计算机网络课程设计数据包发送和接受程序的实现.docx
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计算机网络课程设计数据包发送和接受程序的实现
《计算机网络》课程设计
题目数据包发送和接受程序的实现
学院计算机学院
2012年12月21日
数据包发送和接受程序的实现
一、设计题目与要求
1.设计题目
发送TCP数据包
2.设计要求
本设计的功能是填充一个TCP数据包，并发送给目的主机。
1）以命令行形式运行：
SendTCPsource_ipsource_portdest_ipdest_port，其中SendTCP是程序名，source_ip为源端IP地址，source_port为源端口号，dest_ip为目的地址，dest_port为目的端口号。
2）其他的TCP头部参数请自行设定。
3）数据字段为“Thisismyhomeworkofnetwork,Iamhappy!
”。
4）成功发送后在屏幕上输出“sendOK”。
三、详细设计
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。
当应用进程需要通过TCP发送时，它就将此应用层报文传送给执行TCP协议的传输实体。
TCP传输实体将用户数据加上TCP报头，形成TCP数据包，在TCP数据包上增加IP头部，形成IP包。
如图-1显示的是TCP数据包和IP包得关系。
TCP协议的数据传输单位称为报文段，其格式如图-2所示。
报文段报头的长度是20B~60B,选项部分长度最多为40B。
TCP报文段主要包括以下字段。
端口号：
端口号字段包括源端口号和目的端口号。
每个端口号的长度是16位，分别表示发送该TCP包的应用进程的端口号和接收该TCP包的应用进程的端口号。
IP数据
图-1TCP数据包加上IP报头形成IP包
序号：
长度为32位。
由于TCP协议是面向数据流的，它所传送的报文段可以视为连续的数据流，因此需要给每一字节编号。
序号字段的“序号”指的是本报文段数据的第一个字节的序号。
确认号：
该字段的长度为32位，它表示接收端希望接收下一个TCP包的第一个字节的序号。
报文长度：
该字段长度为4位。
TCP报文长度是以4B为一个单元来计算的，实际上报文长度在20B~60B之间。
因此这个字段的值在5~15之间。
选项及填充
图-2TCP数据包头部的格式
保留：
长度为6位，留做今后使用，目前全部置0.
控制：
这个字段定义了6种不同的标志，每一个标志占一位，在同一时间可以设置一位或多位。
URG位为1时，表明应尽快把数据传送给应用程序，否则表明允许数据在缓存中存放一段时间。
RST位为1时，表明要强制切断连接。
SYN位为1时，表明有确立连接的请求，这时，把序号字段的初始值作为序号字段的值，以便开始通信。
FIN位为1时，表明发送放已经没有数据发送了。
窗口大小：
长度为16位，指向必须紧急处理的数据的位置，因此最多能够传送的数据为65535B。
紧急指针：
该字段长度为16，指向必需紧急处理的位置，只有当标志URG=1时紧急指针才生效。
从TCP报头后面的报文数据开始，到紧急指针所指出长度的数据，就是必须紧急处理的数据。
选项：
该字段可以多达40B，包括单字节选项和多字节选项。
校验和：
该字段长度为16位，校验和的校验范围包括伪头部，TCP报头以及应用层来的数据。
其计算方法与IP协议头部校验和的计算方法一样。
伪头部为12B，它本身并不是TCP数据包的真头部，只是在计算校验和时，临时和TCP数据包连接在一起。
伪头部的格式如图-3所示
08162431
源IP地址
目的IP地址
00000000
协议号（6）
TCP长度
1.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）;
或者：
sock=WSASoccket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED）;
这里，设置了SOCK_RAW标志，表示我们声明的是一个原始套接字类型。
为使用发送接收超时设置,必须将标志位置位置为WSA_FLAG_OVERLAPPED。
在本课程设计中，发送TCP包时隐藏了自己的IP地址，因此我们要自己填充IP头，设置IP头操作选项。
其中flag设置为ture，并设定IP_HDRINCL选项，表明自己来构造IP头。
setsockopt（sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,（char*）&Flag,sizeof（Flag））;
inttimeout=1000；
setsockopt（sock,SOL_SOCKET,SO_SNDTIMEO,（char*）&timeout,sizeof（timeout））;
在这里我们使用基本套接字SOL_SOCKET，设置SO_SNDTIMEO表示使用发送超时设置，超时时间设置为1000ms。
2.构造IP头和TCP头
这里，IP头和TCP头以及TCP伪部的构造请参考下面它们的数据结构。
typedefstruct_iphdr//定义IP首部
{
UCHARh_lenver;//4位首部长度+4位IP版本号
UCHARtos;//8位服务类型TOS
USHORTtotal_len;//16位总长度（字节）
USHORTident;//16位标识
USHORTfrag_and_flags;//3位标志位
UCHARttl;//8位生存时间TTL
UCHARproto;//8位协议（TCP,UDP或其他）
USHORTchecksum;//16位IP首部校验和
ULONGsourceIP;//32位源IP地址
ULONGdestIP;//32位目的IP地址
