2022年网络通信协议分析课程设计源代码和实验报告+帧封装、IP数据包解析和发送TCP数据包 .pdf

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1、1 网络协议分析课程设计之协议编程实验一帧封装实验目的：?编写程序，根据给出的原始数据，组装一个 IEEE 802.3格式的帧（题目）默认的输入文件为二进制原始数据（文件名分别为input1 和 input2）。?要求程序为命令行程序。比如，可执行文件名为framer.exe，则命令行形式如下：framer inputfileoutputfile，其中，inputfile 为原始数据文件，outputfile为输出结果。?输出:对应 input1 和 input2 得结果分别为 output1 和 output2。试验要求：?编写程序，根据给出的原始数据，组装一个 IEEE 802.3格式的帧

2、（题目）默认的输入文件为二进制原始数据（文件名分别为input1 和 input2）。?要求程序为命令行程序。比如，可执行文件名为framer.exe，则命令行形式如下：framer inputfileoutputfile，其中，inputfile 为原始数据文件，outputfile为输出结果。输出:对应 input1 和 input2 得结果分别为 output1 和 output2 验设计相关知识：帧：来源于串行线路上的通信。其中，发送者在发送数据的前后各添加特殊的字符，使它们成为一个帧。Ethernet从某种程度上可以被看作是机器之间的数据链路层连接。按 802.3 标准的帧结构如下表

3、所示（802.3 标准的 Ethernet帧结构由 7 部分组成）802.3 标准的帧结构名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 26 页 -2 前导码帧前定界符目的地址源地址长度字段数据字段校验字段7B 1B(2/6B)(2/6B)(2B)(长度可变)(4B)其中，帧数据字段的最小长度为46B。如果帧的 LLC数据少于 46B，则应将数据字段填充至 46B。填充字符是任意的，不计入长度字段值中。在校验字段中，使用的是 CRC 校验。校验的范围包括目的地址字段、源地址字段、长度字段、LLC数据字段。循环冗余编码(CRC)是一种重要的线性分组码、编码和解码方法，具有简单、检

4、错和纠错能力强等特点，在通信领域广泛地用于实现差错控制。CRC 校验码的检错能力很强，不仅能检查出离散错误，还能检查出突发错误。利用 CRC 进行检错的过程可简单描述如下：在发送端根据要传送的k 位二进制码序列，以一定的规则产生一个校验用的r 位监督码(CRC码)，附在原始信息的后边，构成一个新的二进制码序列(共 k+r 位)，然后发送出去。在接收端，根据信息码和 CRC 码之间所遵循的规则进行检验，以确定传送中是否出错。这个规则在差错控制理论中称为“生成多项式”。CRC 的基本实现前导码帧前定界符目的地址源地址长度字段数据字段校验字段7B 1B(2/6B)(2/6B)(2B)(长度可变)(4

5、B)循环冗余校验码的特点：（1）CRC校验码可检测出所有单个错误。（2）CRC校验码可检测出所有奇数位错误。（3）CRC 校验码可检测出所有双位的错误（4）CRC 校验码可检测出所有小于、等于校验位长度的突发错误。（5）CRC 校验码可以(1/2)-11-k的概率检测出长度为(K+1)位的突发错误实验分析：?填充帧头部字段要完成一次帧封装的过程，首先要完成的就是帧头部的装入，这一过程只要将签到吗、定界符、目的地址、源地址、长度字段的相应数值按顺序写入就可以了。其中，长度字段的值即为要发送的数据的实际长度。?填充数据字段在填充数据字段的过程中要注意的主要问题是数据字段的长度。802.3标准名师资

6、料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 26 页 -3 中规定了帧数据字段的最小长度为46B，最大长度为 1500B。如果数据不足 46B，则需要通过填充 0 来补足；若数据长度超过 1500B，则的大奖超过部分封装入下一个帧进行发送。?CRC 校验帧封装的最后一步就是对数据进行校验，并将校验结果记入帧校验字段。程序流程图：以二进制、可读写方式打开输出文件开始写入前导码和这界定符获取当前文件指针写入目的地址和源地址打开输入数据文件、获得稳健长度length，并将长度值写入输出文件将输入数据文件的内容填入数据字段数据字段长度=46B填充（46-length）字节 0关闭输入数据文

