计算机网络实验之Ping程序的设计与实现讲解学习.docx

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计算机网络实验之Ping程序的设计与实现讲解学习

计算机网络实验之Ping程序的设计与实现

信息工程学院

实验报告

课程名称计算机网络

实验序号实验五

实验项目Ping程序的设计与实现

2017年03月25日

实验报告要求

1、实验报告封面填表说明（每份实验报告必须附上封面）

（1）课程名称：

要求与实验大纲和实验指导书中的课程名称一致。

（2）实验序号：

指该课程的第几个实验。

（3）实验项目：

要求与实验大纲和实验指导书中的实验项目一致。

（4）实验地点：

填写完成该实验项目所在的实验室名称。

（5）实验学时：

要求与实验大纲和实验指导书中完成该实验项目所需学时一致。

（6）实验类型：

是指演示性、操作性、验证性、综合性、设计性。

演示性：

教师操作，学生观察，验证理论、说明原理和方法。

操作性：

学生按要求动手拆装、调试实验装置或上机操作，掌握其基本原理和方法。

验证性：

按实验指导书（教材）要求，由学生通过操作验证所学理论，加深对理论、知识的理解，掌握基本实验知识、方法、技能、数据处理等。

综合性：

实验内容涉及本课程的综合知识或相关课程的知识，运用多的知识、多种方法，按要求或自拟实验方案进行实验。

主要培养学生综合运用所学知识、实验方法和实验技能，以培养其分析、解决问题的能力。

设计性：

给定实验目的、要求和实验条件，学生自己设计实验方案并加以实现的实验。

学生独立完成从查阅资料、拟定实验方案、实验方法和步骤（或系统分析和设计）、选择仪器设备（或自行设计缺制作）进行实验并完成实验全过程，形成实验报告，培养学生自主实验的能力。

