計算機網(wǎng)絡公選課課程論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著信息技術的發(fā)展及網(wǎng)絡應用的普及和擴大，家庭或小型辦公網(wǎng)絡處處可見，網(wǎng)絡管理、故障排除不再是專家的“專利”，了解網(wǎng)絡結構，對網(wǎng)絡連接進行檢測成為用戶的基本需求，然而路由跟蹤是網(wǎng)絡結構發(fā)現(xiàn),網(wǎng)絡故障診斷的重要工具，它越來越受用戶的關注。方便、快捷、可視的路由跟蹤小軟件也應運而生。</p><p>　　

2、本文主要介紹了路由跟蹤程序的實現(xiàn)原理，從而深入了解ICMP協(xié)議，ICMP報文格式及各字段含義。論文中包括路由跟蹤需求分析、總體設計和詳細設計的過程，闡述了以JAVA為開發(fā)平臺、以Eclipse為集成開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)網(wǎng)絡底層開發(fā)的方法。軟件系統(tǒng)中實現(xiàn)了Traceroute和Ping(Packet Internet Grope)程序。</p><p>　　關鍵詞　路由跟蹤； PING； JAVA；JPCAP</p&

3、gt;<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　Abstract錯誤！未定義書簽。</p><p><b>　　目 錄II</b></p><p><b>　　第1章 緒論1<

4、;/b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 開發(fā)環(huán)境介紹1</p><p>　　1.2.1 JAVA1</p><p>　　1.2.2 Eclipse開發(fā)環(huán)境2</p><p>　　1.2.3 Jpcap 簡介2</p><p>　　第2章 總體

5、設計5</p><p>　　2.1 需求分析5</p><p>　　2.2 系統(tǒng)主要功能描述5</p><p>　　2.3 系統(tǒng)模塊圖5</p><p>　　2.3.1 系統(tǒng)模塊概述5</p><p>　　2.3.2 系統(tǒng)模塊設計圖5</p><p>　　2.4 本章小結6<

6、/p><p>　　第3章 詳細設計7</p><p>　　3.1 系統(tǒng)設計7</p><p>　　3.1.1 Ping的實現(xiàn)原理7</p><p>　　3.1.2 Traceroute的實現(xiàn)原理7</p><p>　　3.1.3 IP報文結構8</p><p>　　3.1.4 ICMP報文

7、結構9</p><p>　　3.1.5 Ethenet報文結構11</p><p>　　3.2 系統(tǒng)流程圖設計12</p><p>　　3.2.1 Ping流程圖12</p><p>　　3.2.2 Traceroute流程圖13</p><p>　　3.3 界面設計14</p><p&

8、gt;　　3.4 本章小結15</p><p>　　第4章 系統(tǒng)實現(xiàn)16</p><p>　　4.1 數(shù)據(jù)包構造實現(xiàn)16</p><p>　　4.1.1 IP報文實現(xiàn)16</p><p>　　4.1.2 ICMP報文實現(xiàn)19</p><p>　　4.1.3 Ethenet報文實現(xiàn)21</p>

9、<p>　　4.2 Ping的實現(xiàn)23</p><p>　　4.3 Traceroute的實現(xiàn)26</p><p>　　4.4 界面的實現(xiàn)29</p><p>　　4.4.1 Ping控制面板實現(xiàn)29</p><p>　　4.4.2 Traceroute控制面板實現(xiàn)30</p><p>　　4.4.

10、3 主界面實現(xiàn)30</p><p>　　4.5 本章小結30</p><p>　　第5章 系統(tǒng)測試31</p><p>　　5.1 測試環(huán)境31</p><p>　　5.2 測試過程31</p><p>　　5.2.1 Ping測試31</p><p>　　5.2.2 Tracero

11、ute測試34</p><p>　　5.2.3 界面功能測試35</p><p>　　5.3 測試結果37</p><p>　　5.4 本章小結37</p><p><b>　　結 論38</b></p><p><b>　　參考文獻39</b></p&g

12、t;<p><b>　　致 謝40</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　路由是把信息從源穿過網(wǎng)絡傳遞到目的地的行為，在傳輸過程中，遇到一系列的中間節(jié)點。這些中間節(jié)點構成了路由跟蹤的依據(jù)。路

13、由的話題早已在計算機界出現(xiàn)，但直到八十年代中期才獲得商業(yè)成功，這一時間延遲的主要原因是七十年代的網(wǎng)絡很簡單，后來大型的網(wǎng)絡才較為普遍。而路由跟蹤是在路由的基礎上提出的問題，是利用路由跟蹤實用程序于確定 IP 數(shù)據(jù)報訪問目標所采取的路徑。</p><p>　　當我們不能通過網(wǎng)絡訪問目的設備時，網(wǎng)絡運行者就需要判斷是哪里出了問題。問題不僅僅會出現(xiàn)在最終目的設備，也可能出現(xiàn)在轉發(fā)數(shù)據(jù)包的中間路由器。解決方法是，了解了I

14、P數(shù)據(jù)報訪問目標所采取的路徑，將發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡布網(wǎng)簡單拓撲，確定路由斷點即可解決網(wǎng)絡故障。</p><p>　　操作系統(tǒng)中的tracert或traceroute路由跟蹤程序，通過它可以查看到達目標地址所經過的路徑。它的作用與ping有類似之處，使用ping可以檢查是否連接，如果不通，一般不好準確判斷哪一個節(jié)點出錯，而使用tracert則可以準確判斷出錯的部分。路由跟蹤程序隨著網(wǎng)絡的發(fā)展而發(fā)展，現(xiàn)已經較為成熟，不僅在操作