7、件添加1字节0，用于 CRC计算计算CRC值，填充校验字段风转完成，关闭输出文件结束NY名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 26 页 -4 CRC 计算流程图：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 26 页 -5 序源代码：#include#include#include void main(intargc,char*argv)/如果输入命令行不正确，则输出提示后退出。if(argc!=3)coutendl请按以下格式输入：framer inputfileoutputfileendl;exit(0);/打开指定的输出文件，以二进制方式打开并可读

8、可写，如文件存在，则清除其内容。fstream file(argv2,ios:out|ios:in|ios:binary|ios:trunc,0);for(int i=0;i8);file.put(char(length&0 xff);/将文件长度值按照逆序写入到输出文件的长度字段中。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 26 页 -6 file.write(data,length);/将 data 内容写入到输出文件中。/如果输入文件长度不足B，则用补足B。if(length46)for(int j=length;j46;j+)file.put(char(0 x00)

9、;file.put(char(0 x00);/将数据字段后添加个file.seekg(8,ios:beg);/将读指针指向目的地址字段，从此处开始CRC计算 unsigned char ch;/ch用来保存读入的字符。unsigned char crc=char(0 x00);/余数初始值为。while(1)/进行 CRC 计算 file.get(ch);if(ch=0 xff)/判断是否到了文件结尾，如果是，则退出循环。break;for(i=0;i8;i+)/对入读入的字符的位分别处理。if(0 x80=(crc&(0 x80)/当前余数最高位为，需要进行除法运算。crc=(crc7);/

10、将输入数据相应的值递补到余数末位。crc=crc(0 x07);/进行除法运算，即与除数的低位相异或。else/当前余数的最高位为，不需要进行除法运算。crc=(crc7);/将输入数据相应位的值递补到余数末位。ch=ch1;/读到的字符左移位，使数据下一位作为输入位。file.clear();file.seekp(-1,ios:end);/将写指针移到输出文件的最后。file.put(crc);/写入 crc 码。file.close();infile.close();/关闭输入文件和输出文件。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 26 页 -7 coutendl数据

11、帧文件 argv2 封装完成 endl;运行结果：运行结果如下所示：执行 framer.exe文件的结果如下所示：实验小结：实现帧的封装，主要是将帧的七个部分-前导码、帧前定界符、目的地址、名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 26 页 -8 源地址、长度字段、数据字段和校验字段，一个一个按顺序封装的，最后使得一个帧的封装得以完成。同时，在编写程序的过程中，用到了很多的函数，这些函数的运用使得程序简便而且正确的运行出来。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 26 页 -9 实验二解析 IP 数据包实验目的：?设计一个解析 IP 数据包的程序，并根

12、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。实验要求：本实验的目标是捕获网络中的IP 数据包，解析数据包的内容，见个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：?以命令行形式运行：ipparselogfile，其中 ipparse是程序名，而 logfile 则代表记录结果的日志文件。?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。?当程序接收到键盘输入Ctrl+C 时退出。设

13、计相关知识：IP 数据报的格式说明IP 协议都具有什么功能。其首部，版本目前广泛使用的版本号为 4；首部长度站 4bit；服务类型占 8bit，其中服务类型 TOS子域占 4位，优先级子域占3 位，另一位为保留位；总长度字段为2B，IP 数据包的最大长度是 65535B；标识占 16bit，它是一个计数器，用来产生数据报的标识；标志占 3bit，其中最低为为 MF，MF=1时为后面“还有分片”，MF=0表示这是数据报片中的最后一个，DF=0时，表示允许分片；片偏移以8 个字节为偏移单位；生存时间字段记为 TTL，单位为秒；协议段占 8bit，用于指出次数据是使用何种协议，典型的协议号有6：TC

14、P，17：UDP，1：ICMP。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。typ

15、edefstruct IP_HEAD ip_head;用来定义 IP 头部数据。setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(char*)函数用来获取本机IP 地址名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 26 页 -10 htons()函数将无符号短整型转换为网络字节顺序的数据本程序在 windows 环境下利用 C+语言编写。实验设计分析：为了获取网络中的IP 数据包，必须对网卡进行编程，我们使用套接字进行编程。?使用套接字?接收数据包?定义 IP 头部的数据结构?IP 包的解析程序流程图：具体程序代码：#include#include#

16、include#include#include#pragma comment(lib,ws2_32)/指定连接到网络应用和internet#define IO_RCV ALL _WSAIOW(IOC_VENDOR,1)typedefstruct IP_HEAD 构造程序运行环境，生成输出文件开始创造原始套接字，并初始化捕获 IP包解析 IP包输出 IP包信息Ctrl+C结束NY名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 26 页 -11 union/定义联合 unsigned char Version;unsigned char HeadLen;unsigned char

