ip数据包的捕获与解析.

计算机网络与通信

课程设计报告

实验项目名称 IP数据包的捕获与解析

实验学生班级电力通信122

实验学生学号 208120529 实验学生姓名颜辉

同组学生姓名无

实验时间12.15～12.19

实验地点信息楼C322

实验成绩评定

指导教师签字

2014 年 12 月 20 日

目录

一.课程设计应达到的目的--------------------------------1

二.课程设计题目及要求----------------------------------1

三.课程设计思想----------------------------------------1

四.课程设计流程图--------------------------------------3 五．部分程序设计的分析---------------------------------3 六．IP数据包解析代码-----------------------------------6 七．运行结果-------------------------------------------11 八．总结-----------------------------------------------11 九．参考文献-------------------------------------------12

一.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。

二.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。

三.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=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(TOS)16位总长度(字节为单位) 16位标识3位标志13位片偏移

8位生存时间(TTL)8位协议16位首部检验和

32位源IP地址

32位目的IP地址

IP数据包的C++定义：

typedef struct _IP

{

union

{

BYTE 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 HdrChksum; // 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 ,&dwBufferInLen , sizeof(dwBufferInLen)函数用来把网卡设置为混杂模式。

recv(sock,buffer,65535,0)函数用来接收经过的IP包，其参数分别是套接字描述符，缓冲区的地址，缓冲区的大小。

四.课程设计流程图

五．部分程序设计的分析

1、使用原始套接字

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=WSASoccket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP,NULL,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_OVERLAPPED 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No

自对IP头进行处理。

BOOL flag=true;

setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(CHAR*)&flag,sizeof(flag));

之后，使用如下代码完成对socket的初始化工作：

/*获取主机名*/

char hostName[128];

gethostname(hostName,100);

/*获取本地IP地址*/

hostent * pHostIP;

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_list[0];

addr_in.sin_family = AF_INET;

addr_in.sin_port = htons(6000);

/*绑定socket*/

bind(sock,(PSOCKADDR)&addr_in,sizeof(addr_in));

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；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 dwBufferLen[10];

DWORD dwBufferInLen = 1;

DWORD dwBytesReturned = 0;

WSAIoct1(SnifferSocket,

IO_RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof(dwBufferInLen),&dwBufferLen,sizeof(dwBufferLen) ,&dwBytesReturned,NULL,NULL);

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：#define BUFFER_SIZE 65535

char buffer[BUFFER_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

{

union

{

BYTE Version; //版本（前4位）

BYTE HdrLen; //报头标长（后4位），IP头的长度};

BYTE ServiceType; //服务类型

WORD TotalLen; //总长度

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;

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=*(IP_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.Version>>4;

/*获取头部长度字段*/

ip.HdrLen & 0x0f;

/*获取服务类型字段中的优先级子域*/

ip.ServiceType>>5;

/*获取服务类型字段中的TOS子域*/

(ip.ServiceType>>1)&0x0f;

/*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.Flags>>14) & 0x01;

MF = (ip.Flags>>13) & 0x01;

/*获取分段偏移字段*/

ip.FragOff & 0x1fff;

/*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*)&ip.SrcAddr);

/*解析目的IP地址字段*/

inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.DstAddr);

六．IP数据包解析代码如下:

#include

#include

#include

#include

#pragma comment (lib,"Ws2_32.lib")

#define BUFFER_SIZE 65535

#define IO_RCV ALL _WSAIOW(IOC_VENDOR,1)

typedef struct _IP_HEADER //定义IP头

{

union

{

BYTE Version; //版本（前4位）

BYTE HdrLen; //报头标长（后4位），IP头长度};

BYTE ServiceType; //服务类型

WORD TotalLen; //数据报总长

WORD ID; //标识

union

{

WORD Flags; //标识（前3位）

WORD FragOff; //分段偏移（后13位）};

BYTE TimeToLive; //生存周期

BYTE Protocol; //协议

WORD HdrChksum; //头校验和

DWORD SrcAddr; //源地址

DWORD DstAddr; //目地地址

BYTE Options; //选项

}IP_HEADER;

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"; //网络控制

break;

case 6:

return "Internet work Control"; //网络控制

break;

case 5:

return "CRITIC/ECP";

break;

case 4:

return "Flash Override"; //最优先信号

break;

case 3:

return "Flsah";

break;

case 2:

return "Immediate";

break;

case 1:

return "Priority"; //协议

break;

case 0:

return "Routine"; //路由

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"; //正常运行

break;

case 1:

return "Minimize monetary cost"; //成本

break;

case 2:

return "Maximize reliability"; //可靠性

break;

case 4:

return "Maximize throughput"; //吞吐量

break;

case 8:

return "Minimize delay"; //延迟

break;

case 15:

return "Maximize security"; //安全性

break;

default:

return "Unknow";

}

}

char * getProtocol(BYTE Protocol) //获取协议字段共8位

{

switch(Protocol) //以下为协议号说明：

{

case 1:

return "ICMP"; //Internet控制报文协议case 2:

return "IGMP"; //Internet组管理协议

case 4:

return "IP in IP"; //移动IP数据封装和隧道case 6:

return "TCP"; //传输控制协议

case 8:

return "EGP"; //外部网关协议

case 17:

return "UDP"; //用户数据报文协议

case 41:

return "IPv6";

case 46:

return "RSVP"; //资源预留协议

case 89:

return "OSPF"; //Open Shortest Path First 开发式最短路径优先default:

return "UNKNOW";

}

}

void ipparse(FILE* file,char* buffer)