2、实验报告的格式

软件类实验报告格式

公共课实验报告格式

硬件类实验报告格式

序号

要求

序号

要求

序号

要求

1

实验目的及要求

1

实验目的及要求

1

实验预习

实验目的实验原理及内容（简明扼要，主要是实验接线图）

2

实验原理与内容

2

实验步骤

所用仪器设备

3

实验软硬件环境

3

操作要点

预习思考题

4

实验过程（实验步骤、记录、数据、分析）

4

实验结果

2

实验原始记录（经实验指导教师签名认可）

画出实验所需要的各种记录表格

5

测试/调试及实验结果分析

5

实验问题

3

实验报告

数据处理（数据表格、计算结果、误差、结果表达、曲线图等）

6

实验结论与体会

6

小结及讨论

结论

讨论

3、教师批改学生实验报告要求

（1）批改：

全部批改及更正错误。

（2）评分：

按百分制评分，不能评分为“优、良、中、差”或“A、B、C”。

（3）签名及批改日期：

任课教师必须在每份学生实验报告中签名和写上批改日期。

（4）成绩：

填写学生实验成绩表，实验成绩作为考试成绩评定的依据。

（4）评语：

任课教师批改学生实验报告时，应给出简明扼要的评语。

成绩：

教师评语

指导教师签名：

批阅日期：

一、实验目的及要求

1.加深对ICMP协议的理解

2.熟悉原始套接字的使用方法

3.掌握PING程序的实现流程

二、实验原理与内容

1、一种网络诊断工具

2、发送ICMP回送请求报文

3、接收ICMP回送应答报文

4、IP报文格式

5、WinSock原始套接字的使用方法与API函数

Winsock原始套接字编程过程中，服务器端/客户端的编程都按照以下步骤：

初始化套接字（WSAStartup）

创建套接字（socket或WSASocket）

向服务器通信（sendto/recvfrom）

关闭套接字（closesocket）

结束使用套接字（WSACleanup）

6、三种WinSock地址结构

1用的Winsock地址结构sockaddr，针对各种通信域的套接字，存储它们的地址信息。

2专门针对Internet通信域的Winsock地址结构sockaddr_in

3专用于存储IP地址的结构in_addr

三、实验软硬件环境

运行WindowsXP/WindowsServer2003/Windows7操作系统的PC一台

VisualC++6.0/VisualStudio2005/VisualStudio2010开发环境

四、实验过程（实验步骤、记录、数据、分析）

1.打开VisualStudio2013，建立工程文件

2.了解需求，进行需求分析：

使用winsock原始套接字编写ping程序，要求实现如下功能：

可以指定ping的目标主机IP。

每次发送4个ICMP回送请求报文，每个请求报文的数据大小为32字节，发送超时和接收超时时间设为1000ms。

对于发出的每个ICMP回送请求报文，若收到应答报文，显示每个应答报文的数据大小（byte）、源IP、序号、响应时间（ms）；若发送超时或接收超时，显示“Requesttimeout.”

最后，显示用户名和ping的统计信息。

统计信息包括发出的请求报文个数、收到的应答报文个数、丢包个数、丢包率。

3.绘制流程框图

4.编写各个函数代码块

5.编译，运行

实验代码如下：

（温馨提醒：

意要在.cpp文件的前后添加#include"stdafx.h"（是预编译处理器把stdafx.h文件中的内容加载到程序中来。

））

#include"stdafx.h"

#pragmapack（4）

#pragmacomment（lib,"ws2_32.lib"）

#include"winsock2.h"

//#include"stdafx.h"//增加的头文

#include"stdlib.h"

#include"stdio.h"

#defineICMP_ECHO8//ICMPECHO请求报文类型

#defineICMP_ECHOREPLY0//ICMPECHO响应报文类型

#defineICMP_MIN8//最小ICMP报文大小为8bytes（只有ICMP首部）

#defineICMP_PACKET_SIZE32//ICMP报文数据大小

#defineICMP_PACKET_NUMBER4//发送ICMP报文的个数

#defineMAX_PACKET1024//最大ICMP报文数据长度

#defineICMP_TIMEOUT1000//ICMP超时时间

#definexmalloc（s）HeapAlloc（GetProcessHeap（）,HEAP_ZERO_MEMORY,（s））

#definexfree（p）HeapFree（GetProcessHeap（）,0,（p））

/*定义结构体：

IP首部*/

typedefstructiphdr{

unsignedinth_len:

4;//首部长度

unsignedintversion:

4;//IP版本

unsignedchartos;//服务类型

unsignedshorttotal_len;//报文总长度

unsignedshortident;//IP报文标识符

unsignedshortfrag_and_flags;//分片标记和片偏移

unsignedcharttl;//生存时间

unsignedcharproto;//报文数据的协议类型

unsignedshortchecksum;//首部检验和

unsignedintsourceIP;//源IP

unsignedintdestIP;//目的IP

}IpHeader;

/*定义结构体：

ICMP首部*/

typedefstructicmphdr{

BYTEi_type;//ICMP报文类型

BYTEi_code;//代码

USHORTi_cksum;//报文校验和

USHORTi_id;//ICMP报文标识符

USHORTi_seq;//报文序号

ULONGtimestamp;//时间戳，不是ICMP报文首部的标准组成部分

}IcmpHeader;

voidfill_icmp_data（char*,int）;//ICMP请求报文填充函数

USHORTchecksum（USHORT*,int）;//校验和计算函数

intdecode_resp（char*,int,structsockaddr_in*）;//ICMP应答报文解析函数

intmain（intargc,char**argv）{

WSADATAwsaData;//套接字信息

SOCKETsockRaw;//原始套件字

chardest_ip[16];//目的IP（字符串）

unsignedintaddr=0;//目的IP（整型）

structsockaddr_indest;//目的IP（sockaddr_in结构）

structsockaddr_infrom;//源socket地址

intfromlen=sizeof（from）;//源socket地址的长度

intdatasize;//报文总长度（=首部大小+数据大小）

//intbwrote,bread;//实际发送和接收数据大小

inttimeout=ICMP_TIMEOUT;//超时时间

USHORTseq_no=0;//报文序号从0开始递增

intstatistic=0;//成功接收报文的个数

char*icmp_data;//指向发送缓冲区的指针

char*recvbuf;//指向接收缓冲区的指针

memset（dest_ip,'\0',sizeof（dest_ip））;

if（argc<2）{

printf（"PleaseinputdestinationhostIP（请输入目的IP）:

