1、1.课程设计应达到的目的（1）使学生掌握网络通信协议的基本工作原理； （2）培养学生基本掌握网络编程的基本思路和方法； （3）能提高学生对所学计算机网络理论知识的理解能力；（4）能提高和挖掘学生对所学知识的实际应用能力和创新能力；（5）提高学生的科技论文写作能力。 2.课程设计题目及要求IP 数据包捕获与解析的设计。设计任务：（1）掌握 IP 数据包的工作原理与报头设计的相关字段（2）理解 IP 包的版本、头长度、服务类型、数据包总长度、数据包标识、分段标志、分段偏移量、生存时间、上层协议类型、头校验合、源 IP 地址和目的 IP 地址等内容。设计内容：根据 IP 数据包的标准格式，编写程序捕
2、获 IP 数据包并进行解析，并将解析后各 IP 包的头部与数据字段写入输出文件。数据字段的值从捕获的文件中获取。为了获取网络中的 IP 数据包，可以采用 Winsock 的数据库查询函数gethostname()和 gethostbyname()解决 ，捕获 IP 数据包并解析 IP 地址等内容。3.课程设计思想IP 数据报的格式说明：IP 数据包格式包含了标头固定部分，标头可变部分和数据区三部分。IP 数据报标头部分固定为 20 个字节，其中包含了 12 个参数域，各参数域隐含着网间协议的传输机制。IP 具体的标头格式如图 1 所示。各参数域的具体含义如下：1) 版本号：长度 4 位，表示所
3、使用的 IP 协议的版本。IPv4 版本号字段值为 4；IPV6 版本号字段号的值为 6.2) 标头长：长度 4 位，定义了一个以 4B 为一个单位的 IP 包的报头长度3) 服务类型：共 8 位，高 3 位组成优先级子域，随后 4 位组成服务类型子域。4) 数据报总长度：总长度为 2B（即 6 位） 。定义了以字节为单位的数据报的总长度。5) 重装标识：长度 16 位，用于识别 IP 数据报的编号，让目的主机判断新来的数据属于哪个分组。6) 分片标识：共 3 位，最高位为 0；DF 禁止分片标识。DF=0，可以分片；DF=1，不能分片。MF:分片标识。MF=0，表示接的是最后一个分片；MF=
4、1，不是最后一个分片。7) 片偏移值：共 13 位，说明分片在整个数据报中的相对位置。8) 生存周期：8 位，用来设置数据数据报在整个网络传输过程中的寿命。常以一个数据报可以经过的最多的路由器跳步数来控制。9) 协议类型：共 8 位，表示该 IP 数据报的高层协议类型。10) 标头校验和：共 16 位，用于存放检查报头错误的校验码。11) 源、宿主机地址：共 32 位，分别表示发送和接受数据报的源主机和宿主机的 IP 地址。12) 选项数据域：0-40B，用于控制和测试。IP 数据包的格式为：4 位版本4 位首部长度8 位服务类型 ( T O S ) 1 6 位总长度 ( 字节为单位 )1 6
5、 位标识 3 位标志 1 3 位片偏移8 位生存时间 ( T T L ) 8 位协议 1 6 位首部检验和3 2 位源 I P 地址3 2 位目的 I P 地址IP 数据包的 C+定义：typedef struct _IPunionBYTE Version; / 版本BYTE HdrLen;/IHT;BYTE ServiceType; / 服务类型WORD TotalLen; / 总长WORD ID; / 标识union WORD Flags; / 标志WORD FragOff; / 分段偏移;BYTE TimeToLive; / 生命期BYTE Protocol; / 协议WORD HdrC
6、hksum; / 头校验和DWORD SrcAddr; / 源地址DWORD DstAddr; / 目的地址BYTE Options; / 选项 IP;套接字的使用：本程序使用套接字 socket 编程，将网卡设为能够接受流经网卡的所有类型的数据包。首先，初始化套接字，然后监听数据包，解析数据包。SOCKET sock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP)用来创建套接字，其参数为通信发生的区字段和套接字的类型。WSAIoctl(sock , IO_RCVALL ,sock=WSASoccket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP,NULL,
7、0,WSA_FLAG_OVERLAPPED);在 WSASoccket 函数中，第一个参数指定通信发生的区字段，AF_INET是针对 Internet 的，允许在远程主机之间通信。第二个参数是套接字的类型，在 AF_INET 地址族下，有 SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW 三种套接字类型。在这里，设置为 SOCK_RAW，表示声明的是一个原始套接字类型。第三个参数依赖于第二个参数，用于指定套接字所有的特定协议，这里使用 IP 协议。第四个参数为 WSAPROTOCOL_INFO 位，该位可以置空。第五个参数保留，永远置0。第六个参数是标志位，WSA_FLAG_OV
