网络实验指导ICMP协议的分析与实现.docx
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网络实验指导ICMP协议的分析与实现
实验：
ICMP协议的分析与实现
[实验目的]
分析ICMP报文，理解ICMP协议在Internet网中的具体应用及其实现原理，深入了解TCP/IP网络的容错控制；学会运用网络套接字Winsock开发网络通信程序。
[实验内容]
使用VisualStudioC++6.0和网络接口套接字Socket进行Windows环境下的网络编程，运用原始嵌套字RAW_SOCKET从IP层开始构造整个ICMP报文，通过ICMP协议所提供的回送请求（echorequest）和回送应答（echoreply）这两种报文实现检测目的站的可达性与状态。
1．IP报头、ICMP报文的基本描述
IP协议并不能保证绝对的可靠,所以就设计了ICMP协议,进行差错报告.
ICMP消息使用IP头作为基本控制.
IP头的格式如下：
0123
01234567890123456789012345678901
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version|IHL|TypeofService|TotalLength|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Identification|Flags|FragmentOffset|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|TimetoLive|Protocol|HeaderChecksum|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|SourceAddress|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|DestinationAddress|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Version=4
IHLInternet头长
TypeofService=0
TotalLengthIP包的总长度
Identification,Flags,FragmentOffset用于IP包分段
TimetoLiveIP包的存活时长
ProtocolICMP=1
HeaderChecksum头校验和（检查整个IP报头）
Addresses发送Echo消息的源地址是发送Echoreply消息的目的地址,相反,发送Echo
消息的目的地址是发送Echoreply消息的源地址.
Echo或EchoReply消息格式如下:
0123
01234567890123456789012345678901
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Type|Code|Checksum|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Identifier|SequenceNumber|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Data|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Type
echo消息的类型为8
echoreply的消息类型为0.
Code=0
Checksum
为从TYPE开始到IP包结束的校验和，也就是校验整个ICMP报文
Identifier
如果code=0,identifier用来匹配echo和echoreply消息
SequenceNumber
如果code=0,identifier用来匹配echo和echoreply消息
功能描述:
收到echo消息必须回应echoreply消息.identifier和sequencenumber可能被发送echo的主机用来匹配返回的echoreply消息.例如:
identifier可能用于类似于TCP或UDP的port用来标示一个会话,而sequencenumber会在每次发送echo请求后递增.收到echo的主机或路由器返回同一个值与之匹配
2数据结构
（1）IP报头格式
//定义IP首部
typedefstruct_iphdr{
unsignedcharh_lenver;//4位IP版本号+4位首部长度
unsignedchartos;//8位服务类型TOS
unsignedshorttotal_len;//16位IP包总长度（字节）
unsignedshortident;//16位标识,用于辅助IP包的拆装,本实验不用,置零
unsignedshortfrag_and_flags;//3位标志位+13位偏移位,也是用于IP包的拆装,本实验不用,置零
unsignedcharttl;//8位IP包生存时间TTL
unsignedcharproto;//8位协议（TCP,UDP或其他）,本实验置ICMP,置为1
unsignedshortchecksum;//16位IP首部校验和,最初置零,等所有包头都填写正确后,计算并替换.
unsignedintsourceIP;//32位源IP地址
unsignedintdestIP;//32位目的IP地址
}IP_HEADER;
（2）ICMP报头格式
//定义ICMP首部
typedefstruct_icmphdr{
unsignedchari_type;//8位类型,本实验用8:
ECHO0:
ECHOREPLY
unsignedchari_code;//8位代码,本实验置零
unsignedshorti_cksum;//16位校验和,从TYPE开始,直到最后一位用户数据,如果为字节数为奇数则补充一位
unsignedshorti_id;//识别号（一般用进程号作为识别号）,用于匹配ECHO和ECHOREPLY包
unsignedshorti_seq;//报文序列号,用于标记ECHO报文顺序
unsignedinttimestamp;//时间戳
