解析ip數據包課程設計

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文檔簡介

1、　　課程設計任務書　　目錄　　1．實驗目的　　2．實驗要求　　3．預備知識</

2、b>　　4．課程設計分析　　5．實現過程　　6．程序流程圖　　7．相關擴展

3、;　　8．實習體會　　9．參考文獻　　一．實驗目的：　　設計一個解析IP數據包的程序,并根據這個程序,說明IP數據包的結構及IP協議的相關問題,從而IP層的工作原理有更好的理解和認識.</p&g

4、t;　　二．實驗要求： 　　本設計的目標是捕獲網絡中數據包,解析數據包的內容,將、結果顯示在標準輸出上,并同時寫入日志文件.　　程序的具體要求如下:　　以命令行形式運行:ipparse logfile,其中ipparse是程序名,而logfile則代表記錄結果的日志文

5、件.　　在標準輸出和日志文件中寫入捕獲的IP數據包的版本,頭長度,服務類型,數據包總長度,數據包標識,分段標志,分段偏移值,生存時間,上層協議類型,頭校驗和,源IP地址和目的IP地址等內容.　　當程序接收到鍵盤輸入Ctrl+C時退出.　　三.預備知識

6、　　互聯網絡層是TCP/IP協議參考模型中的關鍵部分.IP協議把傳輸層送來的消息組裝成IP數據包,并把IP數據包傳送給數據鏈層.IP協議在TCP/IP協議族中處于核心地位,IP協議制定了統(tǒng)一的IP數據包格式,以消除個通信子網中的差異,從而為信息發(fā)送方和接收方提供了透明的傳輸通道.編制本程序前,首先要對IP包的格式有一定了解,圖1給出了IP協議的數據包格式.　　IP數據包的第一

7、個字段是版本字段,其度是4位,表示所使用的IP協議的版本.目前的版本是IPV4,版本字段的值是4,下一代版本是IPV6,版本字段值是6.本程序主要針對版本是IPV4的數據包的解析.　　報頭標長字段為4位,它定義了以4B為一個單位的IP包的報文長度.報頭中除了選項字段和填充域字段外,其他各字段是定長的.因此,IP數據包的頭長度在20—40B之間,是可變的.

8、　　0 4 8 16 19 24 31　　圖1 IP數據包的格式　　服務類型字段共8位,用于指示路由器如何處理該數據包.該字段長度由4位服務類型(TOS)子域和3位優(yōu)先級子域組成,1位為保留位,該字段結構如圖2所示.</p&

9、gt;　　B7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0　　圖2 服務類型字段結構　　優(yōu)先級共有8種,優(yōu)先級越高表明數據包越重要.表1中列出了各種優(yōu)先級所代表的意義.　　表一優(yōu)先子域

10、的說明　　在4位服務類型子域中b4,b3,b2,b1分別表示D(延遲),T(吞吐量),R(可靠性)與C(成本).表2列出了服務器類型自域的構成.　　總長度字段為2B,它定義了以字節(jié)為單位的數據包的總長度.IP數據包的最大長度為65535B.　　標識字段的長度為16位,用于識別IP數據包的編號.每批數據都要有一個標

11、識值,用于讓目的主機判斷新來的數據屬于哪個分組.　　報頭中的標志字段如圖7-3所示.標志字段共3位,最高位是0.禁止分片標志DF(do not fragment)字段的值若為1,表示不能對數據包分片;若DF值為0,則表明可以分片.分片標志MF(more fragment)的值為1,表示接收到的不是最后一個分片;若MF值為0,表示接收到的是最后一個分片.

12、　　片偏移字段共13位,說明分片在整個數據包中的相對位置.片偏移值是以8B為單位來記數的,因此選擇的分片長度應該是8B的整數倍.　　生存時間(TTL)字段為8位,用來設置數據包在互聯網絡的傳輸過程的壽命,通常是用一個數據包可以經過的最多的路由器跳步數來限定的.　　協議字段為8位,表示使用此IP數據包的高層協議類型,常用的協議號如表7-3所示.</p

13、>　　表7-3 典型的協議號　　頭校驗和字段為16位，用于存放檢查報頭錯誤的校驗碼。檢驗的范圍是整個IP包的報頭。校驗和按如下方法計算：　　1）將頭校驗和的字段置為0。　　2）將報頭部分的所有數據以16位為單位進行累加，累加方式是求異或。　　3