8、ERLAPPED 表明可以使用发送接收超时设置。创建原始套接字后，IP 头就会包含在接收的数据中。然后，可以设置 IP 头操作选项，调用 setsockopt 函数。其中 flag 设置为 true，并设定 IP_HDRINCL选项，表明用户可以亲自对 IP 头进行处理。BOOL flag=true;setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(CHAR*)之后，使用如下代码完成对 socket 的初始化工作：/*获取主机名*/char hostName128;gethostname(hostName,100);/*获取本地 IP 地址*/hostent * p
9、HostIP;pHostIP = gethostbyname(hostName);/*填充 SOCKADDR_IN 结构的内容*/sockaddr_in addr_in;addr_in.sin_addr = *(in_addr *)pHostIP-h_addr_list0;addr_in.sin_family = AF_INET;addr_in.sin_port = htons(6000);/*绑定 socket*/bind(sock,(PSOCKADDR)填写 sockaddr_in 的内容时，其地址值应填写为本机 IP 地址，本机 IP 地址可以通过 gethostbyname()函数获取
10、；端口号可以随便填写，但不能与系统冲突；协议族应填为 AF_INET。使用 htons()函数可以将无符号短整型的主机数据转换为网络字节顺序的数据。最后使用 bind(0 函数将 socket 绑定到本机网卡上。绑定网卡后，需要用 WSAIoctl()函数把网卡设置为混杂模式，使网卡能够接收所有网络数据，其关键代码如下：#define SIO_RCVALL_WSAIOW(IOC_VENDOR,1)DWORD dwBufferLen10;DWORD dwBufferInLen = 1;DWORD dwBytesReturned = 0;WSAIoct1(SnifferSocket, IO_RCV
11、ALL,如果接收的数据包中的协议类型和定义的原始套接字匹配，那么接收到的数据就拷贝到套接字中。因此，网卡就可以接收所有经过的 IP 包。2、接收数据包在程序中可使用 recv()函数接收经过的 IP 包。该函数有四个参数，第一个参数接收操作所用的套接字描述符；第二个参数接收缓冲区的地址；第三个参数接收缓冲区的大小，也就是所要接收的字节数；第四个参数是一个附加标志，如果对所发送的数据没特殊要求，直接设为 0。因为 IP 数据包的最大长度是65535B，因此，缓冲区的大小不能小于 65535B。设置缓冲区后，可利用循环来反复监听接收 IP 包，用 RECV()函数实现接收功能的代码如下：#defi
12、ne BUFFER_SIZE 65535char bufferBUFFER_SIZE; /设置缓冲区while(true)recv(sock,buffer,BUFFER_SIZE,0); /接收数据包/*然后是解析接收的 IP 包*/3、定义 IP 头部的数据结构程序需要定义一个数据结构表示 IP 头部。这个数据结构应该和 IP 数据包的格式吻合，其代码如下：typedef struct _IP_HEADER /定义 IP 头unionBYTE Version; /版本（前 4 位）BYTE HdrLen; /报头标长（后 4 位） ，IP 头的长度;BYTE ServiceType; /服务
13、类型WORD TotalLen; /总长度WORD ID; /标识unionWORD Flags; /标志（前 3 位）WORD FragOff; /分段偏移（后 13 位）；BYTE TimeToLive; /生命期BYTE Protocol; /协议WORD HdrChksum; /头校验和DWORD SrcAddr; /源地址DWORD DstAddr; /目的地址BYTE Options; /选项 IP_HEADER;这里只考虑 IP 头部结构，不考虑数据部分。在捕获 IP 数据包后，可以通过指针把缓冲区的内容强制转化为 IP_HEADER 的数据结构。IP_HEADER ip=*(I
14、P_HEADER*)buffer;4、IP 包的解析通过 IP_HEADER 解析 IP 头各个字段的代码：/*获取版本字段*/ip.Version4;/*获取头部长度字段*/ip.HdrLen /*获取服务类型字段中的优先级子域*/ip.ServiceType5;/*获取服务类型字段中的 TOS 子域*/(ip.ServiceType1)/*获取总长度字段*/ip.TotalLen;/*获取标识字段*/ip.ID;/*解析标志字段*/DF = (ip.Flags14) MF = (ip.Flags13) /*获取分段偏移字段*/ip.FragOff /*获取生存时间字段*/ip.TimeToLive;/*获取协议字段*/ip.Protocol;/*获取头校验和字段*/ip.HdrChksum;/*解析源 IP 地址字段*/inet_ntoa(*(in_addr*)/*解析目的 IP 地址字段*/inet_ntoa(*(in_addr*)
