计算机网络报告

一、课程设计目的

1. 加深对计算机网络通信的工作原理的理解。

通过编写计算机程序实现、模拟网络的某些功能，使学生理解并掌握计算机网络的基本原理及工作过程。

2.实现应用程序进程跨网络的通信

了解系统调用和应用编程接口基本知识，理解应用程序和操作系统之间传递控制权的机制，掌握套接字的创建和运用，通过socket系统调用实现跨网络通信。

3.提高网络编程和应用能力

提高实际编程能力和灵活运用所学知识解决的能力。培养调查研究、查阅技术文献、资料、手册以及编写技术文档的能力，理论应用于实践的能力。

二、课程设计内容

1.网络聊天程序的设计与实现

了解Socket通信的原理，在此基础上编写一个聊天程序。

2.Ping程序设计与实现

了解ping程序的实现原理，并调试通过。

3.基于IP多播的网络会议程序

（实现了局域网内多人聊天）

4.Windows 下的网络嗅探器

参照附录4 raw socket编程例子，设计一个可以监视网络的状态、数据流动情况以及网络上传输的信息的网络嗅探器。

三、网络聊天程序的设计与实现

题目内容：参照附录1，了解Socket通信的原理，在此基础上编写一个聊天程序。

服务器端编程的步骤：

1.加载套接字库，创建套接字（WSAStartup()/socket()）；

2.绑定套接字到一个IP地址和一个端口上；

3. 将套接字设定为监听模式等待连接请求（listen()）；

4.请求到来后，接受链接请求，返回一个新的应对于此次链接的套接字（accept()）；

5.返回套接字和客户端进行通信（Send()/Rec()）；

6.返回，等待另一个连接请求；

7.关闭套接字，关闭套接字库（closesocket()WSACleanup()）。

客户端编程步骤：

1.加载套接字库，创建套接字（WSAStartup()/socket())；

2.向服务端发出链接请求(connect())；

3.和服务端进行通信(Send()/Recv())；

4.关闭套接字，关闭套接字库(closesocket()/WSACleanup())

调试过程

该程序是用c写的，首先，我先用c编写一个客户端和一个服务器端，代码主要是参照了实验说明书上的，在此基础上稍做了些修改，实现一个简单客户端与服务端通信。在实现过程中出现了问题，后来通过网上查资料和请教别ws2_32.lib时出现错误；还有由于我用的是TCP协议通讯，它一次只接收一次发送一次，我通过一个简单的多线程解决了该问题

四、Tracert与Ping程序设计与实现

题目内容：参照附录2，了解Tracert程序的实现原理，并调试通过。然后参考Tracert 程序和教材4.4.2节，编写一个Ping程序，并能测试本局域网的所有机器是否在线

4.1设计步骤

1.熟悉IP及ICMP协议的工作机制。

2.熟悉RAW模式的SOCKET编程。

3.编写Ping的实现程序。

4.编译环境中需要包括的SOCKET库win2_32.lib。

5.调试并运行自己编写的Ping程序。

4.2调试过程

1.原题目二给的附录二，可以实现输入一个IP地址或者域名，可以查

看跳站情况，但是该题目要求测试本局域网所有机器在线，在局域网

内机器由交换机连接并不需要路由器跳转，所以可以减小跳转站点数

目，和响应时间，通过循环输入局域网的Ip地址从而达到测试机器是

否在线；

2.关于获取IP地址采用方式：获取ip最后一个字段----自增加一

-----将获得的ip字段----与该局域网内前三个字段连接---将得到

的String 转化为所需要的char[]类型

3.将获得的char[]类型放入到循环中，依次跳站

4.需注意的是：由于是查找本局域网里的机器状态，只需要经过交换

机来交换信息，不用跳站到路由器，所以需要将最大跳站30次减小，也需要将响应时间降低。避免长时间延迟。

5.自己改变的代码部分：//获取Ip地址的最后一个字段

int getIp(char Address[]){

int count =1;

int i, len = strlen(Address);

for(i = 0; i < len && count < 4; i++){ if(Address[i] == '.') {

count++;

}

}

int ip = 0;

for(; i < len; i++) {

ip = ip * 10 + (Address[i] - '0');

}

return ip;}

//int 转 string 类型string intToString(int v) {stringstream s;

s<

string str = s.str();

return str;

}

//string 转 char[]

char* zhuanhuan(string ipdata){

char *dst = new char[255];

int i;

for(i=0;i <=ipdata.length();i++) dst[i]=ipdata[i];

dst[i] = '\0';

return dst;