14、）將累加的結果取反碼，就是頭校驗和。　　當收到一個IP包時，要檢查報頭是否出錯，就把報頭中的所有數據以16位為單位進行累加，若累加的結果為0，則報文沒有出錯。　　地址字段包括源地址和目的地址。源地址和目的地址的長度都是32位，分別表示發(fā)送數據包的源主機和目的主機的IP地址。　　選項字段的長度范圍為0~40B，主要

15、用于控制和測試。在使用選項字段的過程中，有可能出現報頭部分的長度不是32位的整數倍的情況。如果出現這種情況，就需要通過填充位來湊齊。　　四．課程設計分析　　為了獲取網絡中的IP數據包，必須對網卡進行編程，在這里我們使用套接字（socket）進行編程。但是，在通常情況下，網絡通信的套接字程序只能響應與自己硬件地址相匹配

16、的數據包或是以廣播形式出發(fā)的數據包。對于其他形式的數據包，如已到達網絡接口但卻不是發(fā)送到此地址的數據包，網絡接口在驗證投遞地址并非自身地址之后將不引起響應，也就是說應用程序無法收取與自己無關的數據包。我們要想獲取流經網絡設備的所有數據包，就需要將網卡設置為混雜模式。　　本程序主要由三部分構成：初始化原始套接字，反復監(jiān)聽捕獲數據包和解析數據包。下面就結合核心代碼對程序的具體實現進行講解，同時使程序

17、流程更加清晰，去掉了錯誤檢查等保護性代碼。　　使用原始套接字　　套接字分為三種，即流套接字（Stream Socket）、數據報套接字（Datagram Socket）和原始套接字（Raw Socket）。要進行IP數據包的接受與發(fā)送，應使用原始套接字。創(chuàng)建原始套接字的代碼如下：<p&g

18、t;　　SOCKET sock;　　Sock=WSASoccet(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERRLAPPED);　　在WSASoccet函數中，第一個參數指定通信發(fā)生的區(qū)字段，AF_INET是針對Internet的，允許在遠程主機之間通信。第二個參數是套接字的類型，AF_INET地址族下

19、，有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW三種套接字類型。在這里，我們設置為SOCK_RAW，表示我們聲明的是一個原始套接字類型。第三個參數依賴于第二個參數，用于指定套接字所用的特定協議，這里使用IP協議。第四個參數為WSAPROTOCOL_INFO位，該位可以置空，永遠置0。第六個參數是標志位，WSA_FLAG_OVERRLAPPED表明可以使用發(fā)送接收超時設置，本課程設計也可以把這個標志位設置為NULL，因為

20、本設計不用考慮超時情況。　　創(chuàng)建原始套接字后，IP頭就會包含在接收的數據中。然后，我們可以設置IP頭操作選項，調用sotscockpot函數。其中flag設置為TRUE,并設定IP_HDRINCL選項，表明用戶可以親自對IP頭進行處理。　　BOOL flag=true;　　setsockopt (sock,IPP

21、ROTO_IP,IP_HDRINCL,(char*)&flag,sizeof(flag));　　之后，使用如下代碼完成對socket的初始化工作　　/*獲取主機名*/　　char hostname[128];　　gethost

22、name(hostname, 100);　　/*獲取IP地址*/　　hostent *pHostIP;　　pHostIP=gethostbyname(hostname);　　/* 填充SOCKADDR_IN的結構內容*/　　soc

23、kaddr_in addr_in;　　addr_in.sin_addr= *(in_addr*)pHostIP->h_addr_list[0];　　addr_in.sin_family=AF_TNET;　　addr-in.sin_port=htons(6000);

24、　/* 綁定socket */　　bind(sock, (POSCKADDR)&addr_in,sizeof(addr_in));　　填寫sockaddr_in的內容時，其地址值應填寫為本機IP地址可以通過gethostbyname()函數獲??；端口號可以隨便填寫，但不能與系統(tǒng)沖突；協議族應填寫為AF_INET。注意，sockaddr_in 結構

25、的值必須是以網絡字節(jié)順序表示的值，而不能直接使用本機字節(jié)順序的值，使用htoms()函數可以將無符號短整型的主機數據轉換為網絡字節(jié)的順序的數據。最后使用bind（）函數將socket綁定到本地網卡上。　　綁定網卡后，需要WSAIoctl()函數把網卡設置為混雜模式，使網卡能夠接收所有網絡數據，其關鍵代碼如下：　　#define SIO_RCVALL_WS

26、AIOW(IOC_VENDOR,1)　　DWORD dwBufferLen[10];　　DWORD dwBufferInLen=1;　　DWORD dwBytesReturned=0;　　WSAIoctl(SnifferSocket,IO-RCVALL,&dwBu

