遵义师范学院计算机与信息科学学院
实 验 报 告
（2012—2013学年第1学期）
课程名称： 网络安全实验
班 级： 10级计科（1）班
学 号： 10410901049
姓 名： 罗永龙
任课教师： 蒲晓川
《 网络安全扫描 》实验报告
第二篇：ping实验报告
一．实验目的
PING程序是我们使用的比较多的用于测试网络连通性的程序。PING程序基于ICMP，使用ICMP的回送请求和回送应答来工作。由计算机网络课程知道，ICMP是基于IP的一个协议，ICMP包通过IP的封装之后传递。
课程设计中选取PING程序的设计，其目的是希望同学们通过PING程序的设计，能初步掌握TCP/IP网络协议的基本实现方法，对网络的实现机制有进一步的认识。
二．实验内容和要求
1、RAW模式的SOCKET编程
PING程序是面向用户的应用程序，该程序使用ICMP的封装机制，通过IP协议来工作。为了实现直接对IP和ICMP包进行操作，实验中使用RAW模式的SOCKET编程。
熟悉SOCKET的编程，包括基本的系统调用如SOCKET、BIND等；
2.具体内容
2.1定义数据结构
需要定义好IP数据报、ICMP包等相关的数据结构；
2.2程序实现
在WINDOWS环境下实现PING程序；
2.3程序要求
在命令提示符下输入：
PING ΧΧΧ.ΧΧΧ.ΧΧΧ.ΧΧΧ
其中ΧΧΧ为目的主机的IP地址，不要求支持域名，对是否带有开关变量也不做要求。不带开关变量时，要求返回4次响应。
返回信息的格式：
REPLY FROM ΧΧΧ.ΧΧΧ.ΧΧΧ.ΧΧΧ
或
REQUEST TimeOut （无法PING通的情况）。
三.基本思路及所涉及的相关理论
3.1 功能模块设计
本系统共有 4 个模块，分别是初始化模块、功能控制模块、数据控制模块、数据报解读模块和ping测试模块.
3.1.1 初始化模块。改模块用于初始化各个全局变量，为全局变量赋初始值；初始化，加载库。
3.1.2功能控制模块。改模块是被其它模块调用，其功能包括获取参数、计算校验和填充数据报文、释放占用资源和显示用户帮助。
3.1.3数据报解读模块。改模块用于解读接收到的报文和选项。
3.1.4测试模块。改模块是本程序的核心模块，调用其他模块实现其功能，主要是实现的功能。
3.2系统流程图
系统执行的流程图2.2所示。程序首先调用IniPing()函数初始化各全局变量，然后GetArgments()函数获取用户输入的参数，检查用户输入的参数，如果参数不正确或者没有输入参数，则显示用户帮助信息(User help )，并结束程序；如果参数正确，则对指定目的地执行Ping命令，如果Ping通，则显示Ping结果并释放占用资源，如果没有Ping通，则报告错误信息，并释放占用资源。
图2.2 系统流程图
3.3参数获取（GetArgments()函数）流程
获取的参数包括“-r”（记录路由）、“-n”（记录条数程序，任意的整数）和datasize(数据报大小)。程序首先判断每一个参数的第一字符，如果第一个字符是“-”（短横线），则认为是“-r”或者“-n”中的一个，然后作进一步判断。如果该参数的第二个字符是数字，则判断该参数为记录的条数，如果该参数的第二个字符是“r”，则判断该参数为“-r”， 用于记录路由；如果参数的第一个字符是数字，则认为 参数是IP地址；或者datasize,然后作进一步的判断。如果该参数中不存在非数字的字符， 则判断该参数为datasize；如果存在非数 字的字符，则判断该参数为IP地址；其他情况则判断为主机名。
