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综合实验报告
课程名称：__网络操作系统__ 开课学期 ：_XXX 学 院:_电气与信息工程学院_开课实验室：XXX
学生姓名:___XXX_ 专 业 班级: ___ XXX __
学 号:__ XXXXX_
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重庆科技学院学生实验报告
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第二篇：网络安全程序设计报告
基于原始Socket的网络嗅探器
1. 概述
本程序使用原始Socket来捕获网络内的数据包，通过将本机的网卡设置为混杂
模式，来使得网卡接收网络内的所有数据包，从而将其捕获。然后，将捕获到的数据包进行拆解，得到数据包内部的信息。
本系统目前支持TCP、UDP、ICMP包的解析。
1.1 程序的开发环境
使用的编程语言： C++
使用的开发工具： Visual C++ 6.0
1.2 小组成员及分工
2.背景知识
2.1 网卡的混杂模式
网卡的工作模式有正常模式和混杂模式两种。在正常模式下，网卡只接收目的地址是本机的数据包，其他的数据包全部丢弃。而网卡在混杂模式下，则接收所有经过网卡是数据包。
也就是说，混杂模式时网卡接收所有通过它的数据流，不论是什么格式，什么地址。具体的地址转发则是在接收到数据后由MAC层来进行。
通常在设计捕获数据包的程序时，均需要将网卡设置为混杂模式。
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2.2 常用数据报的格式
2.2.1 IP数据报
IP数据报是分布于网络层的数据包，提高对网络中主机的地址定位操作。其中包含了重要的数据信息，包括发送数据包的主机，即源IP地址，接收数据包的主机，即目的IP地址。以及其他一些IP地址相关的的附加信息。
IP数据报的格式如下：
2.2.2 TCP数据报
TCP向应用程序提供可靠的数据传输服务。TCP数据报由TCP首部和TCP数据部分组成。其TCP首部的格式如下：
2.2.3 UDP数据报
UDP向应用程式提供无连接的数据传输。虽然UDP是数据传输可靠性不如TCP，但其资源占用少，传输速度快，使得其在某些场合使用十分适合。例如，传输零星数据，简单的文本传输等。
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UDP数据报的首部仅仅有4个16位的字段，它们分别是UDP源端口，UDP目的端口，UDP数据报长度及校验和。
UDP头部格式：
2.2.4 ICMP数据报
ICMP是传输控制信息的报文，例如差错信息控制，目的地是否可达的信息等。标准的ICMP报文只有4个字节，但是在其多种控制报文中又有4个字节的控制信息，因此在ICMP的报文头部中应该加入该字段。
ICMP头部的格式
3.程序流程图
3.1 程序总体流程图
3.1 程序主体流程图
4 图
3.2 程序创建套接字部分流程图
图 3.2 创建套接字流程图
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3.3 程序拆包部分流程图
图 3.3 拆包部分流程图
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4. 程序实现
4.1 程序中的重要函数
4.1.1 创建原始套接字
m_Sock = socket(AF_INET,SOCK_RAW, IPPROTO_IP );
socket（）函数用于创建原始套接字，其中相关的参数说明如下：
AF_INET：设置套接字地址家族为TCP/IP地址家族
SOCK_RAW：设置套接字为原始套接字
IPPROTP_IP：设置套接字接收数据包，为IP层的数据包
4.1.2 设置套接字的工作方式，为混杂模式
WSAIoctl(m_Sock,SIO_RCVALL,&inBuffer,sizeof(inBuffer),&outBuffer,sizeof(outBuffer),&reValue,NULL,NULL)
WSAIoctl（）函数用于设置网卡的工作模式位混杂模式，在此模式下网卡可以接
受所经过网卡的数据包。
WSAIoctl（）函数的相关参数说明如下：
m_Sock：传入参数，标识一个套接字
SIO_RCVALL: 网卡的工作模式，混杂模式
&inBuffer： 设置输入的缓冲区
Sizeof（inBuffer）：输入缓冲区的大小
&outBuffer：设置输出缓冲区
Sizeof（outBuffer）：输出缓冲区的大小
&revalue：传出参数，指向函数实际返回的字节数的地址
NULL：传入参数，WSAOVERLAPPED结构的地址
NULL：传入参数，一个指向操作结束调用的例程指针。
4.1.3 接收数据包
ret = recv(pDlg->m_Sock,buffer,1000,0)
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recv（）函数用于接收经过网卡的数据包。其相关参数说明如下：
pDlg->m_Sock：接收使用的特定套接字
buffer：缓冲区
1000：缓冲区的大小
0： 其接收模式为正常接收
4.2 程序中的重要数据结构
4.2.1 IP头部结构
typedef struct HeadIP {
