课设名称：IP数据包解析
班 级：
学 号：
姓 名：
指导老师：
日期：2012.6.15
目录
1.课程设计目的. 1
2.课程设计要求. 1
3.程序设计分析. 1
3.1 网卡设置. 1
3.2 使用套接字. 2
3.2.2 接收数据包. 2
3.3 定义IP头部的数据结构. 3
3.4 IP包的解析. 3
3.5 协议的定义. 4
3.6捕获处理. 4
4.运行结果. 5
5.总结. 5
6.源程序代码. 6
1.课程设计目的
本课程设计的目的就是设计一个捕获并解析IP数据包的程序，并根据这个程序，说明IP数据包的结构及IP协议的相关问题，从而对IP层的工作原理有更好的理解和认识。
2.课程设计要求
本设计的目标是捕获网络中的IP数据包，解析数据包的内容，将结果显示在标准输出上，并同时写入日志文件。
程序的具体要求如下：
1）以命令行形式运行：ipparse logfile，其中ipparse是程序名, 而logfile则代表记录结果的日志文件。
2）在标准输出和日志文件中写入捕获的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地址等内容。
3）当程序接收到键盘输入Ctrl+C时退出
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 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-ip,null,0,wsa-flag-overlapped):
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：
struct IP_HEADER
{
unsigned short ip_version, /*IP的版本号 */
ip_hdr_len； /*IP包头的长度*/
ip_tos； /*IP包的服务类型*/
ip_total_len； /*IP包的总长度*/
ip_id； /*IP包的分段标识*/
ip_flags； /*IP包的分段标志*/
ip_frag_offset； /*IP包的分段偏移*/
ip_ttl； /*IP包的生存时间*/
ip_proto； /*IP包的高层协议*/
ip_hdr_chksum; /*IP包的校验和*/
struct IPADDRESS ip_src_addr； /*IP包的源IP地址*/
ip_dest_addr； /*IP包的目的IP地址*/
}ipheader;
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
在本次课程设计中，通过多次上机的实践，充分利用所学的计算机网络以及socket编程与C语言编程的知识，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，充分运用了所学的计算机网络知识，设计出了如何解析IP数据包，从而更加深刻的了解到了IP数据包的结构及IP协议的相关问题，从而对IP层的工作原理有更好的理解和认识。
在课程设计的过程也碰到的不少问题。例如：对IP数据包的结构不了解、IP层工作原理也不熟悉、C语言编程基础差等一系列问题。让我认识到了自己的很大不足，在以后的学习过程中还将努力提高。
6.源程序代码
#include "winsock2.h"
#include "ws2tcpip.h"
#include "iostream.h"
#include "stdio.h"
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
#define IO_RCVALL _WSAIOW(IOC_VENDOR,1)
#define BUFFER_SIZE 65535
/* 定义IP头部数据结构 */
typedef struct _IP_HEADER{
union{
BYTE Version; //版本（前4位）
BYTE HdrLen; //报头标长（后四位），IP头长度
};
BYTE ServiceType; //服务类型
WORD TotalLen; //总长度
WORD ID; //标识
union{
WORD Flags;
WORD FragOff;
};
BYTE TimeToLive;
BYTE Protocol;
WORD HdrChksum;
DWORD SrcAddr;
DWORD DstAddr;
BYTE Options;
}IP_HEADER;
//逐位解析IP头中的信息，获取版本号
void getVersion(BYTE b,BYTE &version)
{
version = b>>4;
}
void getIHL(BYTE b,BYTE &result)
{
result = (b & 0x0f) *4;
}
//解析服务类型
char * parseServiceType_getProcedence(BYTE b){
switch(b>>5){
case 7:
return "Network Control";
case 6:
return "Internet work Control";
case 5:
return "CRITIC/ECP";
case 4:
return "Flash Override";
case 3:
return "Falsh";
case 2:
return "Immediate";
case 1:
return "Priority";
case 0:
return "Routine";
default:
return "Unknown";
}
}
char * parseServiceType_getTOS(BYTE b){
b=(b>>1)&0x0f;
switch(b){
case 0:
return "Normal service";
case 1:
return "Minimize monetary cost";
case 2:
return "Maximize reliability";
case 4:
return "Maximize throughput";
case 8:
return "Minimize delay";
case 15:
return "Maximize security";
default:
return "Unknown";
}
}
/* 获取禁止分片标志和分片标志 */
void getFlags(WORD w,BYTE &DF, BYTE &MF){
DF=(w>>14)&0x01;
MF=(w>>13)&0x01;
}
/* 获取分片偏移量 */
void getFragoff(WORD w,WORD &fragoff){
fragoff=w&0x1ffff;
}
//获取协议
char * getProtocol(BYTE Protocol){
switch (Protocol){
case 1:
return "ICMP";
case 2:
return "IGMP";
case 3:
return "GGP";
case 4:
return "IP in IP ";
case 6:
return "TCP";