3.4ping()函数流程
ping()函数是本程序的核心部分它调用其他模块的函数来实现，其主要步骤包括创建接字，设置路由选项（如果需要的话）、设置接收和发送超时值、名字解析（如果需要的话）、分配内存、创建ICMP报文、发送ICMP请求报文、接收ICMP应答报文和解读ICMP报文。
四．数据结构设计
本程序定义了3个结构体：-iphdr、-icmphdr、和-ipotionhdr，分别用于存放IP报头信息、ICM P报头信息和IP路由选项信息。
4.1定义IP报头结构体
Typedef struct _iphdr
{
Unsigned int h_len:4;
Unsigned int version:4;
Unsigned char tos;
Unsigned short total_len;
Unsigned short ident;
Unsigned short frag_flags;
Unsigned char ttl;
Unsigned chor proto;
Unsigned short checksum;
Unsigned int sourceIP;
Unsigned int destIP;
} IpHeader;
其中各字段表示意义如下。
h-len:4 : 表示IP报头长度，首部长度指的是首部占32bit字的数目，包括任何选项。由于它是一个4bit 字段，因此首部最长为60个字节，不包括任何选项的IP报头是20个字节。
Version:4: 表示IP的版本号，这里表示Ipv4.。
Top: 表示服务的类型，最小时延，最大吞吐量，最高可靠性和最小费用。
Total –len: 整个IP数据报的总长度。
Ident: 唯一的标识符，标识主机发送的每一份数据报。
Frag-flags: 分段标志，表示过长的数据报是否要分段。
Ttl: 生存期，表示数据报可以经过的最多路由器数。
Proto: 协议类型（TCP、UDP等）。
Checksum: 校验和。
sourceIP: 源IP地址。
destIP: 目的IP地址。
4.2定义ＩＣＭＰ报头结构体
Typedef struct –icmphdr
{
BYTE i_type;
BYTE i_code :
USHORT i_cksum;
USHORT i_id;
USHORT i_seq;
ULONG timestamp;
} IcmpHeader;
其中各字段表示意义如下。
I_tye : ＩＣＭＰ 报文类型。
I_code : 该类型中的代码号，一种ICMP 报文的类型号和该类型中的代码号共同决定。、
I_cksum: 校验和。
I_seq: 序列号，序列号从0开始，每发送一次新的回显请求就加1.
Timestamp: 时间。
4.3定义IP 选项结构体
Typedef struct _ipoptionhdr
{
Unsigned char code;
Unsigned char len;
Unsigned char ptr;
Unsigned loang addr[9];
} IcmpHeader;
其中各字段表示意义如下。
Code: 指明IP 选项类型，对于路由记录选项，它的值是7。
Len: 选项头长度。
Ptr: 地址指针字段，是一个基于1的指针，指向存放下一个IP地址的位置。
addr[9]: 记录的Ip地址列表，由于IP首部中选项的空间有限，所以可以记录的Ip地址最多是9个.