}ICMP_HEADER;
3总体设计
ICMP协议中的发送、接收ICMP回送请求报文，回送应答报文流程图。
4．VC中网络套接字Winsock编程基础
在VC中进行WINSOCK的API编程开发的时候，需要在项目中使用下面三个文件，否则会出现编译错误。
1．WINSOCK.H:
这是WINSOCKAPI的头文件，需要包含在项目中。
2．WSOCK32.LIB:
WINSOCKAPI连接库文件。
在使用中，一定要把它作为项目的非缺省的连接库包含到项目文件中去。
3．WINSOCK.DLL:
WINSOCK的动态连接库，位于WINDOWS的安装目录下。
几个基本的套接字：
1、创建套接字——socket（）
功能：
使用前创建一个新的套接字
格式：
SOCKETPASCALFARsocket（intaf,inttype,intprocotol）;
参数：
af:
通信发生的区域
type:
要建立的套接字类型
procotol:
使用的特定协议
2、指定本地地址——bind（）
功能：
将套接字地址与所创建的套接字号联系起来。
格式：
intPASCALFARbind（SOCKETs,conststructsockaddrFAR*name,intnamelen）;
参数：
s:
是由socket（）调用返回的并且未作连接的套接字描述符（套接字号）。
其它：
没有错误，bind（）返回0，否则SOCKET_ERROR
地址结构说明：
structsockaddr_in
{
shortsin_family;//AF_INET
u_shortsin_port;//16位端口号，网络字节顺序
structin_addrsin_addr;//32位IP地址，网络字节顺序
charsin_zero[8];//保留
}
3建立套接字连接——connect（）和accept（）
功能：
共同完成连接工作
格式：
intPASCALFARconnect（SOCKETs,conststructsockaddrFAR*name,intnamelen）;
SOCKETPASCALFARaccept（SOCKETs,structsockaddrFAR*name,intFAR*addrlen）;
参数：
同上
4、监听连接——listen（）
功能：
用于面向连接服务器，表明它愿意接收连接。
格式：
intPASCALFARlisten（SOCKETs,intbacklog）;
5、数据传输——send（）与recv（）
功能：
数据的发送与接收
格式：
intPASCALFARsend（SOCKETs,constcharFAR*buf,intlen,intflags）;
intPASCALFARrecv（SOCKETs,constcharFAR*buf,intlen,intflags）;
参数：
buf:
指向存有传输数据的缓冲区的指针。
6、多路复用——select（）
功能：
用来检测一个或多个套接字状态。
格式：
intPASCALFARselect（intnfds,fd_setFAR*readfds,fd_setFAR*writefds,
fd_setFAR*exceptfds,conststructtimevalFAR*timeout）;
参数：
readfds:
指向要做读检测的指针
writefds:
指向要做写检测的指针
exceptfds:
指向要检测是否出错的指针
timeout:
最大等待时间
7、关闭套接字——closesocket（）
功能：
关闭套接字s
格式：
BOOLPASCALFARclosesocket（SOCKETs）;
5部分程序代码
//初始化SOCKET
WSADATAwsaData;
iErrorCode=WSAStartup（MAKEWORD（2,2）,&wsaData）;
CheckSockError（iErrorCode,"WSAStartup"）;
sockRaw=socket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP）;//原始套接字
CheckSockError（sockRaw,"socket"）;
//设置超时时间
timeout=time;
iErrorCode=setsockopt（sockRaw,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,（char*）&timeout,sizeof（timeout））;//设置接受延时
CheckSockError（iErrorCode,"SO_RCVTIMEO"）;
timeout=time;
iErrorCode=setsockopt（sockRaw,SOL_SOCKET,SO_SNDTIMEO,（char*）&timeout,sizeof（timeout））;//设置发送延时
CheckSockError（iErrorCode,"SO_SNDTIMEO"）;
//获得目标主机IP
memset（&dest,0,sizeof（dest））;//初始化dest结构
dest.sin_family=AF_INET;//填充SOCKADDR_IN结构内容
if（（dest.sin_addr.s_addr=inet_addr（lpdest））==INADDR_NONE）
{
if（（hp=gethostbyname（lpdest））!
=NULL）//目的主机名字不为空
{
memcpy（&（dest.sin_addr）,hp->h_addr_list[0],hp->h_length）;
dest.sin_family=hp->h_addrtype;
printf（"dest.sin_addr=%s\n",inet_ntoa（dest.sin_addr））;
}
else
{
CheckSockError（SOCKET_ERROR,"gethostbyname（）"）;
}
}
//创建ICMP数据包
datasize+=sizeof（ICMP_HEADER）;//包长
icmp_data=（char*）malloc（1024）;//创建icmp数据报内存空间
recvbuf=（char*）malloc（1024）;//接收icmp包缓冲区
if（（!
icmp_data）||（!