27、fferInLen,sizeof(dwBufferInLen),&dwBufferLen,Sizeof(dwBufferLen),&dwByteReturned,NULL,NULL);　　如果接收的數據包中的協議類型和定義的原始套接字匹配，那么接收到的數據就拷貝到套接字中。因此，網卡就可以接收所有經過的IP包。　　2.接

28、收數據包　　在程序中可使用RECV()函數接收經過的IP包。該函數有四個參數，第一個參數接收操作所用的套接字描述符；第二個參數接收到緩沖區(qū)的地址；第二個參數接收緩沖區(qū)的地址；第三個參數接收緩沖區(qū)的大小，也就是所要接收的字節(jié)數；第四個參數是一個附加標志，如果對所發(fā)送的數據沒特殊要求，直接設為0。因為IP數據包的最大長度是65536B，因此緩沖區(qū)的大小不能小于65535B。設置緩

29、沖區(qū)后，可利用循環(huán)來反復監(jiān)聽接收IP包，用recv()函數接收功能的代碼如下：　　#dedine BUFFER_SIZE 65535　　Char buffer[BUFFER_SIZE]; //設置緩沖區(qū)　　While(true)　　{recv(sock,buffer,

30、BUFFER_SIZE,0); //j接收數據包　　……..　　3.定義IP頭部的數據結構　　程序需要定義一個數據結構表示IP頭部。這個數據結構應該和圖7-1吻合，其代碼如下：　　typedef struct _IP_HEADE

31、R //定義IP頭　　{　　union　　{　　BYTE Version; //版本前4位　　BYTE HdrLe

32、n; //報頭標長（后四位），IP頭長度　　}；　　BYTE ServiceType;//服務類型　　WORD TotalLen; //總長度　　WORD ID; //標識

33、;　　union 　　{　　WORD Flags; //標志　　Word FragOff; //分段偏移　　};　　BYTE Ti

34、meToLive; //生命期　　BYTE Protiocol; //協議　　WORD HdrChksum; //頭校驗和　　DWORD SrcAddr; //源地址　　DWORD DstAddr: //目的地址　　BYTE

35、 Options; //選項　　}IP_HEADER;　　這是我們只考慮IP頭部結構，不考慮數據部分。在捕獲IP數據包后，可以通過指針把緩沖區(qū)的內容強制轉化為IP_HEADER數據結構。　　IP_HEADER ip = *( IP_HEADER *)buffer;<

36、;b>　　4.IP包的解析　　解析IP包的字段有兩種策略。針對長度為8位、16位和32位的字段（或子字段）時，可以利用IP_HEADER的成員指教獲取。要解析長度不是9位倍數的字段（或子字段）時，可以利用C語言中的位移以及與、或操作完成。下面給出了通過IP_HEADER解析IP頭各個字段的代碼。　　/*獲取版本字段*/<

37、/p>　　ip.Version>>4;　　/*獲取頭部長度字段*/　　ip.HdrLen & 0x0f;　　/*獲取服務類型字段中的優(yōu)先級子域*/　　ip.ServiceType>>5;&

38、lt;p>　　/*獲取服務類型字段中的TOS子域*/　　(IP.sERVICEtYPE>>1)&0X0F;　　/*獲取總長度字段*/　　ip.TotalLEN;　　/*獲取標識字段*/

39、　ip.ID;　　/*解析標識字段*/　　DF=(ip.Flags>>14) &0x01;　　MF=(ip.Flags>>13) &0X01;　　/*獲取分段偏移字段*/

40、　　ip.FragOff &0x1fff;　　/*獲取生存時間字段*/　　ip.TimeToLive;　　/*獲取協議字段*/　　ip.Protocol;　　/*獲取頭校驗和字段*/

41、;　　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);

42、;　　5.參考程序流程圖　　圖7-4給出一個供參考的程序流程圖。 　　五．實現過程　　#include "stdafx.h"

43、　　#include "winsock2.h"　　#include "ws2tcpip.h"　　#include "stdio.h"　　typedef struct _IP_HEADER　　{&

44、lt;/b>　　union　　{　　BYTE Version;　　BYTE HdrLen;　　};</p

45、>　　BYTE ServiceType;　　WORD TotalLen;　　WORD ID;　　union　　{

46、;　　WORD Flags;　　WORD Fragoff;　　};　　BYTE TimeToLive;　　BYTE Protocol;　　WORD HdrChksum;&

47、lt;/p>　　DWORD SrcAddr;　　DWORD DstAddr;　　BYTE Options;　　}IP_HEADER;　　void getVersion(BYTE b,BYTE & version)