五．各模块的代码
5.1初始化模块
void InitPing()
{
WSADATA wsaData;
icmp_data = NULL;
seq_no = 0;
recvbuf = NULL;
RecordFlag = FALSE;
lpdest = NULL;
datasize = DEF_PACKET_SIZE;
PacketNum = 5;
SucessFlag = FALSE;
/*Winsock初始化*/
if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)
{
/*如果初始化不成功则报错，GetLastError()返回发生的错误信息*/
printf("WSAStartup() failed: %d\n", GetLastError());
return ;
}
m_socket = INVALID_SOCKET;
}
5.2功能控制模块
/*显示信息函数*/
void UserHelp()
{
printf("UserHelp: ping -r <host> [data size]\n");
printf(" -r record route\n");
printf(" -n record amount\n");
printf(" host remote machine to ping\n");
printf(" datasize can be up to 1KB\n");
ExitProcess(-1);
}
/*获取ping选项函数*/
void GetArgments(int argc,char** argv)
{
int i;
int j;
int exp;
int len;
int m;
/*如果没有指定目的地地址和任何选项*/
if(argc == 1)
{
printf("\nPlease specify the destination IP address and the ping option as follow!\n");
UserHelp();
}
for(i = 1; i < argc; i++)
{
len = strlen(argv[i]);
if (argv[i][0] == '-')
{
/*选项指示要获取记录的条数*/
if(isdigit(argv[i][1]))
{
PacketNum = 0;
for(j=len-1,exp=0;j>=1;j--,exp++)
/*根据argv[i][j]中的ASCII值计算要获取的记录条数(十进制数)*/
PacketNum += ((double)(argv[i][j]-48))*pow(10,exp);
}
else
{
switch (tolower(argv[i][1]))
{
/*选项指示要获取路由信息*/
case 'r':
RecordFlag = TRUE;
break;
/*没有按要求提供选项*/
default:
UserHelp();
break;
}
}
}
/*参数是数据报大小或者IP地址*/
else if (isdigit(argv[i][0]))
{
for(m=1;m<len;m++)
{
if(!(isdigit(argv[i][m])))
{
/*是IP地址*/
lpdest = argv[i];
break;
}
/*是数据报大小*/
else if(m==len-1)
datasize = atoi(argv[i]);
}
}
/*参数是主机名*/
else
lpdest = argv[i];
}
}
/*求校验和函数*/
USHORT CheckSum(USHORT *buffer, int size)
{
unsigned long cksum=0;
while (size > 1)
{
cksum += *buffer++;
size -= sizeof(USHORT);
}
if (size)
{
cksum += *(UCHAR*)buffer;
}
/*对每个16bit进行二进制反码求和*/
cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff);
cksum += (cksum >>16);
return (USHORT)(~cksum);
}
/*填充ICMP数据报字段函数*/
void FillICMPData(char *icmp_data, int datasize)
{
IcmpHeader *icmp_hdr = NULL;
char *datapart = NULL;
icmp_hdr = (IcmpHeader*)icmp_data;
/*ICMP报文类型设置为回显请求*/
icmp_hdr->i_type = ICMP_ECHO;
icmp_hdr->i_code = 0;
/*获取当前进程IP作为标识符*/
icmp_hdr->i_id = (USHORT)GetCurrentProcessId();
icmp_hdr->i_cksum = 0;
icmp_hdr->i_seq = 0;
datapart = icmp_data + sizeof(IcmpHeader);
/*以数字0填充剩余空间*/
memset(datapart,'0',datasize-sizeof(IcmpHeader));
}
/*释放资源函数*/
void FreeRes()
{
/*关闭创建的套接字*/
if (m_socket != INVALID_SOCKET)
closesocket(m_socket);
/*释放分配的内存*/
HeapFree(GetProcessHeap(), 0, recvbuf);
HeapFree(GetProcessHeap(), 0, icmp_data);
/*注销WSAStartup()调用*/
WSACleanup();
return ;
}
5.3数据报解读模块
/*解读IP选项头函数*/
void DecodeIPOptions(char *buf, int bytes)
{
IpOptionHeader *ipopt = NULL;
IN_ADDR inaddr;
int i;
