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搜集资料、准备课程设计
编写代码、实现ping程序
撰写课程设计的实验报告
参考文献、资料索引
序号
文献、资料名称
编著者
出版单位
1计算机网络(第五版)谢希仁电子工业出版社
2计算机网络(第四版)雷震甲西安科技出版社
3计算机网络(第四版)特南鲍姆清华大学出版社
4VC++程序设计项目实践贾振华清华大学出版社
目录
一、设计原理…………………….………….……………………………………4
1.1工作原理…………………..………….……………………………………4
1.2网络编程………………..………….……………………………………4
二、功能模块设计………………..………….……………………………………5
2.1功能模块……………………..……………………………………………5
2.2系统流程………………….….……………………………………………5
三、函数功能描述……………….….…………….………………………………7
3.1初始化函数……………….….…………….………………………………7
3.2功能函数………………….……….……….………………………………7
3.3主函数…………………….………….……….……………………………7
四、程序实现……………………….……….……………………………………8
4.1程序预处理及初始………..……………………………………………8
4.2功能控制模块………….………………………………………………10
4.3数据报解读模块….……………………………………………………12
4.4功能测试….…………………………………………………………13
五、运行结果……………………………………………………………………16
六、总结…………….……………………………………………………………17
一.设计原理:
1、PING的工作原理
ping程序是用来探测主机到主机之间是否可通信,如果不能ping到某台主机,表明不能和这台主机建立连接。
ping使用的是ICMP协议,它发送ICMP回送请求消息给目的主机。
ICMP协议规定:
目的主机必须返回ICMP回送应答消息给源主机。
如果源主机在一定时间内收到应答,则认为主机可达。
ICMP协议通过IP协议发送的,IP协议是一种无连接的,不可靠的数据包协议。
因此,保证数据送达的工作应该由其他的模块来完成。
其中一个重要的模块就是ICMP(网络控制报文)协议。
当传送IP数据包发生错误--比如主机不可达,路由不可达等等,ICMP协议将会把错误信息封包,然后传送回给主机。
给主机一个处理错误的机会,这也就是为什么说建立在IP层以上的协议是可能做到安全的原因。
ICMP数据包由8bit的错误类型和8bit的代码和16bit的校验和组成。
而前16bit就组成了ICMP所要传递的信息。
PING利用ICMP协议包来侦测另一个主机是否可达。
原理是用类型码为0的ICMP发请求,受到请求的主机则用类型码为8的ICMP回应。
ping程序来计算间隔时间,并计算有多少个包被送达。
用户就可以判断网络大致的情况。
2、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.
3、具体内容
(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)
程序实现
在WINDOWS环境下实现PING程序
二、功能模块设计
1.功能模块图
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,如图9.1所示。
各模块功能描述如下。
(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。
(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)数据报解读模块。
改模块用于解读接收到的报文和选项。
(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。
2.系统流程图
系统执行的流程图9.2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(Userhelp),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。
3、函数功能描述
1.初始化函数
IntPing()
函数原型:
voidIntPing()
IntPing()函数用于初始化ping所需的全局变量,为各个变量赋初始值。
userHelp()
voiduserHelp()
userHelp()函数用于显示用户帮助信息。
GetArgments()
voidGetArgments(intargc,char**argv)
GetArgments()函数用于获取用户提交的参数。
checkSum()
USHORTcheckSum(USHORT*buffer,intsize)
checkSum()函数用于计算校验和。
2.功能函数
FillCMPData()
voidFillCMPData()
FillCMPData()函数用于填充ICMP数据报中各个字段。
reeRes()
voidreeRes()
reeRes()函数用于释放占用的资源,包括关闭初始化socket调用的函数的、关闭创建的socket和释放分配的内存等。
DecodeIPOptions()
voidDecodeIPOptions()
DecodeIPOptions()函数用于解读IP选项。