48、　　{　　version =b>>4;　　}　　void getIHL(BYTE b,BYTE & result)　　{

49、　　result = (b & 0x0f) *4;　　}　　char * parseServiceType_getProcedence(BYTE b)　　{<

50、p>　　switch(b>>5)　　{　　case 7:　　return "Network Control";　　break;</b&

51、gt;　　case 6:　　return "Internet work Control";　　break;　　case 5:</p&

52、gt;　　return "CRITIC/ECP";　　break;　　case 4:　　return "Flash Override";

53、;　　break;　　case 3:　　return "Falsh";　　break;　　case 2:</b&g

54、t;　　return "Immediate";　　break;　　case 1:　　return "Priority";<p&

55、gt;　　break;　　case 0:　　return "Routine";　　break;　　default :&l

56、t;/b>　　return "Unknown"　　}　　}　　char * parseServiceType_getTOS(BYTE b)<

57、p>　　{　　b=(b>>1)&0x0f;　　switch(b)　　{　　case 0:<

58、;/p>　　return "Normal service";　　break;　　case 1:　　return "Minimize monetary cost";<

59、/p>　　break;　　case 2:　　return "Maximize reliability";　　break;<

60、p>　　case 4:　　return "Maximize throughput";　　break;　　case 8:　　retur

61、n "Minimize delay";　　break;　　case 15:　　return "Maximize security";　　b

62、reak;　　default:　　return "Unknown";　　}　　}<p&g

63、t;　　void getFlags(WORD w,BYTE & DF, BYTE & MF)　　{　　DF=(w>>14)&0x01;　　MF=(w>>13)&0x01;<

64、b>　　}　　void getFragoff(WORD w,WORD & fragoff)　　{　　fragoff=w&0x1ffff;　　}</p

65、>　　char * getProtocol(BYTE Protocol)　　{　　switch (Protocol)　　{　　case 1:</

66、b>　　return "ICMP";　　case 2:　　return "IGMP";　　case 4:

67、return "IP in IP ";　　case 6:　　return "TCP";　　case 8:　　return "EGP";&

68、lt;/p>　　case 17:　　return "UPD";　　case 41:　　return "IPv6";<b&g

69、t;　　case 46:　　return "OSPF";　　default:　　return "UNKNOWN";　　}</p&g

70、t;　　}　　void ipparse(FILE * file,char *buffer)　　{　　IP_HEADER ip=*(IP_HEADER *)buffer;　　f

71、seek(file,0,SEEK_END);　　BYTE version;　　getVersion(ip.Version,version);　　fprintf(file,"版本=%d\r\n",version);　　BYTE headerLen;<

72、;/p>　　getIHL(ip.HdrLen,headerLen);　　fprintf(file,"頭長度=%d(BYTE)\r\n",headerLen);　　fprintf(file,"服務類型=%s,%s\r\n");　　parseServ

73、iceType_getProcedence(ip.ServiceType);　　parseServiceType_getTOS(ip.ServiceType);　　fprintf(file,"數據報長度=%d(BYTE)\r\n",ip.TotalLen);　　fprintf(file,&qu

74、ot;數據報ID=%d\r\n",ip.ID);　　BYTE DF,MF;　　getFlags(ip.Flags,DF,MF);　　fprintf(file,"分段標志 DF=%d,MF=%d\r\n",DF,MF);　　WORD fragO

75、ff;　　getFragOff(ip.FragOff,fragOff);　　fprintf(file,"分段偏移值=%d\r\n",fragOff);　　fprintf(file," 生存期=%d(hops)\r\n",ip.TimeToLive);

76、　　fprintf(file,"協議=%s\r\n",getProtocol(ip.Protocol));　　fprintf(file,"頭校驗和=0x%0x\r\n",ip.HdrChksum);　　fprintf(file,"源IP地址=%s\r\n",inet-ntoa(

77、*(in-addr*)&ip.SrcAddr));　　fprintf(file,"目的IP地址=%s\r\n",inet_ntoa(*(in-addr*)&ip.DstAddr));　　fprintf(file,"__________________________________\r\n");&l

78、t;/p>　　}　　int main(int argc,char *argv[])　　{　　if(argc!=2)　　{</

79、p>　　printf("usage error!\n");　　return -1;　　}　　FILE * file;　　if((file=foopen(argv[1],"wb+

80、"))==NULL)　　{　　printf("fail to open file %s",argv{1});　　return -1;　　}&l

81、t;p>　　WSADATA wsData;　　if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),$WSdATA)!=0)　　{　　PRINTF("WSAStartup FAILED!\n");　　ret