HOSTENT *host = NULL;
/*获取路由信息的地址入口*/
ipopt = (IpOptionHeader *)(buf + 20);
printf("RR: ");
for(i = 0; i < (ipopt->ptr / 4) - 1; i++)
{
inaddr.S_un.S_addr = ipopt->addr[i];
if (i != 0)
printf(" ");
/*根据IP地址获取主机名*/
host = gethostbyaddr((char *)&inaddr.S_un.S_addr,sizeof(inaddr.S_un.S_addr), AF_INET);
/*如果获取到了主机名，则输出主机名*/
if (host)
printf("(%-15s) %s\n", inet_ntoa(inaddr), host->h_name);
/*否则输出IP地址*/
else
printf("(%-15s)\n", inet_ntoa(inaddr));
}
return;
}
/*解读ICMP报头函数*/
void DecodeICMPHeader(char *buf, int bytes, SOCKADDR_IN *from)
{
IpHeader *iphdr = NULL;
IcmpHeader *icmphdr = NULL;
unsigned short iphdrlen;
DWORD tick;
static int icmpcount = 0;
iphdr = (IpHeader *)buf;
/*计算IP报头的长度*/
iphdrlen = iphdr->h_len * 4;
tick = GetTickCount();
/*如果IP报头的长度为最大长度(基本长度是20字节)，则认为有IP选项，需要解读IP选项*/
if ((iphdrlen == MAX_IP_HDR_SIZE) && (!icmpcount))
/*解读IP选项，即路由信息*/
DecodeIPOptions(buf, bytes);
/*如果读取的数据太小*/
if (bytes < iphdrlen + ICMP_MIN)
{
printf("Too few bytes from %s\n",
inet_ntoa(from->sin_addr));
}
icmphdr = (IcmpHeader*)(buf + iphdrlen);
/*如果收到的不是回显应答报文则报错*/
if (icmphdr->i_type != ICMP_ECHOREPLY)
{
printf("nonecho type %d recvd\n", icmphdr->i_type);
return;
}
/*核实收到的ID号和发送的是否一致*/
if (icmphdr->i_id != (USHORT)GetCurrentProcessId())
{
printf("someone else's packet!\n");
return ;
}
SucessFlag = TRUE;
/*输出记录信息*/
printf("%d bytes from %s:", bytes, inet_ntoa(from->sin_addr));
printf(" icmp_seq = %d. ", icmphdr->i_seq);
printf(" time: %d ms", tick - icmphdr->timestamp);
printf("\n");
icmpcount++;
return;
}
4Ping 测试模块
/*ping函数*/
void PingTest(int timeout)
{
int ret;
int readNum;
int fromlen;
struct hostent *hp = NULL;
/*创建原始套接字，该套接字用于ICMP协议*/
m_socket = WSASocket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP, NULL, 0,WSA_FLAG_OVERLAPPED);
/*如果套接字创建不成功*/
if (m_socket == INVALID_SOCKET)
{
printf("WSASocket() failed: %d\n", WSAGetLastError());
return ;
}
/*若要求记录路由选项*/
if (RecordFlag)
{
/*IP选项每个字段用0初始化*/
ZeroMemory(&IpOption, sizeof(IpOption));
/*为每个ICMP包设置路由选项*/
IpOption.code = IP_RECORD_ROUTE;
IpOption.ptr = 4;
IpOption.len = 39;
ret = setsockopt(m_socket, IPPROTO_IP, IP_OPTIONS,(char *)&IpOption, sizeof(IpOption));
if (ret == SOCKET_ERROR)
{
printf("setsockopt(IP_OPTIONS) failed: %d\n",WSAGetLastError());
}
}
/*设置接收的超时值*/
readNum = setsockopt(m_socket, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO,(char*)&timeout, sizeof(timeout));
if(readNum == SOCKET_ERROR)
{
printf("setsockopt(SO_RCVTIMEO) failed: %d\n",WSAGetLastError());
return ;
}
/*设置发送的超时值*/
timeout = 1000;
readNum = setsockopt(m_socket, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO,(char*)&timeout, sizeof(timeout));
if (readNum == SOCKET_ERROR)
{