unsigned char headerlen:4;
unsigned char version:4;
unsigned char servertype;
unsigned short totallen;
unsigned short id;
unsigned short idoff;
unsigned char ttl;
unsigned char proto;
unsigned short checksum;
unsigned int sourceIP;
unsigned int destIP;
}HEADIP;
相关参数说明如下：
headerlen：首部长度，占4位
version：版本号，占4位
severtype：服务类型，占8位
totallen：总长度，占16位
id：标识
idoff：与上面的id共同构成标识，共占16位
ttl：生存时间，占8位
proto：协议，占8位
checksum：首部校验和，占16位
sourceIP：源IP地址，占32位
destIP：目的IP地址，占32位
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4.2.2 TCP头部结构
typedef struct HeadTCP {
WORD SourcePort;
WORD DePort; DWORD SequenceNo;
DWORD ConfirmNo; BYTE HeadLen;
BYTE Flag;
WORD WndSize; WORD CheckSum; WORD UrgPtr;
} HEADTCP;
相关参数说明如下：
SourcePort：源端口号，占16位
DePort：目的端口号，占16位
SequenceNO：序号，占32位
ConfirmNO：确认序号，32位
HeadLen：首部长度
Flag：与HeadLen组成一个部分，占16位 WndSize：窗口大小，占16位
Checksum：校验和，占16位
UrgPtr：紧急指针，占16位
4.2.3 UDP头部结构
typedef struct HeadUDP {
WORD SourcePort;
WORD DePort;
WORD Len;
WORD ChkSum;
} HEADUDP;
相关参数说明如下：
SourcePort：源端口号，占16位
DePort：目的端口号，占16位
Len：UDP长度，占16位
Chksum：UDP校验和，占16位
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4.2.4 ICMP头部结构 typedef struct HeadICMP { BYTE Type; BYTE Code; WORD ChkSum; Int Control; } HEADICMP;
相关参数说明：
Type：类型，占8位 Code：代码，占8位 Chksum：校验和，占16位 Control：控制信息，占32位
4.2.5 协议封装结构 struct PROTONAME{ int value;
char* protoname; };
相关参数说明如下：
Value：协议对于的常量值 Protoname：协议的名称 10
5. 程序界面
5.1 程序主界面
图5.1 程序主界面
程序主界面上显示了如下信息：
一个列表框，显示了如下内容：
协议名称，源IP地址，目的IP地址，源端口，目的端口，数据包大小，以及数据。
两个按钮：
开始监听按钮：单击按钮开始监听网卡上的数据包
取消按钮：单击按钮停止监听，并推出程序
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5.2 程序运行界面
图5.2 程序运行界面 12
6.程序功能结构图
图6.1 程序功能结构图 7. 程序主体函数
7.1 初始化套接字AfxSocketInit（）
WSADATA data;
AfxSocketInit(&data);
AfxSocketInit（）函数加载套接字，可以在程序推出时，自动关闭套接字。
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7.2 监听函数OnBeginlisten()
void CSniffAppDlg::OnBeginlisten()
{
//创建套接字,原始套接字
m_Sock = socket(AF_INET,SOCK_RAW, IPPROTO_IP );
char name[128];
memset(name,0,128);
hostent* phostent;//hostent标识主机信息的结构体，gethostbyname的返回值类型
phostent = gethostbyname(name);
DWORD ip;
ip = inet_addr(inet_ntoa(*(in_addr*)phostent->h_addr_list[0]));//inet_addr将点分十进制的IP转换为网络字节序
//inet_ntoa将网络字节序的IP转换为点分十进制的IP，
int timeout = 4000; //超时4秒
//设置接收数据的超时时间
setsockopt(m_Sock,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,(const
char*)&timeout,sizeof(timeout));
