回显请求报文，接收显应答报文。
能记录路由。
程序提供了“-r”选项，用以记录从源主机到目的主机的路由。
（3）能输出指定条数的记录。
程序提供了“-n”选项，用以输出指定条数的记录。
（4）能按照指定大小输出每条记录。
程序提供了“datasize”选项，用以指定输出的数据报的大小。
（5）能输出用户帮助。
程序提供了用户帮助，显示程序提供的选项以及选项格式等。
二．概要设计
1）IntPing（）
函数原型：
voidIntPing（）
IntPing（）函数用于初始化ping所需的全局变量，为各个变量赋初始值。
2）userHelp（）
函数原型：
voiduserHelp（）
userHelp（）函数用于显示用户帮助信息。
当程序检查到参数错误或者没有必要的参数（如主机IP地址或者主机名）时，则会调用此函数显示帮助信息。
3）GetArgments（）
函数原型：
voidGetArgments（intargc,char**argv）
GetArgments（）函数用于获取用户提交的参数。
其中argc表示获取的参数个数，argv用于存储获取的参数，这两个形参和主函数中的形参表示的意义一样的。
4）checkSum（）
函数原型：
USHORTcheckSum（USHORT*buffer,intsize）
checkSum（）函数用于计算校验和。
计算过程是首先把数据报头中的校验和字段设置为0，然后对首部中每个16bit进行二字段进制反码求和（整个首部看成是由一串16bit的字组成），结果存在校验和字段中。
其中buffer用于存放ICMP数据，size表示ICMP报文大小。
5）FillCMPData（）
函数原型：
voidFillCMPData（）
FillCMPData（）函数用于填充ICMP数据报中各个字段。
其中icmp_data表示ICMP数据，datasize表示ICMP报文大小。
6）reeRes（）
函数原型：
voidreeRes（）
reeRes（）函数用于释放占用的资源，包括关闭初始化socket调用的函数的、关闭创建的socket和释放分配的内存等。
7）DecodeIPOptions（）
函数原型：
voidDecodeIPOptions（）
DecodeIPOptions（）函数用于解读IP选项，从中读出从源主机到目的主机经过的路由，并输出路由信息。
Buf表示存放接收到的ICMP报文的缓冲区，bytes表示接收到的字节数。
8）DecodelICMPHeader（）
函数原型：
voidDecodelICMPHeader（char*buf,intbytes,SOCKADDR_IN*from）
DecodelICMPHeader（）函数用于解读ICMP报文信息。
Buf表示存放接收到的ICMP报文的缓冲区，bytes表示接收到的字节数，from表示发送ICMP回显应答的主机IP地址。
9）PingTest（）
函数原型：
voidPingTest（inttimeout）
PingTest（）函数用于进行Ping操作。
其中timeout表示设定的发送超时值。
三．详细设计
1.初始化模块
/*初始化变量函数*/
voidInitPing（）
{
WSADATAwsaData;
icmp_data=NULL;
seq_no=0;
recvbuf=NULL;
RecordFlag=FALSE;
lpdest=NULL;
datasize=DEF_PACKET_SIZE;
PacketNum=5;
SucessFlag=FALSE;
/*Winsock初始化*/
if（WSAStartup（MAKEWORD（2,2）,&wsaData）!
=0）
{
/*如果初始化不成功则报错，GetLastError（）返回发生的错误信息*/
printf（"WSAStartup（）failed:
%d\n",GetLastError（））;
return;
}
m_socket=INVALID_SOCKET;
}
2.功能控制模块
/*显示信息函数*/
voidUserHelp（）
{
printf（"UserHelp:
ping-r[datasize]\n"）;
printf（"-rrecordroute\n"）;
printf（"-nrecordamount\n"）;
printf（"hostremotemachinetoping\n"）;
printf（"datasizecanbeupto1KB\n"）;
ExitProcess（-1）;
}
/*获取ping选项函数*/
voidGetArgments（intargc,char**argv）
{
inti;
intj;
intexp;
intlen;
intm;
/*如果没有指定目的地地址和任何选项*/
if（argc==1）
{
printf（"\nPleasespecifythedestinationIPaddressandthepingoptionasfollow!
