发现网络中的活动主机--计算机网络课程设计

计算机网络课程设计一、设计内容及设计要求1.1课程设计内容：利用ICMP数据包，通过使用ICMP的回送和回送响应消息来确定当前网络中处于活动状态的主机，即ping消息的请求和应答，将发送的ICMP的数据包类型设置为回送请求（类型号为8），并显示在标准输出上。

用命令行形式运行：scanhost Start_IP End_IP，其中scanhost 为程序名；Start_IP为被搜索网段的开始IP；End_IP为被搜索网段的结束IP地址。

1.2课程设计目的：IP协议的优点是简单，但缺少差错控制和查询机制，而网际控制报文协议（ICMP具有补充IP功能的作用。

在网络管理中，常常要确定当前网络在红处于活动状态的主机，这时可以通过ICMP的回送和回送响应消息来完成这项工作。

这课程设计的目的就是编制程序，利用ICMP数据包，发现网络中的活动主机,即ping消息的请求和应答。

通过课程设计，熟悉ICMP报文的结构，对ICMP协议有更好的理解和认识，培养综合运用网络知识解决实际问题能力。

1.3课程设计要求：设计程序，其功能是发送ICMP数据包，以获取指定望段中的活动主机，并将结果显示在标准输出设备上程序的具体要求如下：1．用命令形式运行scanhost为程序名；start_ip为被搜索网段；end_ip为被搜索网段的结束IP地址。

如在命令行输入scanhost 192.168.0.1 192.168.0.1002．输出格式活动主机1的IP地址活动主机2的IP地址活动主机n的IP地址二、总体设计2.1设计原理首先对ICMP报文的格式有一定的了解，ICMP报文是在IP数据报内部传输的，其结构如图所示：ICMP报文的格式如图所示：0 7 8 15 16 31（位）所有报文的前4个字节都是一样的，但是其它字节则互不相同。

其中类型字段可以有15个不同的值，以描述特定类型的ICMP报文，某些ICMP报文还使用代码字段的值来进一步描述不用的条件。

按验和字段为2字节，校验的范围是整个ICMP报文。

检验和是必须的，其计算方法与IP协议头部校验和的计算方法一样。

各种类型的ICMP报文如图所示（ICMP报文类型），不同类型由报文中的类型字段和代码字段来共同决定。

课程设计的目的是发现网络中的活动主机，就是使用ICMP的回送和回送响应消息发现网络中的活动主机，即Ping消息的请求和应答。

那幺，发送的ICMP的数据包类型设置为回送请求（类型号为8）。

本程序使用的原始套接字生成ICMP请求/应答报文来进行活动主机的探查。

这个程序使用的是回送请求和应答消息。

程序的大致思想是把ICMP的数据报类型设置为回送请求，将它发送给网络上的一个IP地址，如果这个IP地址已经被占用的话，那么使用位于这个IP 地址的主机上的TCP/IP软件就能接受到这个ICMP回送请求，从而返回一个ICMP回送请求（类型号为0）信息。

信息封装在一个IP包中，我们需要解析该IP包，从中找到ICMP 数据信息，相反，如果这个IP地址没有人使用，那么发送的ICMP回送请求在设定的延时内就不可能得到响应。

2.2概要设计主程序流程图子线程流程图三、详细设计及代码3.1 ICMP报文分析ICMP是一种差错和控制报文协议，用于传输错误报告和控制信息。

ICMP报文分为头部和数据部分。

ICMP报文封装在IP数据报中传输。

IP报头中的类型为1时，表示报文的数据部分为ICMP报文。

虽然ICMP报文由IP报文传输，但是并不能认为ICMP是IP的上层协议，而是IP协议的有机补充。

把ICMP报文放在IP包中，是要利用IP的转发功能。

类型（TYPE）是一个字节，表示ICMP消息的类型。

代码（CODE）也是一个字节，表示报文类型的下一步信息。

校验和共有两个字节，提供对整个ICMP报文的校验和（和IP 报文类型的进一步信息）。

校验和共两个字节，提供对整个ICMP报文的校验和。

按照协议的功能来分，ICMP报文可以分为[1]. ICMP差错报文包括目的不可达报告，超时报告，参数出错报告。

[2] .ICMP控制报文包括拥塞控制和源抑制报文，路游控制和重定向报文[3] .ICMP测试报文包括请求应答报文，时戳请求应答报文。

本课程设计就是使用ICMP请求/应答报文来测试目的主机是否存在,请求者想某特定的主机发送请求，其中包含任选的数据。

目的主机收到请求后，发送应答报文。

在同一时刻，一台机器可以同时向多台主机发送请求报文。

ICMP报文格式如图所示：ICMP回送报文格式如下图所示：3.2程序功能分析本程序使用原始套接字生成ICMP报文来进行活动主机的探查。

这个程序使用的是回送请求与应答信息。

程序的大致思想是把ICMP的数据包类型设置为回送请求，将它发送给网络上的一个IP地址，如果这个IP地址已经被占用的话，那么使用位于这个IP地址的主机上的TCP/IP软件就能够接受到这个ICMP回送请求，从而返回一个ICMP回送响应（类型号为0）信息。