sockaddr_in skaddr;
skaddr.sin_family = AF_INET;
skaddr.sin_port = htons(700);
skaddr.sin_addr.S_un.S_addr = ip;
//绑定地址
if ( bind(m_Sock,(sockaddr*)&skaddr,sizeof(skaddr))==SOCKET_ERROR)
{
MessageBox("地址绑定错误");
return;
}
DWORD inBuffer=1;
DWORD outBuffer[10];
DWORD reValue = 0;
//WSAIoctl设置套接口的工作方式，SIO_RCVALL为混杂模式
if
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(WSAIoctl(m_Sock,SIO_RCVALL,&inBuffer,sizeof(inBuffer),&outBuffer,sizeof(outBuffer),&reValue,NULL,NULL)==SOCKET_ERROR)
{
MessageBox("设置缓冲区错误.");
closesocket(m_Sock);
return;
}
else
m_pThread = AfxBeginThread(ThreadFun,(void*)this);//启动接收线程
}
OnBeginListen（）函数响应“开始监听”按钮的消息，执行监听功能。
7.3 拆包线程函数ThreadFun（）
UINT ThreadFun( LPVOID pParam )
{
CSniffAppDlg* pDlg = static_cast<CSniffAppDlg*>(pParam);
MSG msg;//PeekMessage消息的参数
char buffer[1000],sourceip[32] ,*tempbuf;//设置缓冲区和源iP
char *ptemp;
BYTE* pData = NULL; //实际数据报中的数据
UINT sourceport ;
UINT deport;//增加的目的端口
CString str;//向列表中增加数据时，格式化非法数据
HEADIP* pHeadIP;
HEADICMP* pHeadICMP;
HEADUDP* pHeadUDP;
HEADTCP* pHeadTCP;
in_addr addr;//该结构体表示一个32位的IP地址
int ret;//错误检测函数的返回值
while (TRUE)
{
pData = NULL;
//接收主窗体发来的消息，来退出死循环
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if
(PeekMessage(&msg,pDlg->m_hWnd,WM_CLOSE,WM_CLOSE,PM_NOREMOVE ))
{
closesocket(pDlg->m_Sock);
break;
}
memset(buffer,0,1000);
ret = recv(pDlg->m_Sock,buffer,1000,0);//recv为有连接的接收数据函数，0为接收模式，正常接收
if (ret == SOCKET_ERROR)
{
continue;
}
else //接收到数据
{
tempbuf = buffer;
pHeadIP = (HEADIP*)tempbuf;//提取IP头信息
//获取数据报总长度
//WORD len = ntohs(pHeadIP->totallen);//2字节网络字节序转化为主机字节序
//获取源IP
pDlg->m_List.InsertItem(pDlg->m_List.GetItemCount(),"");
addr.S_un.S_addr = pHeadIP->sourceIP;
ptemp = inet_ntoa(addr);
pDlg->m_List.SetItemText(pDlg->m_List.GetItemCount()-1,1,ptemp);
//获取目的IP
addr.S_un.S_addr = pHeadIP->destIP;
ptemp = inet_ntoa(addr);
pDlg->m_List.SetItemText(pDlg->m_List.GetItemCount()-1,2,ptemp);
//获取协议名称
ptemp = get_protoname(pHeadIP->proto);
strcpy(sourceip,ptemp);
pDlg->m_List.SetItemText(pDlg->m_List.GetItemCount()-1,0,sourceip);