17、ServiceType;unsigned short TotalLen;unsigned short Identifier;union unsigned short Flags;unsigned short FragOffset;unsigned char TimeToLive;unsigned char Protocol;unsigned short HeadChecksum;unsigned intSourceAddr;unsigned intDestinAddr;unsigned char Options;ip_head;/定义 IP 头部的数据结构void main(intargc,c

18、har*argv)using namespace std;ofstreamoutfile(C:logfile.txt,ios:out);if(argc!=2)coutendl 请以下格式输入命令行:PackParsepacket_sumendl;return;WSADATA WSAData;if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&WSAData)!=0)coutendlWSASTartup初始化失败 endl;return;SOCKET sock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP);/三个参分别为通信发生的区字段，套接字的类型，与IP 协议

19、if(sock=INV ALID_SOCKET)coutendl 创建 Socket 失败!endl;closesocket(sock);WSACleanup();名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 26 页 -12 BOOL flag=TRUE;if(setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(char*)&flag,sizeof(flag)=SOCKET_ERROR)coutendlsetsockopt 操作失败:WSAGetLastError()endl;closesocket(sock);WSACleanup();char

20、hostName128;/获取主机名if(gethostname(hostName,100)=SOCKET_ERROR)coutendlgethostname 操作失败:WSAGetLastError()endl;closesocket(sock);WSACleanup();hostent*pHostIP;/获取本地 IP if(pHostIP=gethostbyname(hostName)=NULL)coutendlgethostbyname 操作失败:WSAGetLastError()h_addr_list0;if(bind(sock,(PSOCKADDR)&host_addr,sizeo

21、f(host_addr)=SOCKET_ERROR)coutendlbind操作失败:WSAGetLastError()endl;closesocket(sock);/绑定网卡WSACleanup();DWORD dwBufferLen10;DWORD dwBufferInLen=1;DWORD dwBytesReturned=0;if(WSAIoctl(sock,IO_RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof(dwBufferInLen),&dwBufferLen,sizeof(dwBufferLen),&dwBytesReturned,NULL,NULL)=SOCKET_E

22、RROR)coutendlWSAIoctl操作失败:WSAGetLastError()endl;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 26 页 -13 closesocket(sock);/将网卡设为混杂模式，以接受所有数据WSACleanup();coutendl 开始解析IP 包:endl;char buffer65535;/设置缓冲区intpacksum=atoi(argv1);/字符串转换为整形for(int i=0;i0)/四个参数分别是套接字描述符，缓冲区的地址，缓冲区大小，附加标志 ip_headip=*(ip_head*)buffer;cout-end

23、l;cout 版本:4)endl;/获取头部长度字段cout 头部长度:(ip.HeadLen&0 x0f)*4)endl;/获取头部长度字段cout服务类型:Priority5),Service1)&0 x0f)endl;/优先级子域和TOS 子域cout 总长度:ip.TotalLenendl;/获取总长度字段cout 标识符:ip.Identifierendl;/获取标识字段cout标志位:15)&0 x01),DF=14)&0 x01),Mf=13)&0 x01)endl;/获得标志字段cout 片偏移:(ip.FragOffset&0 x1fff)endl;/获取分段偏移字段cout

24、 生存周期:(int)ip.TimeToLiveendl;/获取生存时间字段cout 协议:Protocol(int)ip.Protocolendl;/获取协议字段cout 头部校验和:ip.HeadChecksumendl;/获取头校验和字段cout 原地址:inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.SourceAddr)endl;/获取源 IP 地址字段cout 目的 IP 地址:inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.DestinAddr)endl;/获取目的IP 地址字段outfile-endl;outfile 版本:4)endl;outfile 头部长度:(ip.H

25、eadLen&0 x0f)*4)endl;outfile服务类型:Priority5),Service1)&0 x0f)endl;outfile 总长度:ip.TotalLenendl;outfile 标识符:ip.Identifierendl;outfile标志位:15)&0 x01),DF=14)&0 x01),Mf=13)&0 x01)endl;outfile 片偏移:(ip.FragOffset&0 x1fff)endl;outfile 生存周期:(int)ip.TimeToLiveendl;outfile 协议:Protocol(int)ip.Protocolendl;outfile