"）;

scanf（"%s",&dest_ip）;

}

else

memcpy（dest_ip,argv[1],strlen（argv[1]））;

/*初始化函数*/

if（WSAStartup（MAKEWORD（2,2）,&wsaData）!

=0）{//第一处

printf（"WSAStartupfailed:

%d\n",GetLastError（））;

return-1;

}

/*创建传输ICMP协议数据的原始套接字*/

sockRaw=WSASocket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED）;//第二/*raw-protocolinterface*/第三处

if（sockRaw==INVALID_SOCKET）{

printf（"WSASocket（）failed:

%d\n",WSAGetLastError（））;

return-1;

}

/*设置套接字的接收超时选项（即设置SO_RCVTIMEO）*/

if（setsockopt（sockRaw,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,（char*）&timeout,sizeof（timeout））==SOCKET_ERROR）{

printf（"failedtosetrecvtimeout:

%d\n",WSAGetLastError（））;

return-1;

}

/*设置套接字的发送超时选项（即设置SO_SNDTIMEO）*/

if（setsockopt（sockRaw,SOL_SOCKET,SO_SNDTIMEO,（char*）&timeout,sizeof（timeout））==SOCKET_ERROR）{

printf（"failedtosetsendtimeout:

%d\n",WSAGetLastError（））;

return-1;

}

/*转换指定的目的IP为winsocket地址结构*/

addr=inet_addr（dest_ip）;//第四处inet_addr（）的功能是将一个点分十进制的IP转换成一个长整数型数（u_long类型）

dest.sin_addr.s_addr=addr;

dest.sin_family=AF_INET;

/*创建发送缓冲区，分配内存*/

datasize=ICMP_PACKET_SIZE+sizeof（IcmpHeader）;

icmp_data=（char*）xmalloc（MAX_PACKET）;

if（!

icmp_data）{

printf（"HeapAllocfailed%d\n",GetLastError（））;

return-1;

}

/*创建接收缓冲区，分配内存*/

recvbuf=（char*）xmalloc（MAX_PACKET）;

if（!

recvbuf）{

printf（"HeapAllocfailed%d\n",GetLastError（））;

return-1;

}

/*填充待发送的ICMP请求报文*/

memset（icmp_data,0,MAX_PACKET）;

fill_icmp_data（icmp_data,datasize）;

/*显示ping提示信息*/

printf（"\nPinging%s....\n\n",dest_ip）;

/*发送4个ICMP请求报文，并接收应答报文*/

for（inti=0;i

{

intbwrote=0,bread=0;//实际发送和接收数据大小

（（IcmpHeader*）icmp_data）->i_cksum=0;//校验和字段置0

（（IcmpHeader*）icmp_data）->timestamp=GetTickCount（）;//时间戳字段置为当前系统时间

（（IcmpHeader*）icmp_data）->i_seq=seq_no++;//序号字段每次递增1

（（IcmpHeader*）icmp_data）->i_cksum=checksum（（USHORT*）icmp_data,datasize）;//计算校验和

/*发送ICMP请求报文*/

bwrote=sendto（sockRaw,icmp_data,datasize,0,（structsockaddr*）&dest,sizeof（dest））;//第五第六处

if（bwrote==SOCKET_ERROR）{

if（WSAGetLastError（）==WSAETIMEDOUT）{

printf（"Requesttimedout.\n"）;

continue;

}

printf（"sendtofailed:

%d\n",WSAGetLastError（））;

return-1;