}

4.3设计结果及结果分析

在编译通过后，就可以调用该程序保存目录下的可执行文件了，通过命令提示符来操作，具体结果如下图所示：

五、基于IP多播的网络会议程序

5.1设计步骤

1.创建一个SOCK_DGRAM类型的Socket。

2.将此socket绑定到本地的一个端口上，为了实现接收服务器端发

送的多播数据。

3.加入多播组。

4.创建接收线程：只负责接收数据

5.创建发送线程：只负责发送数据

5.2调试过程

该程序可以在同一局域网内多台机器上进行测试，只要用的同一接口就能加入多人聊天，

5.3调试结果及结果分析。

该程序的最终目的是实现多播，就是能同时给多带计算机发送消息，我取消了发送端和接收端的区别，做成了群聊，每个人都可以发送和接受其他人的消息：运行结果如下图所示：

六、网络嗅探器

实验目的

参照附录4 raw socket编程例子，设计一个可以监视网络的状态、数据流动情况以及网络上传输的信息的网络嗅探器

实验原理

原始套接字是一种不同于SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM的套接字，它实现于系统核心。它的创建方式跟TCP/UDP创建方法几乎是一模一样，例如，通过int sockfd;

sockfd=socket(AF_INET，SOCK_RAW，IPPROTO_ICMP);

这两句程序你就可以创建一个原始套接字。这种类型套接字的功能与TCP或者UDP类型套接字的功能有很大的不同：TCP/UDP类型的套接字只能够访问传输层以及传输层以上的数据，因为当IP层把数据传递给传输层时，下层的数据包头已经被丢掉了。而原始套接字却可以访问传输层以下的数据，所以使用raw套接字你可以实现上至应用层的数据操作，也可以实现下至链路层的数据操作。比如：通过

sock=socket(PF_PACKET，SOCK_RAW，htons(ETH_P_IP))方式创建的rawsocket就能直接读取链路层的数据。

1)使用原始套接字时应该注意的问题(参考<>以及网上的优秀文档)

(1)：对于UDP/TCP产生的IP数据包，内核不将它传递给任何原始套接字，而只是将这些数据交给对应的UDP/TCP数据处理句柄(所以，

如果你想要通过原始套接字来访问TCP/UDP或者其它类型的数据，调用socket函数创建原始套接字第三个参数应该指定为htons(ETH_P_IP)，也就是通过直接访问数据链路层来实现。(我们后面的密码窃取器就是基于这种类型的)。

(2)：对于ICMP和EGP等使用IP数据包承载数据但又在传输层之下的协议类型的IP数据包，内核不管是否已经有注册了的句柄来处理这些数据，都会将这些IP数据包复制一份传递给协议类型匹配的原始套接字。

(3)：对于不能识别协议类型的数据包，内核进行必要的校验，然后会查看是否有类型匹配的原始套接字负责处理这些数据，如果有的话，就会将这些IP数据包复制一份传递给匹配的原始套接字，否则，内核将会丢弃这个IP数据包，并返回一个ICMP主机不可达的消息给源主机。

(4)：如果原始套接字bind绑定了一个地址，核心只将目的地址为本机IP地址的数据包传递给原始套接字，如果某个原始套接字没有bind 地址，核心就会把收到的所有IP数据包发给这个原始套接字。(5)：如果原始套接字调用了connect函数，则核心只将源地址为connect连接的IP地址的IP数据包传递给这个原始套接字。(6)：如果原始套接字没有调用bind和connect函数，则核心会将所有协议匹配的IP数据包传递给这个原始套接字。

2)编程选项

原始套接字是直接使用IP协议的非面向连接的套接字，在这个套接字

上可以调用bind和connect函数进行地址绑定。说明如下：

(1)bind函数：调用bind函数后，发送数据包的源IP地址将是bind 函数指定的地址。如果不调用bind，则内核将以发送接口的主IP地址填充IP头。如果使用setsockopt设置了IP_HDRINCL(headerincluding)选项，就必须手工填充每个要发送的数据包的源IP地址，否则，内核将自动创建IP首部。

(2)connetc函数：调用connect函数后，就可以使用write和send 函数来发送数据包，而且内核将会用这个绑定的地址填充IP数据包的目的IP地址，否则的话，则应使用sendto或sendmsg函数来发送数据包，并且要在函数参数中指定对方的IP地址。

