优秀课设——IP数据包解析

课程设计——解析IP数据包长沙理工大学目录1、课程设计目的 (2)2、课程设计要求 (2)3、程序设计分析 (2)3.1 网卡设置 (2)3.2.1 使用套接字 (3)3.2.2接收数据包 (3)3.3 定义IP头部的数据结构 (4)3.4 IP包的解析 (4)3.5 协议的定义 (5)3.6捕获处理 (5)4、运行结果 (6)5、总结 (6)6、课程设计参考资料 (7)7、源程序代码 (7)1、课程设计目的本章课程设计的目的就是设计一个解析IP数据包的程序，并根据这个程序，明确课程设计的目的和重要性，认真领会课程设计的题目，读懂课程设计指导书的要求，学会设计的基本方法与步骤，学会如何运用前修知识与收集、归纳相关资料解决具体问题的方法。

严格要求自己，要独立思考，按时、独立完成能力拓展训练任务。

设计报告：要求层次清楚，整洁，规范,不得相互抄袭。

2、课程设计要求1、用两个线程a和b来模拟Ethernet上的两台主机。

2、用一个双字类型变量Bus来模拟总线（将其初始化为“\0”，并且总线等于“\0”时表示总线空闲）。

3、两个子线程向总线发送自己的数据。

数据用该线程的线程号进行模拟，发送数据用线程号和Bus的“或”操作进行模拟（即Bus＝Bus|ID，ID为该线程的线程号）。

4、每台主机需向总线上成功发送10次数据，如果其中某次数据发送失败，则该线程结束。

5、发送流程必须遵循CSMA/CD。

随即延迟算法中的冲突窗口取0.005。

在数据发送成功3、程序设计分析3.1 网卡设置为了获取网络中的IP数据包，必须对网卡进行编程，在这里使用套接字(socket)进行编程。

但是，在通常情况下，网络通信的套接字程序只能响应与自己硬件地址相匹配的数据包或是以广播形式发出的数据包。

对于其他形式的数据包，如已到达网络接口，但却不是发送到此地址的数据包，网络接口在骓投递地址并非自身地址之后将不引起响应，也就是说应用程序无法收取与自己无关的数据包。

我们要想获取网络设备的所有数据包，就是需要将网卡设置为混杂模式。

3.2.1 使用套接字套接字分为三种，即流套接字(Stream socket)、数据报套接字(Datagram Socket)和原始套接字(Raw Socket)。

要进行IP层数据包的接收和发送，应使用原始套接字。

创建原始套接字的代码如下：Socket sock:Sock=WSASocket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_TP,NULL,0,WSA_FLAG_OVE RLAPPED);本设计不用考虑超时情况。

创建套接后，IP头就会包含在接收数据包中。

然后，我可以设置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。

最后使用bind()函数将socket绑定到本地网卡上。

绑定网卡后，需用WSAIoctl()函数把网卡设置为混杂模式，使网卡能够接收所有的网络数据。

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。

3.2.2 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。

3.3 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。

其代码如下：int i=0; //发送成功次数int CollisionCounter=16; //冲突计数器初始值为16 double CollisionWindow=0.005; //冲突窗口值取值0.005 int randNum=rand()%3; //随机数loop: if(Bus==0) //总线空闲{Bus=Bus|ID1; //模拟发送包Sleep(12);if (Bus==ID1) //无冲突 {printf("%d Send Success\n\n",ID1); //发送成功Bus=0; //内存清零CollisionCounter=16; //复原冲突计数器Sleep(rand()%10); //随即延时i++;printf("主机a发送成功次数=%d\n\n",i);if(i<10)goto loop; //发送次数不够10次，开始下一次发送 }else{printf("%d Send Collision\n\n",ID1); //发生冲突CollisionCounter-- ;Bus=0 ; 3.4 IP包的解析解析IP包的字段有两种策略。

针对长度为8位、16位和32位的字段(或子字段)时，可以利用IP-HEADER的成员直接获取。

要解析长度不是8位倍数的字段(或子字段)时，可以利用C语言中的移位以人、及与、或操作完成。

3.5 协议的定义(包含相应的头文件#include #include）：DWORD dwIoControlCode=SIO_RCVALL, /*接收所有的IP包*/dwProtocol=IPPROTO_IP; /*协议类型为IP*/3.6捕获处理1.加载 Winsock；2.创建一个接收原始IP包的socket连接；3.绑定到一个接口；4.进行WSAIoctl设置，接收所有的IP数据包。

代码如下：if (WSAIoctl(s, dwIoControlCode, &optval, sizeof(optval),NULL, 0, &dwBytesRet, NULL, NULL) == SOCKET_ERROR)5.接着设定一个线程进行捕获：（1）创建一个接收IP包的链表头；（2）设置一个标识，为真，则不断进行IP包的捕获；（3）建立一个新的结点，将捕获的数据包加入到该结点；（4）如果链表的长度达到指定的长度，创建一个线程对该链表的IP包进行解析；再设置一个在IP数据包链表不足给定的长度，而又中止IP捕获时，对链表的处理；（5）为下一个IP包链表创建一个链表头。