26、 头部校验和:ip.HeadChecksumendl;outfile 原地址:inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.SourceAddr)endl;outfile 目的 IP 地址:inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.DestinAddr)1)cksum+=*buffer+;size-=sizeof(USHORT);if(size)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 26 页 -18 cksum+=*(UCHAR*)buffer;cksum=(cksum 16)+(cksum&0 xffff);cksum+=(cksum16);return

27、(USHORT)(cksum);程序流程图：源程序代码：构造原始套接字，并初始化开始填充 IP头部计算 IP头部检验和构造 TCP伪头部填充TCP头部计算TCP头部校验和发送 TCP数据报结束名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 26 页 -19#include#include#include#include#include#include#include#include#pragma comment(lib,ws2_32.lib)#define IPVER 4/IP 协议预定#define MAX_BUFF_LEN 65500/发送缓冲区最大值typedef str

28、uct ip_hdr/定义 IP 首部 UCHAR h_verlen;/4 位首部长度,4 位 IP 版本号UCHAR tos;/8 位服务类型TOS USHORT total_len;/16 位总长度（字节）USHORT ident;/16 位标识USHORT frag_and_flags;/3 位标志位UCHAR ttl;/8 位生存时间TTL UCHAR proto;/8 位协议(TCP,UDP 或其他)USHORT checksum;/16 位 IP 首部校验和ULONG sourceIP;/32 位源 IP 地址ULONG destIP;/32 位目的 IP 地址IP_HEADER;

29、typedef struct tsd_hdr/定义 TCP 伪首部 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 26 页 -20 ULONG saddr;/源地址ULONG daddr;/目的地址UCHAR mbz;/没用UCHAR ptcl;/协议类型USHORT tcpl;/TCP 长度PSD_HEADER;typedef struct tcp_hdr/定义 TCP 首部 USHORT th_sport;/16 位源端口USHORT th_dport;/16 位目的端口ULONG th_seq;/32 位序列号ULONG th_ack;/32 位确认号UCHAR th_

30、lenres;/4 位首部长度/6 位保留字UCHAR th_flag;/6 位标志位USHORT th_win;/16 位窗口大小USHORT th_sum;/16 位校验和USHORT th_urp;/16 位紧急数据偏移量TCP_HEADER;/CheckSum:计算校验和的子函数USHORT checksum(USHORT*buffer,int size)unsigned long cksum=0;while(size 1)cksum+=*buffer+;size-=sizeof(USHORT);名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 20 页，共 26 页 -21 if(s

31、ize)cksum+=*(UCHAR*)buffer;cksum=(cksum 16)+(cksum&0 xffff);cksum+=(cksum16);return(USHORT)(cksum);int main(intargc,char*argv)WSADATA WSAData;SOCKET sock;IP_HEADER ipHeader;TCP_HEADER tcpHeader;PSD_HEADER psdHeader;char Sendto_BuffMAX_BUFF_LEN;/发送缓冲区unsigned short check_BuffMAX_BUFF_LEN;/检验和缓冲区const

32、 char tcp_send_data=This is my homework of networt,I am happy!;BOOL flag;intrect,nTimeOver;if(argc!=5)printf(Useage:SendTcp soruce_ip source_port dest_ip dest_port n);名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 21 页，共 26 页 -22 return false;if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&WSAData)!=0)printf(WSAStartup Error!n);return fals

33、e;if(sock=WSASocket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_RAW,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED)=INVALID_SOCKET)printf(Socket Setup Error!n);return false;flag=true;if(setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(char*)&flag,sizeof(flag)=SO CKET_ERROR)printf(setsockopt IP_HDRINCL error!n);return false;nTimeOver=1000;if(setsoc

34、kopt(sock,SOL_SOCKET,SO_SNDTIMEO,(char*)&nTimeOver,sizeof(nTimeOver)=SOCKET_ERROR)printf(setsockopt SO_SNDTIMEO error!n);return false;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 22 页，共 26 页 -23/填充 IP 首部ipHeader.h_verlen=(IPVER4|sizeof(ipHeader)/sizeof(unsigned long);ipHeader.tos=(UCHAR)0;ipHeader.total_len=htons(unsig

35、ned short)sizeof(ipHeader)+sizeof(tcpHeader)+sizeof(tcp_send_data);ipHeader.ident=0;/16 位标识ipHeader.frag_and_flags=0;/3 位标志位ipHeader.ttl=128;/8 位生存时间ipHeader.proto=IPPROTO_UDP;/协议类型ipHeader.checksum=0;/检验和暂时为0 ipHeader.sourceIP=inet_addr(argv1);/32 位源 IP 地址ipHeader.destIP=inet_addr(argv3);/32 位目的 IP