printf("setsockopt(SO_SNDTIMEO) failed: %d\n",WSAGetLastError());
return ;
}
/*用0初始化目的地地址*/
memset(&DestAddr, 0, sizeof(DestAddr));
/*设置地址族，这里表示使用IP地址族*/
DestAddr.sin_family = AF_INET;
if ((DestAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(lpdest)) == INADDR_NONE)
{
/*名字解析，根据主机名获取IP地址*/
if ((hp = gethostbyname(lpdest)) != NULL)
{
/*将获取到的IP值赋给目的地地址中的相应字段*/
memcpy(&(DestAddr.sin_addr), hp->h_addr, hp->h_length);
/*将获取到的地址族值赋给目的地地址中的相应字段*/
DestAddr.sin_family = hp->h_addrtype;
printf("DestAddr.sin_addr = %s\n", inet_ntoa(DestAddr.sin_addr));
}
/*获取不成功*/
else
{
printf("gethostbyname() failed: %d\n",WSAGetLastError());
return ;
}
}
/*数据报文大小需要包含ICMP报头*/
datasize += sizeof(IcmpHeader);
/*根据默认堆句柄，从堆中分配MAX_PACKET内存块，新分配内存的内容将被初始化为0*/
icmp_data =(char*) HeapAlloc(GetProcessHeap(), HEAP_ZERO_MEMORY,MAX_PACKET);
recvbuf =(char*) HeapAlloc(GetProcessHeap(), HEAP_ZERO_MEMORY,MAX_PACKET);
/*如果分配内存不成功*/
if (!icmp_data)
{
printf("HeapAlloc() failed: %d\n", GetLastError());
return ;
}
/* 创建ICMP报文*/
memset(icmp_data,0,MAX_PACKET);
FillICMPData(icmp_data,datasize);
while(1)
{
static int nCount = 0;
int writeNum;
/*超过指定的记录条数则退出*/
if (nCount++ == PacketNum)
break;
/*计算校验和前要把校验和字段设置为0*/
((IcmpHeader*)icmp_data)->i_cksum = 0;
/*获取操作系统启动到现在所经过的毫秒数，设置时间戳*/
((IcmpHeader*)icmp_data)->timestamp = GetTickCount();
/*设置序列号*/
((IcmpHeader*)icmp_data)->i_seq = seq_no++;
/*计算校验和*/
((IcmpHeader*)icmp_data)->i_cksum = CheckSum((USHORT*)icmp_data, datasize);
/*开始发送ICMP请求 */
writeNum = sendto(m_socket, icmp_data, datasize, 0,(struct sockaddr*)&DestAddr, sizeof(DestAddr));
/*如果发送不成功*/
if (writeNum == SOCKET_ERROR)
{
/*如果是由于超时不成功*/
if (WSAGetLastError() == WSAETIMEDOUT)
{
printf("timed out\n");
continue;
}
/*其他发送不成功原因*/
printf("sendto() failed: %d\n", WSAGetLastError());
return ;
}
/*开始接收ICMP应答 */
fromlen = sizeof(SourceAddr);
readNum = recvfrom(m_socket, recvbuf, MAX_PACKET, 0,(struct sockaddr*)&SourceAddr, &fromlen);
/*如果接收不成功*/
if (readNum == SOCKET_ERROR)
{
/*如果是由于超时不成功*/
if (WSAGetLastError() == WSAETIMEDOUT)
{
printf("timed out\n");
continue;
}
/*其他接收不成功原因*/
printf("recvfrom() failed: %d\n", WSAGetLastError());
return ;
}
/*解读接收到的ICMP数据报*/
DecodeICMPHeader(recvbuf, readNum, &SourceAddr);
}
}
5.5主函数
int main(int argc, char* argv[])
{
InitPing();
GetArgments(argc, argv);
PingTest(1000);
/*延迟1秒*/
Sleep(1000);
if(SucessFlag)
printf("\nPing end, you have got %.0f records!\n",PacketNum);
else
printf("Ping end, no record!");
FreeRes();
getchar();
return 0;
}
六.心得和总结
此次做的是win32控制台程序，按照书上和网上找的资料和教程，编译无误
没有太大的问题，最后执行程序的时候要通过系统的cmd命令来运行，结果如下图：
七．运行和调试：
6.参考文献：
《《Visual c++高级编程》》，张力 ，人民邮电出版社，20##年3月。
《《Visual c++实践与提高 网络编程篇》》，汪翔，袁辉，中国铁道出版社，20##年3月。