82、urn -1;　　}　　SOCKET sock;　　if((sock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,ippROTO_IP))==INVALID_SOCKET)　　{</p&

83、gt;　　PRINTF("CREATE socket failed!\n");　　return -1;　　}　　BOOL flag=TRUE;　　IF(setsockopt(sock,IPPR

84、OTO_IP,IP_HDRINCL,(CHAR*)&FLAG,sizeof(flag))==SOCKET_ERROR)　　{　　printf("setsockopt failed!\n");　　return -1;<p

85、>　　}　　char hostName[128];　　if(gethostname(hostName,100)==SOCKET_ERROR)　　{　　printf("gethost

86、name failed!\n");　　return -1;　　}　　hostent * pHostIP;　　if(pHostIP=gethostbyname(hostName))==NULL)<

87、p>　　{ 　　printf("gethostbyname failed!\n");　　return -1;　　}　　sockaddr_in addr_in;</p

88、>　　addr_in.sin_addr=*(in_addr*)pHostIP->h_addr_list[0];　　addr_in.sin_family=AF_INET;　　addr_in.sin_port=htone(6000);　　if(bind(sock,(PSOCKADDR

89、)&addr_in,sizeof(addr_in))==SOCKET_ERROR)　　{　　printf("bind failed");　　return -1;　　}&

90、lt;/p>　　DWORD dwValue=1;　　#define IO_RCVALL_WSAIOW(IOC_VENDOR,1)　　DWORD dwBufferLen[10];　　DWORD dwBufferInLen=1;　　DWORD dw

91、BytesReturned=0;　　if(WSAIoctl(sock,IO_RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof(dwBufferInLen),　　&dwBufferLen,sizeof(dwBufferLen),&dwBytesReturned,NULL,NULL)==

92、;　　NULL,NULL)==SOCKET_ERROR)　　{　　printf("icotlsocket failed\n");　　return -1;　　}

93、;　　#define BUFFER_SIZE 65535　　char buffer[BUFFER_SIZE];　　printf("開始解析\n\n");　　while(true)　　{<

94、/p>　　int size=recv(sock,buffer,BUFFER_SIZE,0);　　if(size>0)　　{ 　　ipparse(stdout,buffer);　　ipparse(fil

95、e,buffer); 　　}　　}　　fclose(file);　　return 0:　　}&l

96、t;/b>　　六．程序流程圖：　　N　　Y　　七．相關擴展　　本程序設計

97、也可以利用Winpcap完成，部分核心代碼的簡略提示如下。　　獲取所有存在的網絡設備的鏈表。　　Pcap_if_t *alldevs; //網絡設備結構鏈表　　Char errbuf[PCAP_ERRBUF_SIZE]; //錯誤信息　　/*所有網絡設備

98、的信息以鏈表形式存在alldevs中*/　　pcap_findalldevs(&alldevs,errbuf);　　2) 從鏈表中選擇物理Ethernet卡后，用混雜模式打開，調用的函數為pcap_open_live(const char*device,int snaplen,int promisc,int to_ms,char*errbuf).

99、在這個函數中，第一個參數為要打開的設備名稱，這里是Ethernet卡，可以從設備鏈表alldevs中選出。第二個參數應為捕獲的數據包長度，填入65535以保證在鏈路層的整個數據包都被捕獲。第三個參數為打開模式，填入1表明用混雜模式打開網卡。最后兩個參數本別為讀入超時的時間和保存錯誤信息。　　編譯、設置過濾器。　　ch

100、ar packet_filter[]=”ip”;　　pcap_compile(adhandle,&fcode,packet_filter,1,netmask);//編譯過濾器　　pcap_setfilter(adhandle,&fcode); //設置過濾器　　adhandle參數為

101、網卡描述符，fcode參數是一個BPF偽匯編程序，packet_filter參數用于設置的過濾規(guī)則，在這里我們只需要捕獲IP包。　　4）可利用pcap_loop函數捕獲數據包。對于捕獲的數據包，去掉數據鏈路層的14B的頭部后才是真正的IP包信息。利用winpcap編程和利用socket編程在處理IP包上并沒有太大區(qū)別，我們依然可以使用7。4節(jié)中采用的數據結構IP——HEADER來保存、解析IP

102、頭部信息。　　八．實習體會　　通過這次實驗，了解到關于計算機網絡數據傳送及處理過程中，軟件起到了巨大的作用。熟悉了VC++在計算機網絡方面的應用，是一次難得的機會。　　同學們的默鍥配合和合作精神是實驗成功的必要條件，而謹慎對待事物的態(tài)度是成功的關鍵。&

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