综合以上种种功能和特点，我们可以使用原始套接字来实现很多功能，比如最基本的数据包分析，主机嗅探等。其实也可以使用原始套接字作一个自定义的传输层协议。

实验结果

七、心得体会

通过本次课程设计，我收获了不少东西，通过编写计算机程序实现、模拟网络的一些功能，使我理解并掌握计算机网络的基本原理及工作过程。

对系统调用和应用编程接口基本知识更加熟悉，了解了应用程序和操作系统之间传递控制权的机制，并掌握了套接字的创建和运用，通过socket 系统调用实现跨网络通信。

同时提高了我实际编程能力和灵活运用所学知识解决的能力。让

我提高了自己调查研究、查阅技术文献、资料、手册以及编写技术文档的能力，理论应用于实践的能力。

八、参考文献

[1].谢希仁，计算机网络（第五版），电子工业出版社，2008。

[2].百度https://www.360docs.net/doc/ce13776596.html,

[3]计算网络课程设计指导书。

九、附录

附录一:聊天程序源代码

附录二:Ping程序源代码

附录三:IP多播的网络会议程序源代码

附录一：

服务端代码：

#include

#include

#include

#define MaxSize 50

using namespace std;

HANDLE hMutex;

//发送函数

void Send(SOCKET sockClient)

{

char sendBuf[MaxSize];

int byte = 0;

while(1)

{

WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);//第一个参数;hHandle[in]对象句柄。可以指定一系列的对象第二个参数：定时时间间隔//完成线程间通信

gets(sendBuf);

byte=

send(sockClient,sendBuf,50,0);//服务器向客户端发送数据

if (byte<=0)

{

break;

}

Sleep(1000);

ReleaseMutex(hMutex);

}

closesocket(sockClient);//关闭socket,一次通信完毕

}

//接收函数

void Rec(SOCKET sockClient)

{

char revBuf[MaxSize];

int byte = 0;

while(1)

{

WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);

byte= recv(sockClient,revBuf,50,0);//服务器从客户端接受数据

if (byte<=0)

{

break;

}

printf("KHD: %s\n",revBuf);

Sleep(1000);

ReleaseMutex(hMutex);

}

closesocket(sockClient);//关闭socket,一次通信完毕

}

int main()

{

WORD wVersionRequested; //使用的WinSock版本

WSADATA wsaData;

int err;

wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );

err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );//完成对Winsock服务的初始化

if ( err != 0 ) {

return 0;// 返回值为零的时候是表示成功申请WSAStartup

}

if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {

WSACleanup( );//中止Windows Sockets在所有线程上的操作

return 0;

}

SOCKET

sockSrv=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

// 创建socket操作，建立流式套接字，返回套接字号sockSrv

// 第一个参数，指定地址簇(TCP/IP只能是AF_INET，也可写成PF_INET)

// 第二个，选择套接字的类型(流式套接字)，第三个，特定地址家族相关协议（0为自动）

SOCKADDR_IN addrSrv;//声明结构体

addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_AN Y);//将IP地址指定为INADDR_ANY，允许套接字向任何分配给本地机器的IP地址发送或接收数据

addrSrv.sin_family=AF_INET;//sin_family表示地址族，对于IP地址，sin_family成员将一直是AF_INET addrSrv.sin_port=htons(6000);//指定将要分配给套接字的端口。

bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCK ADDR));//绑定套接字到一个IP地址和一个端口上/*第一个参数，指定需要绑定的套接字；

第二个参数，指定该套接字的本地地址信息，该地址结构会随所用的网络协议的不同而不同

第三个参数，指定该网络协议地址的长度*/

listen(sockSrv,5); //将套接字设定为监听模式等待连接请求

//第一个参数指定需要设置的套接字，第二个参数为（等待连接队列的最大长度）

SOCKADDR_IN addrClient; int len=sizeof(SOCKADDR); while(1){

SOCKET sockClient=accept(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrClient,&len);

HANDLE hThread1 = CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)Send,(LPVOID)sockClient,0,0);//发送

/*lpThreadAttributes: Pointer; {安全设置}

dwStackSize: DWORD; {堆栈大小}

lpStartAddress: TFNThreadStartRoutine; {入口函数}

lpParameter: Pointer; {函数参数}

dwCreationFlags: DWORD; {启动选项}

var lpThreadId: DWORD {输出线程 ID}*/

if(hThread1!=NULL)

{

CloseHandle(hThread1);

}

HANDLE hThread2 = CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)Rec,(LPVOID)sockClient,0,0);//接收

if(hThread2!=NULL)

{

CloseHandle(hThread2); }

}

getchar();

return 0;

}

客户端代码：

#include

#include

#include

#include

#define MaxSize 50

using namespace std;