15、系統(tǒng)上有路由跟蹤程序，在中間設備也加入路由跟蹤程序，如cisco擴展路由跟蹤程序，提供詳細的參數(shù)選擇。</p><p>　　單、多線程路由跟蹤程序都已經面世，實現(xiàn)方式也各不相同，如基于記錄路由選項的，基于UDP，基于ICMP Echo Request的路由探測。本課題主要對該方向進一步研究，把Ping和Traceroute同時集成在一個軟件系統(tǒng)上，利用基于ICMP Echo Request的路由探測方法，并用多線

16、程編程實現(xiàn)多個目標同時跟蹤，使之成為方便、快捷、可視化的網(wǎng)絡輕型管理工具。</p><p>　　1.2 開發(fā)環(huán)境介紹</p><p>　　1.2.1 JAVA</p><p>　　Java是Java程序設計語言和Java平臺的總稱。Java平臺由Java虛擬機（Java Virtual Machine）和Java 應用編程接口（Application Program

17、ming Interface、簡稱API）構成。Java 應用編程接口為Java應用提供了一個獨立于操作系統(tǒng)的標準接口，可分為基本部分和擴展部分。在硬件或操作系統(tǒng)平臺上安裝一個Java平臺之后，Java應用程序就可運行?，F(xiàn)在Java平臺已經嵌入了幾乎所有的操作系統(tǒng)。這樣Java程序可以只編譯一次，就可以在各種系統(tǒng)中運行。</p><p>　　Java是一種簡單的，面向對象的，分布式的，解釋型的，健壯安全的，結構中

18、立的，可移植的，性能優(yōu)異、多線程的動態(tài)語言。</p><p>　　Java是跨平臺語言，一般來說對網(wǎng)絡的操作都在IP層以上，也就是只能對tcp/udp進行操作，當然也可以設置部分tcp/udp的option，如果想再往IP層或者數(shù)據(jù)link層操作就無能為力了，必須依靠JNI使用本地OS的socket部分接口。很幸運，我在知道有WinPcap的同時也知道有人在開發(fā)Jpcap，此包可以方便的操作網(wǎng)絡底層應用協(xié)議，以下

19、1.2.3小節(jié)將對Jpcap API作詳細說明。</p><p>　　1.2.2 Eclipse開發(fā)環(huán)境</p><p>　　Eclipse 是一個開放源代碼的、基于 Java 的可擴展開發(fā)平臺。就其本身而言，它只是一個框架和一組服務，用于通過插件組件構建開發(fā)環(huán)境。幸運的是，Eclipse 附帶了一個標準的插件集，包括 Java 開發(fā)工具（Java Development Tools，JD

20、T）。 </p><p>　　Eclipse是著名的跨平臺的自由集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。Eclipse是一個開發(fā)源碼項目，任何人都可以免費得到，并可以在此基礎上開發(fā)各自的插件，因此越來越受人們關注。使用者只需下載各種語言的插件即可。</p><p>　　Eclipse專注于為高度集成的工具開發(fā)提供一個全功能的平臺。它主要由Eclipse項目、Eclipse工具項目和Eclipse技術項目三

21、個項目組成，具體包括四個部分組成——Eclipse Platform、JDT、CDT和PDE.JDT支持Java開發(fā)、CDT支持C開發(fā)、PDE用來支持插件開發(fā)，Eclipse Platform則是一個開放的可擴展IDE，提供了一個通用的開發(fā)平臺。它提供建造塊和構造并運行集成軟件開發(fā)工具的基礎。Eclipse Platform允許工具建造者獨立開發(fā)與他人工具無縫集成的工具從而無須分辨一個工具功能在哪里結束，而另一個工具功能在哪里開始。&l

22、t;/p><p>　　Eclipse SDK（軟件開發(fā)者包）是Eclipse Platform、JDT和PDE所生產的組合并，它們可以一次下載。這些部分在一起提供了一個具有豐富特性的開發(fā)環(huán)境，允許開發(fā)者有效地建造可以無縫集成到Eclipse Platform中的工具。Eclipse SDK由Eclipse項目生產的工具和來自其它開放源代碼的第三方軟件組合而成。Eclipse項目生產的軟件以 CPL發(fā)布，第三方組件有各

23、自自身的許可協(xié)議。</p><p>　　Eclipse讓JAVA開發(fā)更快捷更高效，無論對于龐大的開發(fā)項目還是微小的程序設計它都成為用戶的青睞。</p><p>　　1.2.3 Jpcap 簡介</p><p>　　1.JPCAP開發(fā)環(huán)境安裝</p><p>　　只需要把lib中的dll文件拷貝到jre的bin目錄，同時lib中的jar文件拷貝

24、到jre中的lib/ext目錄下就安裝完整，當然你可以使用exe安裝包進行安裝，這樣會更加的簡單。</p><p>　　需要注意的是，我們經常使用的Windows XP操作系統(tǒng)大部分都是精簡版，可能少了WinCap工具，所以在程序開發(fā)時，同時安裝上WinPcap。</p><p>　　2.Jpcap類庫的基本結構如圖1-1所示：</p><p>　　圖1-1 Jpc