}IP_HEADER;
typedefstructpsd_hdr//定义TCP伪首部
{
ULONGsaddr;//源地址
ULONGdaddr;//目的地址
UCHARmbz;//没用
UCHARptcl;//协议类型
USHORTtcpl;//TCP长度
}PSD_HEADER;
typedefstruct_tcphdr//定义TCP首部
{
USHORTth_sport;//16位源端口
USHORTth_dport;//16位目的端口
ULONGth_seq;//32位序列号
ULONGth_ack;//32位确认号
UCHARth_lenres;//4位首部长度/6位保留字
UCHARth_flag;//6位标志位
USHORTth_win;//16位窗口大小
USHORTth_sum;//16位校验和
USHORTth_urp;//16位紧急数据偏移量
}TCP_HEADER;
3.计算校验和的子函数
在填充数据包的过程中，需要调用计算校验和的函数checksum两次，分别用于校验IP头和TCP头部（加上伪头部），其实现代码如下：
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）;
}
4.流程图
4、调试分析
本程序流程简单，调试过程中没有出现大的问题。
调试过程中没有出现重大的语法错误，主要是运行的结果不理想，和预期的结果有差距。
填充数据包的程序部分是不容易出错的。
至于数据包的发送，由于是利用函数sendto（）来实现的，而sendto（）是面向UDP的,将协议类型修改为UDP（Header.proto=IPPROTO_UDP;）后，调试运行成功，问题得到解决。
调试时，要添加
#include
#include
#pragmacomment（lib,"ws2_32.lib"）
不然编译出错。
5、使用说明
输入:
sendtcp192.168.1.123100192.168.1.124200，然后回车，出现sendok！
表示已经正确发送。
6、源代码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#pragmacomment（lib,"ws2_32.lib"）
#defineIPVER4//IP协议预定
#defineMAX_BUFF_LEN65500//发送缓冲区最大值
typedefstructip_hdr//定义IP首部
{
UCHARh_verlen;//4位首部长度,4位IP版本号
UCHARtos;//8位服务类型TOS
USHORTtotal_len;//16位总长度（字节）
USHORTident;//16位标识
USHORTfrag_and_flags;//3位标志位
UCHARttl;//8位生存时间TTL
UCHARproto;//8位协议（TCP,UDP或其他）
USHORTchecksum;//16位IP首部校验和
ULONGsourceIP;//32位源IP地址
ULONGdestIP;//32位目的IP地址
}IP_HEADER;
typedefstructtsd_hdr//定义TCP伪首部
{
ULONGsaddr;//源地址
ULONGdaddr;//目的地址
UCHARmbz;//
UCHARptcl;//协议类型
USHORTtcpl;//TCP长度
}PSD_HEADER;
typedefstructtcp_hdr//定义TCP首部
{
USHORTth_sport;//16位源端口
USHORTth_dport;//16位目的端口
ULONGth_seq;//32位序列号
ULONGth_ack;//32位确认号
UCHARth_lenres;//4位首部长度/6位保留字
UCHARth_flag;//6位标志位
USHORTth_win;//16位窗口大小
USHORTth_sum;//16位校验和
USHORTth_urp;//16位紧急数据偏移量
}TCP_HEADER;
//CheckSum:
计算校验和的子函数
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）;
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{
WSADATAWSAData;
SOCKETsock;
IP_HEADERipHeader;
TCP_HEADERtcpHeader;
PSD_HEADERpsdHeader;
charSendto_Buff[MAX_BUFF_LEN];//发送缓冲区
unsignedshortcheck_Buff[MAX_BUFF_LEN];//检验和缓冲区
constchartcp_send_data[]={"Thisismyhomeworkofnetwort,Iamhappy!
"};
BOOLflag;
intrect,nTimeOver;
if（argc!
=5）
{
printf（"Useage:
sendtcpsoruce_ipsource_portdest_ipdest_port\n"）;
returnfalse;
}
if（WSAStartup（MAKEWORD（2,2）,&WSAData）!
=0）
{
printf（"WSAStartupError!
\n"）;
returnfalse;
}
if（（sock=WSASocket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_RAW,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED））==INVALID_SOCKET）
{
printf（"SocketSetupError!