HANDLE hMutex;

void Send(SOCKET sockClient)

{

char sendBuf[MaxSize];

int byte = 0;

while(1)

{

WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);

gets(sendBuf);

byte=

send(sockClient,sendBuf,50,0);;//服务器从客户端接受数据

if (byte<=0)

{

break;

}

Sleep(1000);

ReleaseMutex(hMutex);

}

closesocket(sockClient);//关闭socket,一次通信完毕

}

void Rec(SOCKET sockClient)

{

char revBuf[MaxSize];

int byte = 0;

while(1)

{

WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);

byte= recv(sockClient,revBuf,50,0);//服务器从客户端接受数据

if (byte<=0)

{

break;

}

printf("FWQ: %s\n",revBuf);

Sleep(1000);

ReleaseMutex(hMutex);

}

closesocket(sockClient);//关闭socket,一次通信完毕

}

int main()

{

WORD wVersionRequested;

WSADATA wsaData;

int err;

wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );

//通过连接两个给定的无符号参数,创建一个无符号16位整形

err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );//完成对Winsock服务的初始化

if ( err != 0 ) //判断函数返回值

{

return 0;

}

if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 )//是取得16进制数最低（最右边）那个字节的内容,取得16进制数最高（最左边）那个字节的内容//用于判断版本是否一致 {

WSACleanup( );//中止Windows Sockets 在所有线程上的操作

return 0;

}

while(1){

SOCKET

sockClient=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

SOCKADDR_IN addrSrv;

addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("127.0.0. 1");//绑定套接字到一个IP地址和一个端口上；

addrSrv.sin_family=AF_INET;

addrSrv.sin_port=htons(6000);

connect(sockClient,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SO CKADDR));//建立连接

HANDLE hThread1 = CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)Rec, (LPVOID)sockClient,0,0);

if(hThread1!=NULL)

{

CloseHandle(hThread1);

}

HANDLE hThread2 = CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)Send ,(LPVOID)sockClient,0,0);

if(hThread2!=NULL)

{

CloseHandle(hThread2);

}

}

getchar();

WSACleanup();//中止Windows Sockets在所有线程上的操作

return 0;

}

附录二

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

using namespace std;

//IP报头

typedef struct IP_HEADER

{

unsigned char hdr_len:4; //4位头部长度

unsigned char version:4; //4位版本号

unsigned char tos; //8位服务类型

unsigned short total_len; //16位总长度

unsigned short identifier; //16位标识符

unsigned short frag_and_flags; //3位标志加13位片偏移

unsigned char ttl; //8位生存时间

unsigned char protocol; //8位上层协议号

unsigned short checksum; //16位校验和

unsigned long sourceIP; //32位源IP地址

unsigned long destIP; //32位目的IP地址

} IP_HEADER;

//ICMP报头

typedef struct ICMP_HEADER

{

BYTE type; //8位类型字段

BYTE code; //8位代码字段

USHORT cksum; //16位校验和

USHORT id; //16位标识符

USHORT seq; //16位序列号

} ICMP_HEADER;

//报文解码结构

typedef struct DECODE_RESULT

{

USHORT usSeqNo; //序列号

DWORD dwRoundTripTime; //往返时间

in_addr dwIPaddr; //返回报文的IP地址

}DECODE_RESULT;

//计算网际校验和函数

USHORT checksum( USHORT *pBuf, int iSize )

{

unsigned long cksum = 0;

while( iSize > 1 )

{

cksum += *pBuf++;

iSize -= sizeof(USHORT);

}

if( iSize )//如果 iSize 为正，即为奇数个字节

{

cksum += *(UCHAR *)pBuf; //则在末尾补上一个字节，使之有偶数个字节

}

cksum = ( cksum >> 16 ) + ( cksum&0xffff );

cksum += ( cksum >> 16 );

return (USHORT)( ~cksum );

}

//对数据包进行解码

BOOL DecodeIcmpResponse(char * pBuf, int iPacketSize, DECODE_RESULT &DecodeResult,

BYTE ICMP_ECHO_REPLY, BYTE ICMP_TIMEOUT)

{

//检查数据报大小的合法性

IP_HEADER* pIpHdr = ( IP_HEADER* )pBuf;

int iIpHdrLen = pIpHdr->hdr_len * 4; //ip报头的长度是以4字节为单位的

//若数据包大小小于 IP报头 + ICMP报头，

则数据报大小不合法

if ( iPacketSize < ( int )( iIpHdrLen + sizeof( ICMP_HEADER ) ) )

return FALSE;