25、ap 類庫結構</p><p>　　3. Packet基類及其子類</p><p>　　Packet這個類是所有被捕獲的數(shù)據(jù)包的基類，可以提供被捕獲數(shù)據(jù)包的長度，被捕獲數(shù)據(jù)包的時間標記等基本信息。</p><p>　　ARPPacket和IPPacket是繼承Packet的子類，它們將被捕獲包分成兩類。ARPPacket按照ARP數(shù)據(jù)報的內容，將其各數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)取出

26、。IPPacket則被分得更細。這兩個類主要與是與數(shù)據(jù)鏈路層密切相關的，其與MAC地址相關的信息在EthemetPacket類中表示出來。EthemetPacket是從DatalinkPacket繼承而來的。</p><p>　　IPPacket下有三個子類，分別是ICMPPacket、TCPPacket、UDPPacket。這三個類分別表示的是被存儲在IP數(shù)據(jù)報的報文中發(fā)送的ICMP、TCP、UDP報文。<

27、;/p><p>　　在被捕獲包的基本信息就可以通過直接轉化為字符串（toString）而得到。</p><p>　　如ICMPPacket在用toString方法直接轉化，得到字符串為：類型 type(type) 執(zhí)行命令code(code)。</p><p>　　4. Jpcap的主要功能</p><p>　　Jpcap提供了十分方便的數(shù)據(jù)包捕

28、獲方法。Jpcap使用一個事件模型來處理包。首先，必須創(chuàng)建一個執(zhí)行接口jpcap.JpcapHandler的類。</p><p>　　public class Jpcaphandler implements JpcapHandler {</p><p>　　public void handlePacket(Packet packet){</p><p>　　Syst

29、em.out.println(packet);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　為了捕獲包，需要讓Jpcap知道要用哪個網(wǎng)絡設備來監(jiān)聽。API提供了jpcap.Jpcap.getDeviceList()方法以滿足這一目的。這個方法返回一列字符串，可以按一

30、下方法如下使用它：</p><p>　　String[] devices = Jpcap.getDeviceList(); </p><p>　　一旦有了一個設備名稱的目錄，只要從其中選取一個用來監(jiān)聽：</p><p>　　String deviceName = devices[0]; </p><p>　　選擇一個設備之后，通過Jpcap.

31、openDevice()方法打開它。openDevice()方法需要四個參數(shù)：即將打開的設備名，從設備上一次讀取的最大字節(jié)數(shù)，說明是否將設備設為混雜模式的Boolean值，和以后調用processPacket()方法要使用到的超時值。</p><p>　　Jpcapjpcap = Jpcap.openDevice(deviceName, 1024, false, 10000); </p><p

32、>　　openDevice()方法將一個參數(shù)返回到用以捕獲的Jpcap對象。既然有了Jpcap實例，你可以調用processPacket() 或loopPacket()開始監(jiān)聽了。這兩種方式都帶有兩個參數(shù)：捕獲的最大包數(shù)可以是-1（說明沒有限制）；執(zhí)行JpcapHandler的一個類的實例。</p><p>　　如果你調用processPacket()，那么Jpcap將一直捕獲包，直到超過openDevic

33、e中規(guī)定的時限或達到了規(guī)定的最大包數(shù)。loopPacket()則將一直捕獲包，直到達到最大包數(shù)，如果沒有最大數(shù)限制，它將永遠運行下去。就像下面這樣調用：</p><p>　　jpcap.loopPacket(-1, new Jpcaphandler()); </p><p>　　對于捕獲的數(shù)據(jù)包，可以利用Jpcap中的Packet及其子類進行分類分析，獲得數(shù)據(jù)包的詳細信息。</p&g

34、t;<p>　　Jpcap還有進行數(shù)據(jù)包過濾的函數(shù)setFilter(java.lang.String condition, boolean optimize)。其中condition是過濾條件。在進行數(shù)據(jù)包捕獲前設置過濾條件，可以將不感興趣的數(shù)據(jù)包剔除。</p><p>　　jpcap.setFilter("host 210.212.147.149",tru

35、e);</p><p>　　因為Jpcap對數(shù)據(jù)包進行了分類，而數(shù)據(jù)包中的關鍵字段也有接口調用，所以在設置過濾條件時也可以在利用這些條件進行更細致的分類。</p><p>　　Jpcap還提供了用來發(fā)送數(shù)據(jù)包的一個類JpcapSender，可以用來發(fā)送IPPacket及其子類，包括IPPacket、ICMPPacket、TCPPacket、UDPPacket。定義好一個相應的包后，就可以利

36、用sendPacket函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)包。</p><p>　　JpcapSender sender=JpcapSender.openDevice(Jpcap.getDeviceList()[0]);</p><p>　　sender.sendPacket(p); //send a packet</p><p><b>　　第2章 總體設計</b>

37、</p><p><b>　　2.1 需求分析</b></p><p>　　系統(tǒng)實現(xiàn)路由的跟蹤，每經過一個路由，要求得到經過該路由節(jié)點的地址，也就是說輸入目標信息，可以得到本地主機到目標經過的所有中間節(jié)點。這些中間節(jié)點用IP地址標識。并要求對跟蹤跳數(shù)，每一跳等待時間可控。</p><p>　　為了讓系統(tǒng)更加完善，首先要測試目標的連通性，系統(tǒng)中也