DecodelICMPHeader()
原型:
voidDecodelICMPHeader(char*buf,intbytes,SOCKADDR_IN*from)
DecodelICMPHeader()函数用于解读ICMP报文信息。
3.ping函数
PingTest()
voidPingTest(inttimeout)
PingTest()函数用于进行Ping操作。
其中timeout表示设定的发送超时值。
四、程序实现
1.程序预处理
/*导入库文件*/
#pragmacomment(lib,"
ws2_32.lib"
)
/*加载头文件*/
#include<
winsock2.h>
ws2tcpip.h>
stdio.h>
stdlib.h>
math.h>
#defineIP_RECORD_ROUTE0x7
/*默认数据报大小*/
#defineDEF_PACKET_SIZE32
/*最大的ICMP数据报大小*/
#defineMAX_PACKET1024
/*最大IP头长度*/
#defineMAX_IP_HDR_SIZE60
/*ICMP报文类型,回显请求*/
#defineICMP_ECHO8
/*ICMP报文类型,回显应答*/
#defineICMP_ECHOREPLY0
/*最小的ICMP数据报大小*/
#defineICMP_MIN8
voidInitPing();
voidUserHelp();
voidGetArgments(intargc,char**argv);
USHORTCheckSum(USHORT*buffer,intsize);
voidFillICMPData(char*icmp_data,intdatasize);
voidFreeRes();
voidDecodeIPOptions(char*buf,intbytes);
voidDecodeICMPHeader(char*buf,intbytes,SOCKADDR_IN*from);
typedefstruct_iphdr
{
unsignedinth_len:
4;
/*IP报头长度*/
unsignedintversion:
/*IP的版本号*/
unsignedchartos;
/*服务的类型*/
unsignedshorttotal_len;
/*数据报总长度*/
unsignedshortident;
/*惟一的标识符*/
unsignedshortfrag_flags;
/*分段标志*/
unsignedcharttl;
/*生存期*/
unsignedcharproto;
/*协议类型(TCP、UDP等)*/
unsignedshortchecksum;
/*校验和*/
unsignedintsourceIP;
/*源IP地址*/
unsignedintdestIP;
/*目的IP地址*/
}IpHeader;
typedefstruct_icmphdr
BYTEi_type;
/*ICMP报文类型*/
BYTEi_code;
/*该类型中的代码号*/
USHORTi_cksum;
/*校验和*/
USHORTi_id;
USHORTi_seq;
/*序列号*/
ULONGtimestamp;
/*时间戳*/
}IcmpHeader;
typedefstruct_ipoptionhdr
unsignedcharcode;
/*选项类型*/
unsignedcharlen;
/*选项头长度*/
unsignedcharptr;
/*地址偏移长度*/
unsignedlongaddr[9];
/*记录的IP地址列表*/
}IpOptionHeader;
SOCKETm_socket;
IpOptionHeaderIpOption;
SOCKADDR_INDestAddr;
SOCKADDR_INSourceAddr;
char*icmp_data;
char*recvbuf;
USHORTseq_no;
char*lpdest;
intdatasize;
BOOLRecordFlag;
doublePacketNum;
BOOLSucessFlag;
初始化模块
/*初始化变量函数*/
voidInitPing()
{WSADATAwsaData;
icmp_data=NULL;
seq_no=0;
recvbuf=NULL;
RecordFlag=FALSE;
lpdest=NULL;
datasize=DEF_PACKET_SIZE;
PacketNum=5;
SucessFlag=FALSE;
if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&
wsaData)!
=0)
{printf("
WSAStartup()failed:
%d\n"
GetLastError());
return;
}
m_socket=INVALID_SOCKET;
}
2.功能控制模块
/*显示信息函数*/
voidUserHelp()
{printf("
UserHelp:
ping-r<
host>
[datasize]\n"
);
printf("
-rrecordroute\n"
-nrecordamount\n"
hostremotemachinetoping\n"
datasizecanbeupto1KB\n"
ExitProcess(-1);
voidGetArgments(intargc,char**argv)
{inti;
intj;
intexp;
intlen;
intm;
if(argc==1)
\nPleasespecifythedestinationIPaddressandthepingoptionasfollow!