\n"）;
UserHelp（）;
}
for（i=1;i{
len=strlen（argv[i]）;
if（argv[i][0]=='-'）
{
/*选项指示要获取记录的条数*/
if（isdigit（argv[i][1]））
{
PacketNum=0;
for（j=len-1,exp=0;j>=1;j--,exp++）
/*根据argv[i][j]中的ASCII值计算要获取的记录条数（十进制数）*/
PacketNum+=（（double）（argv[i][j]-48））*pow（10,exp）;
}
else
{
switch（tolower（argv[i][1]））
{
/*选项指示要获取路由信息*/
case'r':
RecordFlag=TRUE;
break;
/*没有按要求提供选项*/
default:
UserHelp（）;
break;
}
}
}
/*参数是数据报大小或者IP地址*/
elseif（isdigit（argv[i][0]））
{
for（m=1;m{
if（!
（isdigit（argv[i][m]）））
{
/*是IP地址*/
lpdest=argv[i];
break;
}
/*是数据报大小*/
elseif（m==len-1）
datasize=atoi（argv[i]）;
}
}
/*参数是主机名*/
else
lpdest=argv[i];
}
}
/*求校验和函数*/
USHORTCheckSum（USHORT*buffer,intsize）
{
unsignedlongcksum=0;
while（size>1）
{
cksum+=*buffer++;
size-=sizeof（USHORT）;
}
if（size）
{
cksum+=*（UCHAR*）buffer;
}
/*对每个16bit进行二进制反码求和*/
cksum=（cksum>>16）+（cksum&0xffff）;
cksum+=（cksum>>16）;
return（USHORT）（~cksum）;
}
/*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报文类型设置为回显请求*/
icmp_hdr->i_type=ICMP_ECHO;
icmp_hdr->i_code=0;
/*获取当前进程IP作为标识符*/
icmp_hdr->i_id=（USHORT）GetCurrentProcessId（）;
icmp_hdr->i_cksum=0;
icmp_hdr->i_seq=0;
datapart=icmp_data+sizeof（IcmpHeader）;
/*以数字0填充剩余空间*/
memset（datapart,'0',datasize-sizeof（IcmpHeader））;
}
/*释放资源函数*/
voidFreeRes（）
{
/*关闭创建的套接字*/
if（m_socket!
=INVALID_SOCKET）
closesocket（m_socket）;
/*释放分配的内存*/
HeapFree（GetProcessHeap（）,0,recvbuf）;
HeapFree（GetProcessHeap（）,0,icmp_data）;
/*注销WSAStartup（）调用*/
WSACleanup（）;
return;
}
3.数据报解读模块
/*解读IP选项头函数*/
voidDecodeIPOptions（char*buf,intbytes）
{
IpOptionHeader*ipopt=NULL;
IN_ADDRinaddr;
inti;
HOSTENT*host=NULL;
/*获取路由信息的地址入口*/
ipopt=（IpOptionHeader*）（buf+20）;
printf（"RR:
"）;
for（i=0;i<（ipopt->ptr/4）-1;i++）
{
inaddr.S_un.S_addr=ipopt->addr[i];
if（i!
=0）
printf（""）;
/*根据IP地址获取主机名*/
host=gethostbyaddr（（char*）&inaddr.S_un.S_addr,sizeof（inaddr.S_un.S_addr）,AF_INET）;
/*如果获取到了主机名，则输出主机名*/
if（host）
printf（"（%-15s）%s\n",inet_ntoa（inaddr）,host->h_name）;
/*否则输出IP地址*/
else
printf（"（%-15s）\n",inet_ntoa（inaddr））;
}
return;
}
/*解读ICMP报头函数*/
voidDecodeICMPHeader（char*buf,intbytes,SOCKADDR_IN*from）
{
IpHeader*iphdr=NULL;
IcmpHeader*icmphdr=NULL;
unsignedshortiphdrlen;
DWORDtick;
staticinticmpcount=0;
iphdr=（IpHeader*）buf;
/*计算IP报头的长度*/
iphdrlen=iphdr->h_len*4;
tick=GetTickCount（）;
/*如果IP报头的长度为最大长度（基本长度是20字节），则认为有IP选项，需要解读IP选项*/
if（（iphdrlen==MAX_IP_HDR_SIZE）&&（!
icmpcount））
/*解读IP选项，即路由信息*/
DecodeIPOptions（buf,bytes）;
/*如果读取的数据太小*/
if（bytes{
printf（"Toofewbytesfrom%s\n",
inet_ntoa（from->sin_addr））;
}
icmphdr=（IcmpHeader*）（buf+iphdrlen）;
/*如果收到的不是回显应答报文则报错*/
if（icmphdr->i_type!
=ICMP_ECHOREPLY）
{
printf（"nonechotype%drecvd\n",icmphdr->i_type）;
return;
}
/*核实收到的ID号和发送的是否一致*/
if（icmphdr->i_id!
=（USHORT）GetCurrentProcessId（））
{
printf（"someoneelse'spacket!