38、要實現(xiàn)目標探測功能，即Ping功能。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)主要功能描述</p><p>　　數(shù)據(jù)包構造：主要實現(xiàn)IP包，ICMP包和Ethenet包的構造（參考Jpcap包構造方法）。</p><p>　　獲取本地網(wǎng)絡信息 ：主要實現(xiàn)PC機網(wǎng)絡設備（網(wǎng)卡）的打開，獲取該網(wǎng)卡的網(wǎng)絡信息，如IP，MAC地址。</p><p>　　Pi

39、ng功能：主要實現(xiàn)測試到達目的網(wǎng)絡節(jié)點是否暢通，與windows自帶Ping功能基本相同。</p><p>　　Traceroute功能：主要實現(xiàn)路由跟蹤方法，輸入跟蹤目標的IP地址或URL地址，即可跟蹤，亦可進行多目標的同時跟蹤。</p><p>　　界面模塊：主要實現(xiàn)可視化操作界面。</p><p><b>　　2.3 系統(tǒng)模塊圖</b>&

40、lt;/p><p>　　2.3.1 系統(tǒng)模塊概述</p><p>　　按系統(tǒng)實現(xiàn)要求主要分成5大模塊：數(shù)據(jù)包構造模塊、獲取本地網(wǎng)絡信息模塊、Ping功能模塊、Traceroute功能模塊和界面模塊。其中，數(shù)據(jù)包構造模塊包括IP包構造、ICMP包構造和Ethernet包構造；獲取本地網(wǎng)絡信息模塊包打開網(wǎng)絡設備和獲取本地信息功能；Ping功能模塊和Traceroute功能模塊是發(fā)送數(shù)據(jù)包，監(jiān)聽接收

41、的數(shù)據(jù)包進行分析處理；界面模塊包括Ping控制面板，Traceroute控制面板和主控制面板。</p><p>　　2.3.2 系統(tǒng)模塊設計圖</p><p>　　系統(tǒng)模塊圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)模塊設計圖</p><p><b>　　2.4 本章小結</b></p><

42、p>　　本章主要講述了系統(tǒng)的需求分析、整體模塊劃分，對系統(tǒng)進行結構總體設計，為進一步做好系統(tǒng)詳細設計做好準備。</p><p><b>　　第3章 詳細設計</b></p><p><b>　　3.1 系統(tǒng)設計</b></p><p>　　系統(tǒng)設計中，了解系統(tǒng)中各個模塊實現(xiàn)原理是設計的基礎，以下分別對系統(tǒng)中主要原理進

43、行詳細闡述，為進一步流程設計做準備。</p><p>　　3.1.1 Ping的實現(xiàn)原理</p><p>　　Ping (Packet Internet Grope)，因特網(wǎng)包探索器，用于測試網(wǎng)絡連接量的程序。Ping發(fā)送一個ICMP回聲請求消息給目的地并報告是否收到所希望的ICMP回聲應答。</p><p>　　以下面一個網(wǎng)絡為例：有A、B、C、D四臺機子，一臺路

44、由RA，子網(wǎng)掩碼均為255.255.255.0，默認路由為192.168.0.1。</p><p>　　在同一網(wǎng)段內，在主機A上運行“Ping 192.168.0.5”后，都發(fā)生了些什么呢? 首先，Ping命令會構建一個固定格式的ICMP請求數(shù)據(jù)包，然后由ICMP協(xié)議將這個數(shù)據(jù)包連同地址“192.168.0.5”一起交給IP層協(xié)議（和ICMP一樣，實際上是一組后臺運行的進程），IP層協(xié)議將以地址“192.168.

45、0.5”作為目的地址，本機IP地址作為源地址，加上一些其他的控制信息，構建一個IP數(shù)據(jù)包，并想辦法得到192.168.0.5的MAC地址（物理地址，這是數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議構建數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸單元——幀所必需的），以便交給數(shù)據(jù)鏈路層構建一個數(shù)據(jù)幀。關鍵就在這里，IP層協(xié)議通過機器B的IP地址和自己的子網(wǎng)掩碼，發(fā)現(xiàn)它跟自己屬同一網(wǎng)絡，就直接在本網(wǎng)絡內查找這臺機器的MAC,如果以前兩機有過通信，在A機的ARP緩存表應該有B機IP與其MAC的映射關

46、系，如果沒有，就發(fā)一個ARP請求廣播，得到B機的MAC,一并交給數(shù)據(jù)鏈路層。后者構建一個數(shù)據(jù)幀，目的地址是IP層傳過來的物理地址，源地址則是本機的物理地址，還要附加上一些控制信息，依據(jù)以太網(wǎng)的介質訪問規(guī)則，將它們傳送出去。</p><p>　　主機B收到這個數(shù)據(jù)幀后，先檢查它的目的地址，并和本機的物理地址對比，如符合，則接收；否則丟棄。接收后檢查該數(shù)據(jù)幀，將IP數(shù)據(jù)包從幀中提取出來，交給本機的IP層協(xié)議。同樣，I