case 8:
return "EGP";
case 17:
return "UDP";
case 41:
return "IPv6";
case 46:
return "OSPF";
default:
return "UNKNOWN";
}
}
/* 解析IP数据包 */
void ipparse(FILE * file,char *buffer){
IP_HEADER ip = *(IP_HEADER *)buffer;
fseek(file,0,SEEK_END);
BYTE version;
getVersion(ip.Version,version);
fprintf(file,"版本=IPV%d\r\n",version);
BYTE headerLen;
getIHL(ip.HdrLen,headerLen);
fprintf(file,"头长度=%d(BYTE)\r\n",headerLen);
fprintf(file,"服务类型=%s,%s\r\n",
parseServiceType_getProcedence(ip.ServiceType),
parseServiceType_getTOS(ip.ServiceType));
fprintf(file,"数据报长度=%d(BYTE)\r\n",ip.TotalLen);
fprintf(file,"数据报ID=%d\r\n",ip.ID);
/* DF表示禁止分片标志，MF表示分片标记 */
BYTE DF,MF;
getFlags(ip.Flags,DF,MF);
fprintf(file,"分段标志 DF=%d,MF=%d\r\n",DF,MF);
WORD fragOff;
getFragoff(ip.FragOff,fragOff);
fprintf(file,"分段偏移值=%d\r\n",fragOff);
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");
}
/* 程序入口 */
int main(int argc,char *argv[]){
/* cmd参数 */
if(argc!=2){
printf("usage error!\n");
return -1;
}
FILE *file;
/* 以读写的方式建立一个文本文件logfile.txt */
if((file=fopen(argv[1],"w+"))==NULL){
printf("fail to open file %s","logfile.txt");
return -1;
}
WSAData wsData;
/* 启动2.2版本的Socket，并将Socket版本信息保存到wsData中 */
if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsData)!=0){
printf("WSA startup failed!\n");
return -1;
}
fprintf(file,"Socket初始化...\r\n");
fprintf(file,"==================================\r\n");
fprintf(file,"描述：%s\r\n",wsData.szDescription);
fprintf(file,"状态：%s\r\n",wsData.szSystemStatus);
fprintf(file,"==================================\r\n");
SOCKET sock;
/* 创建原始套接字 */
if((sock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP))==INVALID_SOCKET){
printf("Can not create socket!\n");
return -1;
}
BOOL flag=true;
/* 设置IP头操作选项 */
if(setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(CHAR*)&flag,sizeof(flag))==SOCKET_ERROR){
printf("setsockopt failed!\n");
return -1;
}
char hostName[128];
/* 获取本地主机名 */
if(gethostname(hostName,100)==SOCKET_ERROR){
printf("gethostname failed!\n");
return -1;
}
hostent *pHostIP;
/* 根据主机名获取主机信息 */
if((pHostIP=gethostbyname(hostName))==NULL){
printf("gethostbyname failed!\n");
return -1;
}
printf("Hostname: %s\r\n",pHostIP->h_name);
printf("IPAddress: %s\r\n",inet_ntoa(*((struct in_addr *)pHostIP->h_addr)));
/* 封装IP地址信息 */
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); //监听的端口号
/* 把Socket绑定到本地网卡 */
if(bind(sock,(PSOCKADDR)&addr_in,sizeof(addr_in))==SOCKET_ERROR){
printf("bind failed");
return -1;
}
DWORD dwBufferLen[10];
DWORD dwBufferInLen=1;
DWORD dwBytesReturned=0;
/* 设置网卡为混杂模式 */
if(WSAIoctl(sock,IO_RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof(dwBufferInLen),
&dwBufferLen,sizeof(dwBufferLen),&dwBytesReturned,NULL,NULL)==SOCKET_ERROR){
printf("icotlsocket failed\n");
return -1;
}
char buffer[BUFFER_SIZE];
printf("=============开始解析=============\r\n");
while(true){
/* 从套接字接收IP数据报 */
int size=recv(sock,buffer,BUFFER_SIZE,0);
if(size>0){
ipparse(stdout,buffer);
ipparse(file,buffer);
}
}
/* 解除Socket绑定 */
if(WSACleanup()==SOCKET_ERROR){
printf("WSACleanup failed!\n");
return -1;
}
/* 关闭文件 */
fclose(file);
return 0;
}