解析IP数据包课程设计报告

成绩评定表

课程设计任务书

目录

1 课程设计目的 (1)

2 课程设计要求 (2)

3 相关知识 (3)

4 课程设计分析 (6)

5 程序代码 (11)

6 运行结果与分析 (18)

7 参考文献 (18)

1 课程设计目的

IP数据包是网络成传输的基本数据单元，熟悉IP数据包结构对于理解网络工作原理具有重要意义。本课程设计的主要目的是通过接受与解析IP数据包，了解IP数据包的基本结构与IP协议的基本功能。

2 课程设计要求

根据后面介绍的IP数据包结构，编写程序接收并解析IP数据包。

1）以命令行形式运行;

ParsePacket log_file

其中，ParsePacket为程序名，log_file为日志文件名。

2）输出内容：IP数据包的各字段值，包括版本、头部长度、服务类型、总长度、标识、分段标志、分段偏移值、生存时间、上层协议类型、头校验和、源IP地址

和目的IP地址等。

3）当程序接收到键盘输入Ctrl+C时退出。

3相关知识

互联网络层是TCP/IP协议参考模型中的关键部分.IP协议把传输层送来的消息组装成IP数据包,并把IP数据包传送给数据链层.IP协议在TCP/IP协议族中处于核心地位,IP 协议制定了统一的IP数据包格式,以消除个通信子网中的差异,从而为信息发送方和接收方提供了透明的传输通道.编制本程序前,首先要对IP包的格式有一定了解,图1给出了IP 协议的数据包格式.

IP数据包的第一个字段是版本字段,其度是4位,表示所使用的IP协议的版本.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.本程序主要针对版本是IPV4的数据包的解析.

报头标长字段为4位,它定义了以4B为一个单位的IP包的报文长度.报头中除了选项字段和填充域字段外,其他各字段是定长的.因此,IP数据包的头长度在20—40B之间,是可变的.

***********(位)

图3.1 IP数据包的格式

服务类型字段共8位,用于指示路由器如何处理该数据包.该字段长度由4位服务类型(TOS)子域和3位优先级子域组成,1位为保留位,该字段结构如图2所示.

图3.1 服务类型字段结构

优先级共有8种,优先级越高表明数据包越重要.表1中列出了各种优先级所代表的意义.

表3.2 优先子域的说明

在4位服务类型子域中b4,b3,b2,b1分别表示D(延迟),T(吞吐量),R(可靠性)与C(成本).

表3.3列出了服务器类型自域的构成.

总长度字段为2B,它定义了以字节为单位的数据包的总长度.IP数据包的最大长度为65535B.

标识字段的长度为16位,用于识别IP数据包的编号.每批数据都要有一个标识值,用于让目的主机判断新来的数据属于哪个分组.

报头中的标志字段如图7-3所示.标志字段共3位,最高位是0.禁止分片标志DF(do not fragment)字段的值若为1,表示不能对数据包分片;若DF值为0,则表明可以分片.分片标志MF( more fragment)的值为1,表示接收到的不是最后一个分片;若MF值为0,表示接收到的是最后一个分片.

片偏移字段共13位,说明分片在整个数据包中的相对位置.片偏移值是以8B为单位来记数的,因此选择的分片长度应该是8B的整数倍.

生存时间(TTL)字段为8位,用来设置数据包在互联网络的传输过程的寿命,通常是用一个数据包可以经过的最多的路由器跳步数来限定的.

协议字段为8位,表示使用此IP数据包的高层协议类型,常用的协议号如表7-3所示.

表7.3 典型的协议号

头校验和字段为16位，用于存放检查报头错误的校验码。检验的范围是整个IP包的报头。校验和按如下方法计算：

1）将头校验和的字段置为0。

2）将报头部分的所有数据以16位为单位进行累加，累加方式是求异或。

3）将累加的结果取反码，就是头校验和。

当收到一个IP包时，要检查报头是否出错，就把报头中的所有数据以16位为单位进行累加，若累加的结果为0，则报文没有出错。

地址字段包括源地址和目的地址。源地址和目的地址的长度都是32位，分别表示发送数据包的源主机和目的主机的IP地址。

选项字段的长度范围为0~40B，主要用于控制和测试。在使用选项字段的过程中，有可能出现报头部分的长度不是32位的整数倍的情况。如果出现这种情况，就需要通过填充位来凑齐。

4课程设计分析

为了获取网络中的IP数据包，必须对网卡进行编程，在这里我们使用套接字（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出发的数据包。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，网络接口在验证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。我们要想获取流经网络设备的所有数据包，就需要将网卡设置为混杂模式。

本程序主要由三部分构成：初始化原始套接字，反复监听捕获数据包和解析数据包。下面就结合核心代码对程序的具体实现进行讲解，同时使程序流程更加清晰，去掉了错误检查等保护性代码。

4.1使用原始套接字

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数据包的接受与发送，应使用原始套接字。创建原始套接字的代码如下：

SOCKET sock

Sock=WSASoccet(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERRLAPP ED);

在WSASoccet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，AF_INET地址族下，有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW三种套接字类型。在这里，我们设置为SOCK_RAW，表示我们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，用于指定套接字所用的特定协议，这里使用IP协议。第四个参数为WSAPROTOCOL_INFO 位，该位可以置空，永远置0。第六个参数是标志位，WSA_FLAG_OVERRLAPPED表明可以使用发送接收超时设置，本课程设计也可以把这个标志位设置为NULL，因为本设计不用考虑超时情况。

创建原始套接字后，IP头就会包含在接收的数据中。然后，我们可以设置IP头操作选项，调用sotscockpot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。