47、P層檢查后，將有用的信息提取后交給ICMP協(xié)議，后者處理后，馬上構建一個ICMP應答包，發(fā)送給主機A，其過程和主機A發(fā)送ICMP請求包到主機B一模一樣。</p><p>　　不在同一網(wǎng)段內，在主機A上運行“Ping 192.168.1.4”后，開始跟上面一樣，到了怎樣得到MAC地址時，IP協(xié)議通過計算發(fā)現(xiàn)D機與自己不在同一網(wǎng)段內，就直接將交由路由處理，也就是將路由的MAC取過來，至于怎樣得到路由的MAC，跟上面一

48、樣，先在ARP緩存表找，找不到就廣播吧。路由得到這個數(shù)據(jù)幀后，再跟主機D進行聯(lián)系，如果找不到，就向主機A返回一個超時的信息。</p><p>　　3.1.2 Traceroute的實現(xiàn)原理</p><p>　　Traceroute程序的實現(xiàn)主要涉及IP頭部生存時間(time to live ,TTL)字段的使用。</p><p>　　設置TTL字段的目的是防止數(shù)據(jù)報

49、由于選路錯誤或其他軟硬件原因從而導致在網(wǎng)絡中無休止的流動，它指定了數(shù)據(jù)報的生存時間。TTL的初始值由源主機設置，當一份數(shù)據(jù)報經過路由器時，處理該數(shù)據(jù)報的路由器都需要把TTL值減去數(shù)據(jù)報在路由器中停留的秒數(shù)。但事實上大多數(shù)路由器只是簡單地將TTL值減1，因此TTL字段最終被實現(xiàn)為一個跳站計數(shù)器。當TTL字段的值被減為0時，路由器就不會轉發(fā)該數(shù)據(jù)報，而是將其丟棄，并產生一份ICMP超時差錯報文發(fā)往源主機以通知錯誤的發(fā)生。Traceroute

50、程序的關鍵就在于返回的這份ICMP超時差錯報文的源地址就是途經路由器的IP地址。由此，通過依次遞增TTL字段的值，就可以得到一份數(shù)據(jù)報在其傳輸路徑上所經過的路由信息。</p><p>　　Traceroute程序在具體實現(xiàn)時，是令其向目的主機發(fā)送一個ICMP回顯請求（Echo request）消息，并重復遞增IP頭部TTL字段的值。剛開始的時候TTL等于1，這樣當該數(shù)據(jù)報抵達途中的第一個路由器時，TTL的值就被減

51、為0，導致發(fā)生超時錯誤，因此該路由器生成一份ICMP超時差錯報文返回給源主機。隨后，主機將數(shù)據(jù)報的TTL值遞增1，以便IP報文能傳遞到下一個路由器，下一個路由器將會生成ICMP超時超時差錯報文返回給源主機。不斷重復這個過程，直到數(shù)據(jù)報到達最終的目的主機，此時目的主機將返回ICMP回顯應答（Echo replay）消息。這樣，源主機只需對返回的每一份ICMP報文進行解析處理，就可以掌握數(shù)據(jù)報從源主機到達目的主機途中所經過的路由信息。<

52、;/p><p>　　3.1.3 IP報文結構</p><p>　　IP數(shù)據(jù)報的最開始存放著IP的版本（version）。Ipv4版本存放為4。接下來IHL是一個字符，即以32位為一個單位，存放著從版本開始到填充結束的報頭的長度。最短的情況沒有選項，這是IHL的值為5。</p><p>　　服務類型字段（type of service）表示IP數(shù)據(jù)報在傳遞時發(fā)送端要求的品

53、質。第七位是為將來預留的擴展位。</p><p>　　數(shù)據(jù)報長度字段（total length）以8位為一個單位，即字節(jié)表示IP數(shù)據(jù)報的長度。接下來的標識字段（identification），從TCP等上層協(xié)議調用時IP數(shù)據(jù)報的標識號。</p><p>　　標志字段（flags）和數(shù)據(jù)塊偏移（fragment offset）用于對數(shù)據(jù)塊偏移的處理。IP數(shù)據(jù)報要在數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議規(guī)定下裝入幀

54、的報文中傳送，由于IP數(shù)據(jù)報中，報文部分最大就有65535為，數(shù)據(jù)鏈路層的幀是不能全部容納的，所以采用叫做分塊的方法。分割的數(shù)據(jù)稱為碎塊。IP數(shù)據(jù)報的標志表示有無碎塊，數(shù)據(jù)塊偏移用于保證數(shù)據(jù)塊偏移按照正確的順序處理。</p><p>　　TTL字段是為了防止錯誤的IP數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡上循環(huán)，賦予IP數(shù)據(jù)報一定的壽命。IP數(shù)據(jù)報在發(fā)送時就在TTL字段中設置其壽命。TTL字段的值在IP數(shù)據(jù)報每通過一次路由器時，進行一次衰

55、減。當為0時，IP數(shù)據(jù)報就被刪除。通常設為最大值255。</p><p>　　協(xié)議字段（protocol）中存放著表示TCP等IP的上層協(xié)議的值。包括ICMP、TCP、EGP、IGP、UDP等。</p><p>　　在檢查錯誤的報頭校驗碼（header checksum）的后面是發(fā)送端地址和目的地址，他們在Ipv4中都為32位。最后存放的是選項和把報頭進行32位整數(shù)化后余下的位。</

56、p><p>　　IP報文結構如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 IP數(shù)據(jù)包頭的結構</p><p>　　3.1.4 ICMP報文結構</p><p>　　1.ICMP報文與IP報文的關系</p><p>　　ICMP是因特網(wǎng)控制報文協(xié)議（Internet Control Message Protocol,ICM