6.建立一个进行IP包解析并显示的线程，进行解析IP数据包，然后显示IP数据包。

4、运行结果截获IP数据包程序运行结果如下：5、总结这次计算机网络课程设计是解析IP数据包，通过这次上机充分应用了所学的计算机网络和C语言的知识，并上网搜索一部分相当资料，粗略设计出该程序。

通过本次课程设计，首先认识到了自己的不足。

在编码的过程中认识到了自己细节方面的不足，在以后计算机网络的学习过程中在理解的同时还要做到对细节的注重；当然在本次课设中最终还是实现了题目要求。

同时，觉得本次课设是十分有意义的，使自己所学的只是有了实践的地方。

6、课程设计参考资料《计算机网络(第四版)》主编：谢希仁出版社：电子工业出版社出版时间：2004年7月《计算机网络课程设计》主编：吴功宜胡晓英张仁何云王宁出版社：机械工业出版社出版或修订时间：2005年9月《计算机网络设计》主编：易建勋出版社：人民邮电出版社出版或修订时间：2007年10月7、源程序代码#include "winsock2.h"#include "ws2tcpip.h"#include "iostream"#include "stdio.h"#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")typedef struct _IP_HEADER //定义IP头{union{BYTE Version; //版本（前4位）BYTE HdrLen; //IHL（后4位），报头标长};BYTE ServiceType; //服务类型WORD TotalLen; //总长WORD ID; //标识union{WORD 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;//逐位解析IP头中的信息void getVersion(BYTE b, BYTE & version){version=b>>4; //右移4位,获取版本字段}void getIHL(BYTE b,BYTE & result){result=(b&0x0f)*4; //获取头部长度字段}char * parseServiceType_getProcedence(BYTE b){switch(b>>5) //获取服务类型字段中优先级子域{case 7:return "Network Control";break;case 6:return "Internet work Control";break;case 5:return "CRITIC/ECP";break;case 4:return "Flash Override";break;case 3:return "Flsah";break;case 2:return "Immediate";break;case 1:return "Priority";break;case 0:return "Routine";break;default:return "Unknow";break;}}char * parseServiceType_getTOS(BYTE b){b=(b>>1)&0x0f; //获取服务类型字段中的TOS子域switch(b){case 0:return "Normal service";break;case 1:return "Minimize monetary cost";break;case 2:return "Maximize reliability";break;#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <sys/wait.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>#include <sys/types.h>#include <error.h>#include<time.h>#include<stdlib.h>#define ERROR_SHMGET -1#define ERROR_SHMAT -2#define ERROR_WAIT -3#define ERROR_FORK -4#define SLOT_TIME 0.005/*截止二进制指数退避算法的实现该算法可以表示为：t=2*τ*r为结点重新发送需要的后退延迟时间;2*τ为冲突窗口值;r为随机数,r的取值范围为[0,2^k-1],k=Min[重传次数,10];当重传16次仍不成功时,则丢弃该帧.*/static unsigned long get_backoff(const int n)//计算重传推迟时间{int k=n;k=16-k;if(k>10)//如果重传次数大于10时,重传次数置为10k=10;return (random()%(1<<k))*SLOT_TIME;//返回重传推迟时间}/*发送数据流程*/static void send_msg(const void *addr, const pid_t pid,char ch){pid_t *bus=(pid_t *)addr;int collision; //冲突计数器int k=0;//发送成功的次数for(int i=0;i<10;i++){collision=16;do{while(*bus!=0);//总线不空闲,循环等待直到总线空闲.usleep(SLOT_TIME/2);//检测到总线为空闲时就开始发送数据,因为线程A和B共享总线变量bus,所以在τ时间以内,另一个线程收不到数据,所以要进行此操作*bus|=pid; //表示另一个进程受收到模拟数据.usleep(SLOT_TIME/2);//从模拟数据发送后经过2τ时间之后进行判断.//判断是否冲突,共享内存与写入内存比较,若相同则无冲突,否则发生冲突.if(*bus!=pid){*bus=0; //复原总线为0collision--;if(collision>0){printf("%d send collision.\n", pid);usleep(get_backoff(collision)); //随机延时}else{printf("%d send failure.\n", pid); //发送失败break;}}else{*bus=0;break;}}while(1);if(collision>0){k++;printf("%d send success.\n", pid);printf("%c send success=%d.\n",ch,k);}usleep(random()%1024);}} /*主函数*/int main(){pid_t pid=0;int bus=0; /*共享内存的ID,用来模拟总线*/void *addr=0; /*指向模拟总线的首地址*/bus=shmget(IPC_PRIVATE, sizeof(pid_t), SHM_R|SHM_W);//获取共享内存if(bus==-1) /*如果申请内存失败*/{perror("shmget error.");return ERROR_SHMGET;}if((pid=fork())<0)//创建子进程a{perror("fork error.");return ERROR_FORK;}else if(pid==0){pid=getpid(); //获取子进程IDaddr=shmat(bus,0,0); //初始化共享内存为\0if(addr==(void*) -1){perror("shmat error");/*shmctl(shmid，IPC_RMID，0)是释放共享内存区,这只有在所有进程中的shmid都已经无效化后才会进行,如果shmid的引用计数没有变为0，就已经调用了shmctl(shmid，IPC_RMID，0)，则该函数什么也不做，一直等到最后一个shmdt()调用时，就执行释放共享内存的任务。