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//获取IP数据报总长度 WORD ipSumLen = ntohs(pHeadIP->totallen); //IP数据报头总长度 int ipHeadLen = 20;//IP头定义为20字节 //获得去除IP层数据的长度 WORD netlen = ipSumLen - ipHeadLen; //根据不同大协议获得不同协议的数据 switch (pHeadIP->proto) { case IPPROTO_ICMP: { pHeadICMP = (HEADICMP*)(tempbuf+20); //Ip头为20字节 pData = (BYTE*)(pHeadICMP)+4; //ICMP数据报头共4个字节 //获取数据的长度 netlen -= 4; break; } case IPPROTO_UDP: { pHeadUDP = (HEADUDP*)(tempbuf+20); pData = (BYTE*)pHeadUDP+8; //UDP数据报头共8个字节 sourceport = ntohs(pHeadUDP->SourcePort); str.Format("%d",sourceport); //设置源端口 pDlg->m_List.SetItemText(pDlg->m_List.GetItemCount()-1,3,str);
str.Empty();
deport=ntohs(pHeadUDP->DePort);
str.Format("%d",deport);
//设置目的端口
pDlg->m_List.SetItemText(pDlg->m_List.GetItemCount()-1,4,str);
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str.Empty(); netlen -= 8; break; } case IPPROTO_TCP: { pHeadTCP = (HEADTCP*)(tempbuf+20); sourceport = ntohs(pHeadTCP->SourcePort); pData = (BYTE*)pHeadTCP+20; //TCP数据报头共20个字节 str.Format("%d",sourceport); //设置源端口 pDlg->m_List.SetItemText(pDlg->m_List.GetItemCount()-1,3,str);str.Empty(); str.Format("%d",deport); //设置目的端口 pDlg->m_List.SetItemText(pDlg->m_List.GetItemCount()-1,4,str);str.Empty(); netlen-= 20; break; } } //设置数据大小 str.Format("%d",netlen); pDlg->m_List.SetItemText(pDlg->m_List.GetItemCount()-1,5,str); str.Empty(); //设置数据 if (pData != NULL) { str.Format(" %s",pData); pDlg->m_List.SetItemText(pDlg->m_List.GetItemCount()-1,6,str); } str.Empty(); pDlg->ShowInfo(); }
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}
return 0;
ThreadFun（）函数用于接收网卡上的数据包，并进行拆包，将其中的消息提取出来。以显示在列表框中。
7.4 获取协议函数get_protoname()
PROTONAME protos[11] = {
{IPPROTO_IP ,"IP"},
{IPPROTO_ICMP,"ICMP"},
{IPPROTO_IGMP,"IGMP"},
{IPPROTO_GGP,"GGP"},
{IPPROTO_TCP,"TCP"},
{IPPROTO_PUP,"PUP"},
{IPPROTO_UDP,"UDP"},
{IPPROTO_IDP,"IDP"},
{IPPROTO_ND,"ND"},
{IPPROTO_RAW,"RAW"},
{IPPROTO_MAX,"MAX"}
};
char* get_protoname(int protoID)
{
for (int i= 0; i<11; i++)
if (protoID == protos[i].value)
{
return protos[i].protoname;
}
return "";
}
get_protoname（）函数用于获取数据包协议的名称，从而按照特定的方式解析协议。 而protos[]数组则是封装了常见的网络协议。包括IP、TCP、UDP、ICMP等。
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8. 程序设计心得
本次程序设计是一个简单的网络嗅探器。
这个嗅探器是基于原始套接字的。其能捕获网络层的数据包，并且通过拆包来获取其中的包内容信息。
程序设计的过程中，遇到了一下困难，其中一个就是拆包部分的问题。数据指针如何提取数据包中的数据，又如何从控制数据指针的移动，找到相应的数据包的其他部分的信息。后来，通过对该部分进行一下合理的算法设计，得到了一个好的拆包方法。这样这个问题才得到解决。此外，还遇到了其他许多问题，在小组成员的共同努力下，问题都最终得到了解决。
当然，程序中还是存在很多不足，例如，执行拆包功能的线程不能随时终止，要停线程，必须退出程序。可能，其中还存在有未知的bug和问题，这些待进一步的完善。
另外，程序的功能上还是不够。可以进一步的扩充，例如增加对其他数据包解析的支持，增加解析数据的保持功能，增加对数据的分析功能等。
总之，程序还是完成了基本的功能，其中的不足待在进一步的学习中来提高和完善。
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