57、P）的縮寫。ICMP通常被認為是IP層的一個組成部分（子協(xié)議），主要用于在IP主機和路由器之間傳遞控制消息。但從結構上看它位于IP層的上方，因為ICMP報文是封裝在IP數(shù)據(jù)報內作為有效載荷傳輸?shù)模cIP報文的關系如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 IP報文與ICMP報文的關系</p><p>　　2.ICMP報文結構</p><p>　　ICMP報文的

58、一般格式如圖3-3所示，所有ICMP報文的前4個字節(jié)都是一樣的，但是剩余的其他字節(jié)則根據(jù)不同的類型和代碼而有所區(qū)別。</p><p>　　圖3-3 ICMP報文的一般格式</p><p>　　類型（type）字段可以有15個不同的取值，用來描述特定類型的ICMP報文。ICMP報文可以劃分為查詢報文和差錯報告報文兩類，某些ICMP報文進一步使用代碼（code）字段來描述同一類型下的不同條件，

59、因此不同類型的ICMP報文是由類型字段和代碼字段共同決定的。16位校驗和字段使用與IP報頭的校驗和字段機同的網(wǎng)際校驗算法，不同的是該校驗和覆蓋整個ICMP報文，即校驗內容不僅包括ICMP報頭，還包括ICMP數(shù)據(jù)部分。</p><p>　　部分類型的ICMP報文及其說明參照表3-1。</p><p>　　表3-1 部分ICMP報文參照表</p><p>　　3.ICM

60、P回顯請求與回顯應答報文</p><p>　　系統(tǒng)中涉及3種類型的ICMP報文：ICMP回顯請求報文、ICMP回顯應答報文和ICMP超時差錯報文。其中，ICMP回顯請求與回顯應答報文結構如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 ICMP回顯請求與應答報文結構</p><p>　　這兩種報文通常也稱作Ping報文，目的是為了測試一臺主機到另一臺主機是否可達。當一

61、臺主機收到ICMP回顯請求報文后，接收主機應向源主機回送ICMP回顯應答報文，且該回顯報文必須響應源報文中標識符、序列號和選項數(shù)據(jù)三個字段（即應將這三個字段原封不動地返回）。</p><p>　　4.ICMP超時差錯報文</p><p>　　ICMP超時報文會在兩種情況下產生：一是路由器在轉發(fā)數(shù)據(jù)報時IP頭部的TTL值減為0，二是當組成一個數(shù)據(jù)報的所有分片未能在某一限定時間內到達目的主機而

62、導致的超時。兩種情況下路由器或目的主機都將丟棄相應分組并向源主機發(fā)送超時差錯報文，本程序主要是利用第一種情況產生的超時差錯報文來收集路由信息。</p><p>　　ICMP超時差錯報文的結構如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 ICMP超時差錯報文結構</p><p>　　ICMP（所有）差錯報文的規(guī)則是：報文中的數(shù)據(jù)部分必須包含產生該差錯報文的IP數(shù)據(jù)報

63、頭部（包含選項字段），以及（至少包含）跟在該IP頭部后面的前8個字節(jié)。這樣接收ICMP的進程就可以根據(jù)所包含的差錯數(shù)據(jù)將其與之前的某個特定的報文或進程關聯(lián)起來。</p><p>　　對于使用的回顯請求報文，由它產生的ICMP超時差錯報文的完整格式如圖3-6所示。</p><p>　　圖5-6 ICMP超時差錯報文的完整格式</p><p>　　3.1.5 Ethen

64、et報文結構</p><p>　　以太網(wǎng)幀的結構是這樣。開始的64位是前同步碼（preamble）和幀首定界符（start frame delimiter）。前同步碼是使發(fā)送端和接收端在數(shù)據(jù)的交接上步調一致的信號。發(fā)送端以56位（10101010…10）反復發(fā)送1和0信號。接收端接收到這種信號后，準備讀取發(fā)送來的信號。</p><p>　　前同步碼結束后使表示幀的真正開始的8位（10101

65、011）位列。幀首定界符之后是地址等報頭信息。幀首定界符后面是接收端及發(fā)送端的MAC地址。只有在接收端的MAC地址是自己的MAC地址的情況下，才能進行幀的接收；MAC地址為其他機器的情況下，將不接收改幀。但當接收端地址全部都為1時，在同一以太網(wǎng)內連接的所有設備，都要接收該幀。地址全部為1的MAC地址稱為廣播地址。</p><p>　　接收端和發(fā)送端的MAC地址后面是16位的類型字段（type field）。類型字

66、段中存放的是以太網(wǎng)幀中傳送數(shù)據(jù)的上層協(xié)議的種類代碼。以太網(wǎng)幀的報文部最大能存放12000位，即1500字節(jié)。以太網(wǎng)是物理層及數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議。以太網(wǎng)幀所傳送的數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡層規(guī)定的數(shù)據(jù)包。如果要使用IP網(wǎng)絡協(xié)議，則IP數(shù)據(jù)包就將存儲在以太網(wǎng)幀的報文處。幀的尾部是檢查數(shù)據(jù)錯誤的錯誤校驗及修正碼。以太網(wǎng)中常使用循環(huán)冗余校驗（CRC: Cyclic Redundancy Check）檢查錯誤。CRC中，將表示幀的位列作為多項式。把多項式與準備好的

