计算机网络课程设计-IP数据包解析实验报告
解析 IP数据报实验报告目录目录 21、课程设计目的 .22、课程设计要求 .23、相关知识 .24、课程设计分析 .64.1 网卡设置64.2 使用套接字74.2.2 接收数据包74.3 定义 IP头部的数据结构84.4 IP包的解析.94.5 协议的定义94.6捕获处理.95、运行结果 106、总结 117、课程设计参考资料 118、源程序代码 111、课程设计目的本课程设计的目的就是设计一个解析 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、相关知识互联网络层是 TCP/IP 协议参考模型中的关键部分.IP 协议把传输层送来的消息组装成 IP 数据包,并把 IP 数据包传送给数据链层.IP 协议在 TCP/IP 协议族中处于核心地位,IP 协议制定了统一的 IP 数据包格式,以消除个通信子网中的差异,从而为信息发送方和接收方提供了透明的传输通道.编制本程序前,首先要对 IP 包的格式有一定了解,图 1 给出了 IP 协议的数据包格式.IP 数据包的第一个字段是版本字段,其度是 4 位,表示所使用的 IP 协议的版本.目前的版本是 IPV4,版本字段的值是 4,下一代版本是 IPV6,版本字段值是 6.本程序主要针对版本是 IPV4 的数据包的解析.报头标长字段为 4 位,它定义了以 4B 为一个单位的 IP 包的报文长度.报头中除了选项字段和填充域字段外,其他各字段是定长的.因此,IP 数据包的头长度在 20—40B 之间,是可变的.0 4 8 16 19 24 31版本 报头标长 服务类型 总长度标识 标志 片偏移生存时间 协议 头校验和源 IP 地址目的 IP 地址选项 填充域数据部分图 1 IP 数据包的格式服务类型字段共 8 位,用于指示路由器如何处理该数据包.该字段长度由 4 位服务类型(TOS)子域和 3 位优先级子域组成,1 位为保留位,该字段结构如图 2 所示.B7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0优先级 D T R C 0图 2 服务类型字段结构优先级共有 8 种,优先级越高表明数据包越重要.表 1 中列出了各种优先级所代表的意义.表一 优先子域的说明位数(b7b6b5) 意义111 网络控制110 网络间控制101 重要(CRITIC/ECP)100 即时,优先011 即时010 立刻001 优先000 普通在 4 位服务类型子域中 b4,b3,b2,b1 分别表示 D(延迟),T(吞吐量),R(可靠性)与 C(成本).表 2 列出了服务器类型自域的构成.位数( b4b3b2b1) 意义1111 安全级最高1000 延迟最小0100 吞吐量最大0001 金钱成本最小0000 普通服务总长度字段为 2B,它定义了以字节为单位的数据包的总长度.IP 数据包的最大长度为 65535B.标识字段的长度为 16 位,用于识别 IP 数据包的编号.每批数据都要有一个标识值,用于让目的主机判断新来的数据属于哪个分组.报头中的标志字段如图 7-3 所示.标志字段共 3 位,最高位是 0.禁止分片标志 DF(do not fragment)字段的值若为 1,表示不能对数据包分片;若 DF 值为 0,则表明可以分片.分片标志 MF( more fragment)的值为 1,表示接收到的不是最后一个分片;若 MF 值为 0,表示接收到的是最后一个分片.片偏移字段共 13 位,说明分片在整个数据包中的相对位置.片偏移值是以 8B为单位来记数的,因此选择的分片长度应该是 8B 的整数倍.生存时间(TTL)字段为 8 位,用来设置数据包在互联网络的传输过程的寿命,通常是用一个数据包可以经过的最多的路由器跳步数来限定的.协议字段为 8 位,表示使用此 IP 数据包的高层协议类型,常用的协议号如表3 所示.序号 协议名称 序号 协议名称12468ICMPIGMPIP inIPTCPEGP17414689UDPIPV6RSVPOSPFA表 3 典型的协议号头校验和字段为 16 位，用于存放检查报头错误的校验码。检验的范围是整个 IP 包的报头。校验和按如下方法计算：1)将头校验和的字段置为 0。2)将报头部分的所有数据以 16 位为单位进行累加，累加方式是求异或。3)将累加的结果取反码，就是头校验和。当收到一个 IP 包时，要检查报头是否出错，就把报头中的所有数据以 16 位为单位进行累加，若累加的结果为 0，则报文没有出错。地址字段包括源地址和目的地址。源地址和目的地址的长度都是 32 位，分别表示发送数据包的源主机和目的主机的 IP 地址。选项字段的长度范围为 0~40B，主要用于控制和测试。在使用选项字段的过程中，有可能出现报头部分的长度不是 32 位的整数倍的情况。如果出现这种情况，就需要通过填充位来凑齐。4、课程设计分析4.1 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。4.2 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，
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