信息封装在一个IP包中，需要解析该IP包，从中找到ICMP数据信息。

相反，如果这个IP地址没有人使用，那么发送的ICMP回送请求在设定的延时内就不可能得到响应。

在初始化原始套接字之后，本程序就要开始在一个IP网段内寻找活动主机。

因为要寻找活动的主机可能很多，为节省时间可以采用多线程编程。

结合核心代码对程序的具体进行分析。

3.2.1使用原始套接字为了实现发送/监听ICMP抱文，必须使用原始套接字，创建原始套接字的代码如下：SOCKET sockraw;sockraw=WSASocket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP,NULL,0,wsa_flag_overlapp ed);在WSASocket函数中，我们使用IPPROTO_ICMP表示接受ICMP数据包，为了使用发送接受超时设置（设置SO_RCVTIMEO或SO_SNDTIMEO），必须将标志位置为WSA_FLAG_OVERLAPPED。

然后调用setsockopt函数设置读取迟延。

在setsockopt函数中，sockraw是之前创建的原始套接字，设置SOL_SOCKET表明使用基本套接字处理ICMP抱文。

设置SO_RCVTIMEO表示使用接受超时设置，SOSNDTIMEO表示使用发送超时设置，在这里，超时时间均设置为1000ms。

3.2.2定义IP头部的数据结构typedef struct iphdr{unsigned int headlen:4; //ip头长度unsigned int wersion:4; //ip版本号unsigned char tos; //服务类型unsigned short totallen; //ip包总长度unsigned short id; //ip号unsigned short flag; //标记unsigned char ttl; //生存时间unsigned char prot; //协议（UDP TCP）unsigned short checksum; //校验和unsigned int sourceip; //源ipunsigned int destip; //目的ip}IpHeader;3.2.3定义ICMP头部数据结构typedef struct icmphdr{BYTE type; //icmp类型码，回送请求的类型码为8BYTE code; //子类型码，保存与特定ICMP报文类型相关的细节信息USHORT checksum; //校验和USHORT id; //ICMP报文id号USHORT seq; //ICMP数据报的序列号}Icmpheader;3.2.4填充并发送请求类型的ICMP报文#define ICMP_ECHO 8 //请求回送#define DEF_PACKET_SIZE 32 //缺省数据报长度#define MAX_PACKET 1024 //最大数据报长度#char icmp_data[MAX_PACKET]; //ICMP数据报最大可能长度Memset(icmp_data,0, MAX_PACKET) //将数据报清空初始化Int datasize=DEF_PACKET_SIZE; //ICMP数据报报文体的额缺省长度Datasize+=sizeof(icmpHeader)；//加上ICMP数据头部icmp_header *icmp_hdr;char *datapart;icmp_hdr=(icmpheader*)icmp_data;icmp_hdr->type=icmp_echo; //设置类型icmp_hdr->id=(ushort)getcurrentthreadid(); //设置其ID号为当前线程号datapart=icmp_data+sizeof(icmpheader); //计算出ICMP数据报的数据部分memset(datapart,'A',datasize-sizeof(icmphearder)); //填入数据(（IcmpHeader*）icmp_data)->seq=0; //序列号(（IcmpHeader*）icmp_data)->check_sum=0; //先将检验和置0(（IcmpHeader*）icmp_data)->checksum=checksum(USHORT*) icmp_data,data_size);Checksum 为计算校验和的函数，设校验和初值为0，然后对数据每16位求异或，结果取反，便得校验和。

其代码如下：USHORT checksum(USHORT * buffer, int size) //计算校验和{unsinged long cksum=0;while (size>1){cksum+=*buffer++;size-=sizeof(ushort);}if(size){cksum+=*(uchar)buffer;}cksum=(cksum>>16)+(cksum&0xffff);cksum+=(cksum>>16);return (ushort)(-cksum);}填充ICMP报文之后，应在ICMP报文之前加上IP报头并发送出去。

可调用下面的代码发送数据包。

注意，这里的dest是填入目的主机的IP地址的一个sockaddr_in数据结构，IP_STRING是目的的主机的IP地址字符串。

Struct sockaddr_in_dest;Dest.sin_family=AF_INET;Dest.sin_addr.s_addr=inet_addr(IP_STRING);Sendto(sockraw,icmp_data,datasize,0,(sockaddr*)&dest,size of(dest));3.2.5解析数据包如果所ping的目的主机存在，那么它会发出一个回送应答包。