67、特定多項式相除，得出的結果與數(shù)據(jù)一同發(fā)送。在接收端重新進行一次除法運算，用其結果確認傳送來的數(shù)據(jù)正確與否。Ethenet報文格式如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 Ethenet報文格式</p><p>　　3.2 系統(tǒng)流程圖設計</p><p>　　3.2.1 Ping流程圖</p><p>　　根據(jù)3.1節(jié)對Ping原理的分析

68、，Ping程序流程圖如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 Ping流程圖</p><p>　　3.2.2 Traceroute流程圖</p><p>　　根據(jù)3.1節(jié)對Traceroute原理的分析，Traceroute流程圖如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 Traceroute流程圖</p><p

69、><b>　　3.3 界面設計</b></p><p>　　界面設計遵循KISS原則就是"Keep It Simple And Stupid"的縮寫，簡潔和易于操作。要求在界面中接收輸入的參數(shù)，如目標信息，最大跳數(shù)，等待時間等信息，然后按“確定”按鈕即可啟動Ping或Traceroute線程，啟動程序后實時在界面上顯示執(zhí)行信息，并要求可以停止當前運行的線程。<

70、/p><p><b>　　3.4 本章小結</b></p><p>　　在本章中，詳細地闡述設計的原理，并以圖文形式表達了本系統(tǒng)邏輯結構設計和各模塊的控制流程設計。</p><p><b>　　第4章 系統(tǒng)實現(xiàn)</b></p><p>　　4.1 數(shù)據(jù)包構造實現(xiàn)</p><p>

71、　　本系統(tǒng)中主要用到的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)報文包括IP報文、ICMP報文和Ethernet報文，上一章對報文結構及協(xié)議特性作了詳細分析，這節(jié)將用代碼實現(xiàn)這些報文。各報文之間的類關系如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 報文類之間的關系</p><p>　　4.1.1 IP報文實現(xiàn)</p><p>　　根據(jù)以上IP數(shù)據(jù)包的結構，程序實現(xiàn)如下。</p>&l

72、t;p>　　1.數(shù)據(jù)包的基類，可以提供被捕獲數(shù)據(jù)包的長度，被捕獲數(shù)據(jù)包的時間標記等基本信息</p><p>　　public class Packet implements Serializable</p><p><b>　　{</b></p><p>　　public Packet()</p><p><

73、;b>　　{</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void setPacketValue(long sec, long usec, int caplen, int len)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　this.sec

74、 = sec;</p><p>　　this.usec = usec;</p><p>　　this.caplen = caplen;</p><p>　　this.len = len;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void setDatalinkPacket(Da

75、talinkPacket p)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　datalink = p;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void setPacketData(byte data[])</p><p><b>

76、;　　{</b></p><p>　　this.data = data;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void setPacketHeader(byte header[])</p><p><b>　　{</b></p><p>　

77、　this.header = header;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　public String toString()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　return (new StringBuilder(String.valueOf(s

78、ec))).append(":").append(usec).toString();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　public long sec;</p><p>　　public long usec;</p><p>　　public int caplen;</

79、p><p>　　public int len;</p><p>　　public DatalinkPacket datalink;</p><p>　　public byte header[];</p><p>　　public byte data[];</p><p><b>　　}</b><

80、/p><p>　　2.繼承父類Packet，實現(xiàn)IPPacket類</p><p>　　public class IPPacket extends Packet</p><p><b>　　{</b></p><p>　　public IPPacket()</p><p><b>　　{&l

81、t;/b></p><p>　　options = null;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　public void setIPv4Parameter(int priority, boolean d_flag, boolean t_flag, boolean r_flag, int rsv_tos, bool

82、ean rsv_frag, boolean dont_frag, </p><p>　　boolean more_frag, int offset, int ident, int ttl, int protocol, InetAddress src, InetAddress dst)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　

83、version = 4;</p><p>　　this.priority = (byte)priority;</p><p>　　this.d_flag = d_flag;</p><p>　　this.t_flag = t_flag;</p><p>　　this.r_flag = r_flag;</p><p>　

84、　this.rsv_tos = (byte)rsv_tos;</p><p>　　this.rsv_frag = rsv_frag;</p><p>　　this.dont_frag = dont_frag;</p><p>　　this.more_frag = more_frag;</p><p>　　offset = (short)off

85、set;</p><p>　　this.ident = ident;</p><p>　　hop_limit = (short)ttl;</p><p>　　this.protocol = (short)protocol;</p><p>　　src_ip = src;</p><p>　　dst_ip = dst;&

86、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　void setIPv4Value(byte ver, byte pri, boolean d, boolean t, boolean r, byte rsv_tos, boolean rf, </p><p>　　boolean df, boolean mf, short offse

87、t, short len, short ident, short ttl, short proto, </p><p>　　byte src[], byte dst[])</p><p><b>　　{</b></p><p>　　version = ver;</p><p>　　priority = pri;</

88、p><p>　　d_flag = d;</p><p>　　t_flag = t;</p><p>　　r_flag = r;</p><p>　　this.rsv_tos = rsv_tos;</p><p>　　rsv_frag = rf;</p><p>　　dont_frag = df;&l

89、t;/p><p>　　more_frag = mf;</p><p>　　this.offset = offset;</p><p>　　length = len;</p><p>　　this.ident = ident;</p><p>　　hop_limit = ttl;</p><p>　　