}

/*接收ICMP应答报文*/

bread=recvfrom（sockRaw,recvbuf,MAX_PACKET,0,（structsockaddr*）&from,&fromlen）;//第七处

if（bread==SOCKET_ERROR）{

if（WSAGetLastError（）==WSAETIMEDOUT）{

printf（"Requesttimedout.\n"）;

continue;

}

printf（"recvfromfailed:

%d\n",WSAGetLastError（））;

return-1;

}

/*如果解析成功，递增成功接收的数目++*/

if（!

decode_resp（recvbuf,bread,&from））

statistic++;

Sleep（1000）;//间隔1000ms后再发下一个请求报文

}

/*显示用户名和统计结果*/

printf（"\nPingstatisticscollectedbyXXXfor%s\n",dest_ip）;

printf（"Packets:

Sent=%d,Received=%d,Lost=%d（%2.0f%%loss）\n",

ICMP_PACKET_NUMBER,//发送报文个数

statistic,//接收报文个数

（ICMP_PACKET_NUMBER-statistic）,//丢失报文个数

（float）（ICMP_PACKET_NUMBER-statistic）/ICMP_PACKET_NUMBER*100）;//丢包率

/*关闭套接字*/

closesocket（sockRaw）;//第九处

/*注销函数*/

WSACleanup（）;

return0;

}

/*ICMP回送请求报文填充函数*/

voidfill_icmp_data（char*icmp_data,intdatasize）{

IcmpHeader*icmp_hdr;

char*datapart;

icmp_hdr=（IcmpHeader*）icmp_data;

icmp_hdr->i_type=ICMP_ECHO;

icmp_hdr->i_code=0;

icmp_hdr->i_id=（USHORT）GetCurrentProcessId（）;

icmp_hdr->i_cksum=0;

icmp_hdr->i_seq=0;

datapart=icmp_data+sizeof（IcmpHeader）;

memset（datapart,'E',datasize-sizeof（IcmpHeader））;

}

/*ICMP回送应答报文解析函数*/

intdecode_resp（char*buf,intbytes,structsockaddr_in*from）

{

IpHeader*iphdr;

IcmpHeader*icmphdr;

unsignedshortiphdrlen;

iphdr=（IpHeader*）buf;

iphdrlen=（iphdr->h_len）*4;

if（bytes

printf（"Toofewbytesfrom%s\n",inet_ntoa（from->sin_addr））;

return-1;

}

icmphdr=（IcmpHeader*）（buf+iphdrlen）;

if（icmphdr->i_type!

=ICMP_ECHOREPLY）{

printf（"non-echotype%drecvd\n",icmphdr->i_type）;

return-1;

}

if（icmphdr->i_id!

=（USHORT）GetCurrentProcessId（））{

printf（"someoneelse''spacket!

\n"）;

return-1;

}

printf（"%dbytesfrom%s:

",bytes-iphdrlen-sizeof（IcmpHeader）,inet_ntoa（from->sin_addr））;

printf（"icmp_seq=%d.",icmphdr->i_seq）;

printf（"time:

%dms",bytes）;

printf（"\n"）;

return0;

}

/*校验和计算函数*/

USHORTchecksum（USHORT*buffer,intsize）{

unsignedlongcksum=0;

while（size>1）{

cksum+=*buffer++;

size-=sizeof（USHORT）;

}

if（size）{

cksum+=*（UCHAR*）buffer;

}

cksum=（cksum>>16）+（cksum&0xffff）;

cksum+=（cksum>>16）;

return（USHORT）（~cksum）;

}

#include"stdafx.h"

6.按Crtl+F5编译、运行，结果如图所示：

五、测试/调试及实验结果分析

实验结果如上所示

六、实验结论与体会

1.通过本次实验，加深了对WinSock套接字的了解

2.加深了对CIMP协议的了解

3.对IP报文格式有了更好的理解

4.掌握了Ping程序的实现流程

5.所用的软件有些配置没有配置好，导致编译会出错，要善于利用XX解决问题

2017年03月25日