{

IP_HEADER ip=*(IP_HEADER*)buffer; //通过指针把缓冲区的内容强制转化为IP_HEADER数据结构

fseek(file,0,SEEK_END);

fprintf(file,"版本号=%d\r\n",ip.Version>>4);

fprintf(file,"报头标长= %d (BYTE)\r\n",((ip.HdrLen & 0x0f)*4));

fprintf(file,"服务器类型= %s,%s\r\n",parseServiceType_getProcedence(ip.ServiceType), parseServiceType_getTOS(ip.ServiceType));

fprintf(file,"总长度= %d(BYTE)\r\n",ip.TotalLen);

fprintf(file,"标识= %d\r\n",ip.ID);

fprintf(file,"标志位DF=%d , MF=%d\r\n",((ip.Flags>>14)&0x01),((ip.Flags>>13)&0x01));

fprintf(file,"分段偏移值= %d\r\n",(ip.FragOff&0x1fff));

fprintf(file,"生存期= %d (hops)\r\n",ip.TimeToLive);

fprintf(file,"协议= %s\r\n",getProtocol(ip.Protocol));

fprintf(file,"头校验和= 0x%0x\r\n",ip.HdrChksum);

fprintf(file,"源IP地址= %s\r\n",inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.SrcAddr));

fprintf(file,"目的IP地址= %s\r\n",inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.DstAddr));

fprintf(file,"---------------------------------------------\r\n");

}

int main()

{

FILE * file;

if((file=fopen("history.txt","wb+"))==NULL)

{

printf("fail to open file %s");

return -1;

}

WORD rv;

WSADATA WSAData; //定义了能够储存WSAStarup调用返回值的结构

rv=MAKEWORD(2,2); //Winsock2版本

WSAStartup(rv,&WSAData);

SOCKET sock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP); //创建套接字，sock为套接字描述符

BOOL flag=true;

setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(CHAR*)&flag,sizeof(flag));//任意类型、任意状态套接口的设置选项值

char hostName[128];

gethostname(hostName,100); //获取主机名

hostent * pHostIP; //获取本地IP地址

pHostIP = gethostbyname(hostName);

sockaddr_in addr_in;

addr_in.sin_addr=*(in_addr *)pHostIP->h_addr_list[0];

addr_in.sin_family = AF_INET;

addr_in.sin_port = htons(6000); //将无符号短整型主机数据转换为网络字节顺序数据bind(sock,(PSOCKADDR)&addr_in,sizeof(addr_in));

DWORD dwBufferLen[10]; //设置网卡为混杂模式

DWORD dwBufferInLen=1;

DWORD dwBytesReturned=0;

WSAIoctl(sock, IO_RCV ALL,&dwBufferInLen,sizeof(dwBufferInLen),

&dwBufferLen,sizeof(dwBufferLen),&dwBytesReturned,NULL,NULL);

char buffer[BUFFER_SIZE]; //设置缓冲区

char i,a;

int n=0,c;

printf("数据包捕捉和解析程序正在启动\n");

for(a=1;a<=10;a++)

{

printf("...");

Sleep(300);

}

printf("\n\n确定要接收并解析本机的数据包吗？Y/N \n");

scanf("%c",&i);

printf("\n\n需要一次抓取几个数据包\n");

scanf("%d",&c);

system("cls");

while(true&&i=='Y'||i=='y')

{

if(n==-1){printf("\n\n需要一次抓取几个数据包\n");

scanf("%d",&c);n=0;}

int size=recv(sock,buffer,BUFFER_SIZE,0); //接收数据包

if (size>0)

{

printf("\n\n数据包捕获解析程序\n");

printf("---------------------------------------------\n");

ipparse(stdout,buffer);

ipparse(file,buffer);

n++;

if(n

else n=-1;

printf("是否要继续接收并解析本机的数据包？Y/N \n");

fflush(stdin);

scanf("%c",&i);

continue;

}

else

fclose(file);

return 0;

}

closesocket(sock);

}

七．运行结果：

八．总结

本次课程设计让我学会了很多的东西，其中，最值得一提的是：①对IP协议有了比较深入的了解；②学习了Windows socket。

我选择的课题是IP数据包的捕获与分析。所以需要对IP数据包有非常深入

的了解。这次实验中，我把IP协议学了好多遍，知道了IP头中每一个字段的意

思。

对IP数据包的捕获，我使用的是原始套接字，在Windows操作系统中实现

的。在做实验的过程中，我把Windows socket大概学了一遍，重点学习了其中

的原始套接字。在学习的过程中，对OSI七层模型有了更深的了解。对Windows socket的学习，让我对网络编程的基本方法和步骤有了一定的了解，相信这次

的学习对我以后网络编程的学习会很有帮助。我感觉Windows socket确实是一

个很强大的工具，但是由于是C语言的接口，用起来也有一些的繁琐。

在学习《计算机网络》这门课程的时候，我觉得很乏味无聊。但是，在做课

程设计的时候，我才发现上课学的那些理论知识是非常有用的。如果没有那些理

论知识的支撑，要完成这次的课程设计，基本是不可能完成的事情。所以，这次

课程设计的经历又一次告诉我，理论和实际相结合是非常重要的。

九．参考文献

（1）................................................................... A ndrew S.Tanenbaum，David J.Wetherall. 计算机网络（第五版）[M]. 北

京：清华大学出版社，2012.3 （2）................................................................... B ob Quinn，Dave Shute. Windows Sockets网络编程[M].北京：机械工业

出版社，2012.8 （3）................................................................... M SDN. TCP / IP原始套接字.

https://www.360docs.net/doc/f46361124.html,/en-us/library/windows/desktop/ms74054

8(v=vs.85).aspx