\n"）;
return;
}
SucessFlag=TRUE;
/*输出记录信息*/
printf（"%dbytesfrom%s:
",bytes,inet_ntoa（from->sin_addr））;
printf（"icmp_seq=%d.",icmphdr->i_seq）;
printf（"time:
%dms",tick-icmphdr->timestamp）;
printf（"\n"）;
icmpcount++;
return;
}
4.Ping测试模块
/*ping函数*/
voidPingTest（inttimeout）
{
intret;
intreadNum;
intfromlen;
structhostent*hp=NULL;
/*创建原始套接字，该套接字用于ICMP协议*/
m_socket=WSASocket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED）;
/*如果套接字创建不成功*/
if（m_socket==INVALID_SOCKET）
{
printf（"WSASocket（）failed:
%d\n",WSAGetLastError（））;
return;
}
/*若要求记录路由选项*/
if（RecordFlag）
{/*IP选项每个字段用0初始化*/
ZeroMemory（&IpOption,sizeof（IpOption））;
/*为每个ICMP包设置路由选项*/
IpOption.code=IP_RECORD_ROUTE;
IpOption.ptr=4;
IpOption.len=39;
ret=setsockopt（m_socket,IPPROTO_IP,IP_OPTIONS,（char*）&IpOption,sizeof（IpOption））;
if（ret==SOCKET_ERROR）
{printf（"setsockopt（IP_OPTIONS）failed:
%d\n",WSAGetLastError（））;
}
}/*设置接收的超时值*/
readNum=setsockopt（m_socket,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,（char*）&timeout,sizeof（timeout））;
if（readNum==SOCKET_ERROR）
{
printf（"setsockopt（SO_RCVTIMEO）failed:
%d\n",WSAGetLastError（））;
return;
}/*设置发送的超时值*/
timeout=1000;
readNum=setsockopt（m_socket,SOL_SOCKET,SO_SNDTIMEO,（char*）&timeout,sizeof（timeout））;
if（readNum==SOCKET_ERROR）
{printf（"setsockopt（SO_SNDTIMEO）failed:
%d\n",WSAGetLastError（））;
return;}
/*用0初始化目的地地址*/
memset（&DestAddr,0,sizeof（DestAddr））;
/*设置地址族，这里表示使用IP地址族*/
DestAddr.sin_family=AF_INET;
if（（DestAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr（lpdest））==INADDR_NONE）
{/*名字解析，根据主机名获取IP地址*/
if（（hp=gethostbyname（lpdest））!
=NULL）
{/*将获取到的IP值赋给目的地地址中的相应字段*/
memcpy（&（DestAddr.sin_addr）,hp->h_addr,hp->h_length）;
/*将获取到的地址族值赋给目的地地址中的相应字段*/
DestAddr.sin_family=hp->h_addrtype;
printf（"DestAddr.sin_addr=%s\n",inet_ntoa（DestAddr.sin_addr））;
}/*获取不成功*/
else
{printf（"gethostbyname（）failed:
%d\n",WSAGetLastError（））;
return;
}
}/*数据报文大小需要包含ICMP报头*/
datasize+=sizeof（IcmpHeader）;
/*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）;
/*如果分配内存不成功*/
if（!
icmp_data）
{printf（"HeapAlloc（）failed:
%d\n",GetLastError（））;
return;
}
/*创建ICMP报文*/
memset（icmp_data,0,MAX_PACKET）;
FillICMPData（icmp_data,datasize）;
while
（1）
{staticintnCount=0;
intwriteNum;
/*超过指定的记录条数则退出*/
if（nCount++==PacketNum）
break;
/*计算校验和前要把校验和字段设置为0*/
（（IcmpHeader*）icmp_data）->i_cksum=0;
/*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）->timestamp=GetTickCount（）;
/*设置序列号*/
（（IcmpHeader*）icmp_data）->i_seq=seq_no++;
/*计算校验和*/
（（IcmpHeader*）icmp_data）->i_cksum=CheckSum（（USHORT*）icmp_data,datasize）;/*开始发送ICMP请求*/
writeNum=sendto（m_socket,icmp_data,datasize,0,（structsockaddr*）&DestAddr,sizeof（DestAddr））;
/*如果发送不成功*/
if（writeNum==SOCKET_ERROR）
{/*如果是由于超时不成功*/
if（WSAGetLastError（）==WSAETIMEDOUT）
{printf（"timedout\n"）;
continue;
}/*其他发送不成功原因*/
printf（"sendto（）failed:
%d\n",WSAGetLastError（））;
return;
}/*
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