recvbuf））
{
CheckSockError（SOCKET_ERROR,"malloc（）"）;
}
memset（icmp_data,0,MAX_PACKET）;//初始化icmp_data
FillICMPData（icmp_data,datasize）;//填充icmp包
printf（"Pinging%swith%dbytesofdata（timeout=%dms）:
\n\n",inet_ntoa（dest.sin_addr）,datasize,timeout）;
//发送与接收ICMP数据包
while
（1）
{
memset（recvbuf,0,MAX_PACKET）;//初始化接受缓冲区
staticintnCount=0;//设置发送icmp包的次数，一般为4
if（nCount++==4）break;
（（ICMP_HEADER*）icmp_data）->i_cksum=0;//初设校验和为0
（（ICMP_HEADER*）icmp_data）->timestamp=GetTickCount（）;//获得目前时间
（（ICMP_HEADER*）icmp_data）->i_seq=seq_no++;//icmp数据报的序列号
（（ICMP_HEADER*）icmp_data）->i_cksum=
checksum（（USHORT*）icmp_data,datasize）;//计算校验和
iErrorCode=sendto（sockRaw,icmp_data,datasize,0,（structsockaddr*）&dest,sizeof（dest））;//发送icmp数据报
if（iErrorCode==SOCKET_ERROR）//错误检查
{
if（WSAGetLastError（）==WSAETIMEDOUT）
{
printf（"timedout\n"）;
continue;
}
CheckSockError（SOCKET_ERROR,"sendto（）"）;
}
if（iErrorCode{
printf（"Wrote%dbytes\n",iErrorCode）;
}
intfromlen=sizeof（from）;//接受icmp包长度
iErrorCode=recvfrom（sockRaw,recvbuf,MAX_PACKET,0,（structsockaddr*）&from,&fromlen）;//接受icmp包
if（iErrorCode==SOCKET_ERROR）
{
if（WSAGetLastError（）==WSAETIMEDOUT）
{
printf（"timedout\n"）;
continue;
}
CheckSockError（SOCKET_ERROR,"recvfrom（）"）;
}
DecodeICMPHeader（recvbuf,iErrorCode,&from）;//分解icmp包头
Sleep（1000）;//休眠一段时间
}
//SOCK错误处理程序
voidCheckSockError（intiErrorCode,char*pErrorMsg）
{
if（iErrorCode==SOCKET_ERROR）
{
printf（"%sError:
%d\n",pErrorMsg,GetLastError（））;
closesocket（sockRaw）;
ExitProcess（0）;
}
}
//填充数据
voidFillICMPData（char*icmp_data,intdatasize）
{
ICMP_HEADER*icmp_hdr=NULL;
char*datapart=NULL;
icmp_hdr=（ICMP_HEADER*）icmp_data;
icmp_hdr->i_type=ICMP_ECHO;//发送ping
//RequestanICMPecho
icmp_hdr->i_code=0;//代码字段为0
icmp_hdr->i_id=（USHORT）GetCurrentProcessId（）;//获得当前进程号
icmp_hdr->i_cksum=0;
icmp_hdr->i_seq=0;//初始化序列号
datapart=icmp_data+sizeof（ICMP_HEADER）;//加上icmp包头
//
//Placesomejunkinthebuffer
//
memset（datapart,'E',datasize-sizeof（ICMP_HEADER））;//填充datapart
}
//计算检验和
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）;
}
//ICMP解包程序
voidDecodeICMPHeader（char*buf,intbytes,structsockaddr_in*from）
{
IP_HEADER*iphdr=NULL;
ICMP_HEADER*icmphdr=NULL;
unsignedshortiphdrlen;
DWORDtick;
iphdr=（IP_HEADER*）buf;
//Numberof32-bitwords*4=bytes
iphdrlen=sizeof（unsignedlong）*（iphdr->h_lenver&0xf）;//计算ip包头长度
tick=GetTickCount（）;
if（bytes{
printf（"Toofewbytesfrom%s\n",inet_ntoa（from->sin_addr））;
}
icmphdr=（ICMP_HEADER*）（buf+iphdrlen）;
if（icmphdr->i_type!
=ICMP_ECHOREPLY）//不是回送响应（ping应答），丢弃
{
printf（"nonechotype%drecvd\n",icmphdr->i_type）;
return;
}
//MakesurethisisanICMPreplytosomethingwesent!
//
if（icmphdr->i_id!
=（USHORT）GetCurrentProcessId（））//id号不符合，丢弃
{
printf（"someoneelse‘spacket!
\n"）;
return;
}
printf（"%dbytesfrom%s:
",bytes,inet_ntoa（from->sin_addr））;//输出正在使用的ip地址
printf（"icmp_seq=%d.",icmphdr->i_seq）;//输出序列号
printf（"time:
%dms",tick-icmphdr->timestamp）;//输出所用时间
printf（"\n"）;
return;
}
6实验结果
该程序用来检验网络中的一台目标主机是否可达，其功能相当与Windows系统自带的ping命令。
例如当程序检验地址为218.199.74.46的目标主机时，可以返回如下信息。
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