\n"）;
returnfalse;
}
flag=true;
//设置选项值IP_HDRINCL为要设置的选项值
if（setsockopt（sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,（char*）&flag,sizeof（flag））==SOCKET_ERROR）
{
printf（"setsockoptIP_HDRINCLerror!
\n"）;
returnfalse;
}
nTimeOver=1000;
//设置选项值SO_SNDTIMEO为要设置的选项值
if（setsockopt（sock,SOL_SOCKET,SO_SNDTIMEO,（char*）&nTimeOver,sizeof（nTimeOver））==SOCKET_ERROR）
{
printf（"setsockoptSO_SNDTIMEOerror!
\n"）;
returnfalse;
}
//填充IP首部
ipHeader.h_verlen=（IPVER<<4|sizeof（ipHeader）/sizeof（unsignedlong））;
ipHeader.tos=（UCHAR）0;
ipHeader.total_len=htons（（unsignedshort）sizeof（ipHeader）+sizeof（tcpHeader）+sizeof（tcp_send_data））;
ipHeader.ident=0;//16位标识
ipHeader.frag_and_flags=0;//3位标志位
ipHeader.ttl=128;//8位生存时间
ipHeader.proto=IPPROTO_UDP;//协议类型
ipHeader.checksum=0;//检验和暂时为0
ipHeader.sourceIP=inet_addr（argv[1]）;//32位源IP地址
ipHeader.destIP=inet_addr（argv[3]）;//32位目的IP地址
//计算IP头部检验和
memset（check_Buff,0,MAX_BUFF_LEN）;
memcpy（check_Buff,&ipHeader,sizeof（IP_HEADER））;
ipHeader.checksum=checksum（check_Buff,sizeof（IP_HEADER））;
//构造TCP伪首部
psdHeader.saddr=ipHeader.sourceIP;
psdHeader.daddr=ipHeader.destIP;
psdHeader.mbz=0;
psdHeader.ptcl=ipHeader.proto;
psdHeader.tcpl=htons（sizeof（TCP_HEADER）+sizeof（tcp_send_data））;
//填充TCP首部
tcpHeader.th_dport=htons（atoi（argv[4]））;//16位目的端口号
tcpHeader.th_sport=htons（atoi（argv[2]））;//16位源端口号
tcpHeader.th_seq=0;//SYN序列号
tcpHeader.th_ack=0;//ACK序列号置为0
//TCP长度和保留位
tcpHeader.th_lenres=（sizeof（tcpHeader）/sizeof（unsignedlong）<<4|0）;
tcpHeader.th_flag=2;//修改这里来实现不同的标志位探测，2是SYN，1是//FIN，16是ACK探测等等
tcpHeader.th_win=htons（（unsignedshort）16384）;//窗口大小
tcpHeader.th_urp=0;//偏移大小
tcpHeader.th_sum=0;//检验和暂时填为0
//计算TCP校验和
memset（check_Buff,0,MAX_BUFF_LEN）;
memcpy（check_Buff,&psdHeader,sizeof（psdHeader））;
memcpy（check_Buff+sizeof（psdHeader）,&tcpHeader,sizeof（tcpHeader））;
memcpy（check_Buff+sizeof（PSD_HEADER）+sizeof（TCP_HEADER）,tcp_send_data,sizeof（tcp_send_data））;
tcpHeader.th_sum=checksum（check_Buff,sizeof（PSD_HEADER）+sizeof（TCP_HEADER）+sizeof（tcp_send_data））;
//填充发送缓冲区
memset（Sendto_Buff,0,MAX_BUFF_LEN）;
memcpy（Sendto_Buff,&ipHeader,sizeof（IP_HEADER））;
memcpy（Sendto_Buff+sizeof（IP_HEADER）,&tcpHeader,sizeof（TCP_HEADER））;
memcpy（Sendto_Buff+sizeof（IP_HEADER）+sizeof（TCP_HEADER）,tcp_send_data,sizeof（tcp_send_data））;
intdatasize=sizeof（IP_HEADER）+sizeof（TCP_HEADER）+sizeof（tcp_send_data）;
//发送数据报的目的地址
SOCKADDR_INdest;
memset（&dest,0,sizeof（dest））;
dest.sin_family=AF_INET;
dest.sin_addr.s_addr=inet_addr（argv[3]）;
dest.sin_port=htons（atoi（argv[4]））;
rect=sendto（sock,Sendto_Buff,datasize,0,（structsockaddr*）&dest,sizeof（dest））;
if（rect==SOCKET_ERROR）
{
printf（"senderror!
:
%d\n",WSAGetLastError（））;
returnfalse;
}
else
printf（"sendok!
\n"）;
closesocket（sock）;
WSACleanup（）;
return1;
}
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