\n"
UserHelp();
for(i=1;
i<
argc;
i++)
{len=strlen(argv[i]);
if(argv[i][0]=='
-'
)
{if(isdigit(argv[i][1]))
{PacketNum=0;
for(j=len-1,exp=0;
j>
=1;
j--,exp++)
PacketNum+=((double)(argv[i][j]-48))*pow(10,exp);
}
else{
switch(tolower(argv[i][1]))
{
case'
r'
:
RecordFlag=TRUE;
break;
default:
UserHelp();
elseif(isdigit(argv[i][0])){
for(m=1;
m<
len;
m++){
if(!
(isdigit(argv[i][m])))
lpdest=argv[i];
break;
elseif(m==len-1)
datasize=atoi(argv[i]);
}
else
USHORTCheckSum(USHORT*buffer,intsize)
{unsignedlongcksum=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);
voidFillICMPData(char*icmp_data,intdatasize)
IcmpHeader*icmp_hdr=NULL;
char*datapart=NULL;
icmp_hdr=(IcmpHeader*)icmp_data;
icmp_hdr->
i_type=ICMP_ECHO;
i_code=0;
i_id=(USHORT)GetCurrentProcessId();
i_cksum=0;
i_seq=0;
datapart=icmp_data+sizeof(IcmpHeader);
memset(datapart,'
0'
datasize-sizeof(IcmpHeader));
voidFreeRes()
if(m_socket!
=INVALID_SOCKET)
closesocket(m_socket);
HeapFree(GetProcessHeap(),0,recvbuf);
HeapFree(GetProcessHeap(),0,icmp_data);
WSACleanup();
3.数据报解读模块
/*解读IP选项头函数*/
voidDecodeIPOptions(char*buf,intbytes)
IpOptionHeader*ipopt=NULL;
IN_ADDRinaddr;
inti;
HOSTENT*host=NULL;
ipopt=(IpOptionHeader*)(buf+20);
RR:
"
for(i=0;
(ipopt->
ptr/4)-1;
i++){
inaddr.S_un.S_addr=ipopt->
addr[i];
if(i!
host=gethostbyaddr((char*)&
inaddr.S_un.S_addr,sizeof(inaddr.S_un.S_addr),AF_INET);
if(host)
(%-15s)%s\n"
inet_ntoa(inaddr),host->
h_name);
(%-15s)\n"
inet_ntoa(inaddr));
return;
voidDecodeICMPHeader(char*buf,intbytes,SOCKADDR_IN*from)
IpHeader*iphdr=NULL;
IcmpHeader*icmphdr=NULL;
unsignedshortiphdrlen;
DWORDtick;
staticinticmpcount=0;
iphdr=(IpHeader*)buf;
iphdrlen=iphdr->
h_len*4;
tick=GetTickCount();
if((iphdrlen==MAX_IP_HDR_SIZE)&
&
(!
icmpcount))
DecodeIPOptions(buf,bytes);
if(bytes<
iphdrlen+ICMP_MIN){
Toofewbytesfrom%s\n"
inet_ntoa(from->
sin_addr));
icmphdr=(IcmpHeader*)(buf+iphdrlen);
if(icmphdr->
i_type!
=ICMP_ECHOREPLY){
nonechotype%drecvd\n"
icmphdr->
i_type);
i_id!
=(USHORT)GetCurrentProcessId()){
someoneelse'
spacket!
SucessFlag=TRUE;
printf("
%dbytesfrom%s:
"
bytes,inet_ntoa(from->
icmp_seq=%d."
i_seq);
time:
%dms"
tick-icmphdr->
timestamp);
icmpcount++;
4.Ping测试模块
/*ping函数*/
{
intret;
intreadNum;
intfromlen;
structhostent*hp=NULL;
m_socket=WSASocket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED);
if(m_socket==INVALID_SOCKET)
WSASocket()failed:
WSAGetLastError());
if(RecordFlag)
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*)&
if(ret==SOCKET_ERROR){
setsockopt(IP_OPTIONS)failed:
WSAGetLastError());
readNum=setsockopt(m_socket,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,(char*)&
timeout,sizeof(timeout));
if(read
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