36、 地址/计算 IP 头部检验和memset(check_Buff,0,MAX_BUFF_LEN);memcpy(check_Buff,&ipHeader,sizeof(IP_HEADER);ipHeader.checksum=checksum(check_Buff,sizeof(IP_HEADER);/构造 TCP 伪首部psdHeader.saddr=ipHeader.sourceIP;psdHeader.daddr=ipHeader.destIP;psdHeader.mbz=0;psdHeader.ptcl=ipHeader.proto;psdHeader.tcpl=htons(sizeo

37、f(TCP_HEADER)+sizeof(tcp_send_data);/填充 TCP 首部tcpHeader.th_dport=htons(atoi(argv4);/16位目的端口号tcpHeader.th_sport=htons(atoi(argv2);/16位源端口号tcpHeader.th_seq=0;/SYN 序列号名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 23 页，共 26 页 -24 tcpHeader.th_ack=0;/ACK 序列号置为0/TCP 长度和保留位tcpHeader.th_lenres=(sizeof(tcpHeader)/sizeof(unsigned

38、 long)4|0);tcpHeader.th_flag=2;/修改这里来实现不同的标志位探测，2 是 SYN，1 是/FIN，16 是 ACK探测等等tcpHeader.th_win=htons(unsigned short)16384);/窗口大小tcpHeader.th_urp=0;/偏移大小tcpHeader.th_sum=0;/检验和暂时填为0/计算 TCP 校验和memset(check_Buff,0,MAX_BUFF_LEN);memcpy(check_Buff,&psdHeader,sizeof(psdHeader);memcpy(check_Buff+sizeof(psdHe

39、ader),&tcpHeader,sizeof(tcpHeader);memcpy(check_Buff+sizeof(PSD_HEADER)+sizeof(TCP_HEADER),tcp_send_data,sizeof(tcp_send_data);tcpHeader.th_sum=checksum(check_Buff,sizeof(PSD_HEADER)+sizeof(TCP_HEADER)+sizeof(tcp_send_data);/填充发送缓冲区memset(Sendto_Buff,0,MAX_BUFF_LEN);memcpy(Sendto_Buff,&ipHeader,size

40、of(IP_HEADER);memcpy(Sendto_Buff+sizeof(IP_HEADER),&tcpHeader,sizeof(TCP_HEADER);memcpy(Sendto_Buff+sizeof(IP_HEADER)+sizeof(TCP_HEADER),tcp_send_data,sizeof(tcp_send_data);intdatasize=sizeof(IP_HEADER)+sizeof(TCP_HEADER)+sizeof(tcp_send_data);/发送数据报的目的地址SOCKADDR_IN dest;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 24

41、页，共 26 页 -25 memset(&dest,0,sizeof(dest);dest.sin_family=AF_INET;dest.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv3);dest.sin_port=htons(atoi(argv4);rect=sendto(sock,Sendto_Buff,datasize,0,(structsockaddr*)&dest,sizeof(dest);if(rect=SOCKET_ERROR)printf(send error!:%dn,WSAGetLastError();return false;else printf(se

42、nd ok!n);closesocket(sock);WSACleanup();return 1;实验运行结果：所以进入dos，并进入到该可执行文件的目录下后在命令提示行下输入：sendtcp 192.168.18.3 12 192.168.18.7 25，回车运行，运行截图如下：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 25 页，共 26 页 -26 本实验小结：在对 TCP数据包头部进行填充时，首先需要我们去充分了解它的数据结构，在这个过程中可以了解相应字节上应该存放的内容和它们的功能。由于本次的课程设计只要求填充一个TCP数据包，然后将其发送出去，使用的数据发送函数是sendto

43、()，成功地完成 sendto()调用只能保证数据已经从本地发送出去，并不意味着数据传送到达目的地。课程设计总结在此次的计算机网络课程设计中，我们一共做了三个程序设计的实验，帧封装、IP 数据包解析和发送TCP数据包。在编写程序的过程中，用到了很多的函数，这些函数的运用使得程序简便而且正确的运行出来。为了正确的实现这些函数，查阅了很多相关的资料，从中获得了大量的有用的信息，收获也颇丰富。在这次的课程设计中，动手能力得到了很大的提高，而且将这学期所学的网络的知识和以前所学的编程的知识充分的联系起来，对这门课的认识又提高了一层。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 26 页，共 26 页 -