//根据ICMP报文类型提取ID字段和序列号字

段

ICMP_HEADER *pIcmpHdr = ( ICMP_HEADER

* )( pBuf + iIpHdrLen );//ICMP报头 = 接收到的缓冲

数据 + IP报头

USHORT usID, usSquNo;

if( pIcmpHdr->type == ICMP_ECHO_REPLY ) //ICMP回显应答报文

{

usID = pIcmpHdr->id; //报文ID

usSquNo = pIcmpHdr->seq; //报文序

列号

}

else if( pIcmpHdr->type == ICMP_TIMEOUT )//ICMP超时差错报文

{

char * pInnerIpHdr = pBuf + iIpHdrLen

+ sizeof( ICMP_HEADER ); //载荷中的IP头

int iInnerIPHdrLen = ( ( IP_HEADER

* )pInnerIpHdr )->hdr_len * 4; //载荷中的IP头长

ICMP_HEADER * pInnerIcmpHdr = ( ICMP_HEADER * )( pInnerIpHdr + iInnerIPHdrLen );//载荷中的ICMP头

usID = pInnerIcmpHdr->id; //报文ID

usSquNo = pInnerIcmpHdr->seq; //序列号

}

else

{

return false;

}

//检查ID和序列号以确定收到期待数据报

if( usID != ( USHORT )GetCurrentProcessId() || usSquNo != https://www.360docs.net/doc/ce13776596.html,SeqNo )

{

return false;

}

//记录IP地址并计算往返时间

DecodeResult.dwIPaddr.s_addr = pIpHdr->sourceIP;

DecodeResult.dwRoundTripTime = GetTickCount() - DecodeResult.dwRoundTripTime;

//处理正确收到的ICMP数据报

if ( pIcmpHdr->type == ICMP_ECHO_REPLY || pIcmpHdr->type == ICMP_TIMEOUT )

{

//输出往返时间信息

if(DecodeResult.dwRoundTripTime)

cout<<""<

cout<<""<<"<1ms"<

}

return true;

}

//获取Ip地址的最后一个字段

int getIp(char Address[]){

int count =1;

int i, len = strlen(Address);

for(i = 0; i < len && count < 4; i++) { if(Address[i] == '.') {

count++;

}

}

int ip = 0;

for(; i < len; i++) {

ip = ip * 10 + (Address[i] - '0'); }

return ip;

}

//int 转 string 类型

string intToString(int v)

{

stringstream s;

s<

string str = s.str();

return str;

}

//string 转 char[]

char* zhuanhuan(string ipdata){

char *dst = new char[255];

int i;

for(i=0;i <=ipdata.length();i++)

dst[i]=ipdata[i];

dst[i] = '\0';

return dst;

}

int main()

{

//初始化Windows sockets网络环境

WSADATA wsa;

WSAStartup( MAKEWORD(2,2), &wsa);

char IpAddress[255];

char EndIpAddress[255];

cout<<"请输入一个起始IP地址(10.1.13.)或域名:";

cin>>IpAddress;

cout<<"请输入一个结束IP地址(10.1.13.)或域名：";

cin>>EndIpAddress;

//得到IP地址

u_long ulDestIP = inet_addr( IpAddress );

u_long ulEndIP=inet_addr( EndIpAddress );

//转换不成功时按域名解析

if( ulDestIP == INADDR_NONE )

{

hostent * pHostent = gethostbyname( IpAddress );

if( pHostent )

{

ulDestIP = ( *( in_addr* )pHostent->h_addr).s_addr;

}

else

{

cout<<"输入的IP地址或域名无效!"<

WSACleanup();

return 0;

}

}

cout<<"Tracing roote from "<

//得到最后一个字段

int starip=getIp(IpAddress);

int endip=getIp(EndIpAddress);

for(int i=starip; i<=endip; i++)

{

char p[15]="10.1.13.";

string str1(p);

string ipdata = str1 +intToString(i);

cout<

u_long

ulDestIP0=inet_addr(zhuanhuan(ipdata));

//填充目的端socket地址

sockaddr_in destSockAddr;

ZeroMemory( &destSockAddr, sizeof( sockaddr_in ) );

destSockAddr.sin_family = AF_INET;

destSockAddr.sin_addr.s_addr = ulDestIP0;

//创建原始套接字

SOCKET sockRaw = WSASocket( AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP, NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED );

//超时时间

int iTimeout = 300;

//设置接收超时时间

setsockopt( sockRaw, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char *)&iTimeout,