90、protocol = proto;</p><p><b>　　try</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　src_ip = InetAddress.getByAddress(src);</p><p>　　dst_ip = InetAddress.getByAddr

91、ess(dst);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　catch(UnknownHostException unknownhostexception) { }</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void setOption(byte option[

92、])</p><p><b>　　{</b></p><p>　　this.option = option;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　byte[] getSourceAddress()</p><p><b>　　{</b&

93、gt;</p><p>　　return src_ip.getAddress();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　byte[] getDestinationAddress()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　retur

94、n dst_ip.getAddress();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　public String toString()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Return (new StringBuilder(String.valueOf(s

95、uper.toString()))).append(" ").append(src_ip).append("->").append(dst_ip).append(" protocol(").append(protocol).append(") priority(").append(priority).append(") ").app

96、end(d_flag ? "D" : "").append(t_flag ? "T" : "").append(r_flag ? "R" : "").append(" hop(").append(hop_limit).append(") ").append(rsv_frag ?

97、"RF/" : "").append(dont_frag ? "DF/" : "").append(more_frag ? "MF" : "").append(" offset(").append(offset).append(") ident(").append(ident).

98、append(")")</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//（省略）IP包類型定義及ICMP包所用數(shù)據(jù)類型定義，實現(xiàn)代碼參見設計代碼</p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.1.2 ICMP報文實現(xiàn)</p><

99、;p>　　根據(jù)以上ICMP包結構分析，繼承IP包結構，實現(xiàn)程序如下。</p><p>　　public class ICMPPacket extends IPPacket</p><p><b>　　{</b></p><p>　　public ICMPPacket()</p><p><b>　　{&l

100、t;/b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void setValue(byte type, byte code, short checksum, short id, short seq)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　this.typ

101、e = type;</p><p>　　this.code = code;</p><p>　　this.checksum = checksum;</p><p>　　this.id = id;</p><p>　　this.seq = seq;</p><p><b>　　}</b></p

102、><p>　　void setID(short id, short seq)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　this.id = id;</p><p>　　this.seq = seq;</p><p><b>　　}</b></p>

103、<p>　　void setTimestampValue(int orig, int recv, int trans)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　orig_timestamp = orig;</p><p>　　recv_timestamp = recv;</p><p>　　

104、trans_timestamp = trans;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void setRedirectIP(byte ip[])</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　try</b></p>&

105、lt;p><b>　　{</b></p><p>　　redir_ip = InetAddress.getByAddress(ip);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　catch(UnknownHostException unknownhostexception) { }</p>

106、;<p><b>　　}</b></p><p>　　byte[] getRedirectIP()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　return redir_ip.getAddress();</p><p><b>　　}</b><

107、;/p><p>　　void setRouterAdValue(byte addr_num, byte entry_size, short alive_time, String addr[], int pref[])</p><p><b>　　{</b></p><p>　　this.addr_num = addr_num;</p>

108、<p>　　addr_entry_size = entry_size;</p><p>　　this.alive_time = alive_time;</p><p>　　for(int i = 0; i < addr_num; i++)</p><p><b>　　{</b></p><p><

109、b>　　try</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　router_ip[i] = InetAddress.getByName(addr[i]);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　catch(UnknownHostExcep

110、tion unknownhostexception) { }</p><p>　　preference[i] = pref[i];</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　public String toString()</p>

111、<p><b>　　{</b></p><p>　　return (new StringBuilder(String.valueOf(super.toString()))).append("type(").append(type).append(") code(").append(code).append(")").t

112、oString();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//（省略）ICMP包類型定義，實現(xiàn)代碼參見設計代碼</p><p>　　//（省略）ICMP包所用數(shù)據(jù)類型定義</p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.1.3 Ethe

113、net報文實現(xiàn)</p><p>　　根據(jù)Ethenet包的結構，構造Ethenet包程序代碼如下。并通過實現(xiàn) java.io.Serializable 接口以啟用其序列化功能。</p><p>　　public abstract class DatalinkPacket implements Serializable</p><p><b>　　{<

114、/b></p><p>　　public DatalinkPacket()</p><p><b>　　{ }</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　public class EthernetPacket extends DatalinkPacket</p&

115、gt;<p><b>　　{</b></p><p>　　public EthernetPacket()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void setValue(byte dst[], byt

116、e src[], short frame)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　dst_mac = dst;</p><p>　　src_mac = src;</p><p>　　frametype = frame;</p><p><b>　　}</b&g

117、t;</p><p>　　public String getSourceAddress()</p><p><b>　　{//獲取源地址</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　public String getDestinationAddress()</p>

118、<p><b>　　{//獲取目的地址</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　public String toString()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　return (new StringBuild

119、er(String.valueOf(super.toString()))).append(" ").append(getSourceAddress()).append("->").append(getDestinationAddress()).append(" (").append(frametype).append(")").toString();&

120、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　private char hexUpperChar(byte b)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　b = (byte)(b >> 4 & 0xf);</p><p>

121、　　if(b == 0)</p><p>　　return '0';</p><p>　　if(b < 10)</p><p>　　return (char)(48 + b);</p><p><b>　　else</b></p><p>　　return (char)((9

122、7 + b) - 10);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　private char hexLowerChar(byte b)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　b &= 0xf;</b></p>