Ping课程设计报告.docx

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Ping课程设计报告

课程设计

课程名称_计算机网络

题目名称_PING程序设计

2012年12月25日

摘要

为了深入理解并全面掌握ping命令的使用,以下结合ping程序的原理对其功能进行了深入探讨.由此可见Internet中的某台主机能ping通并不能肯定该主机就能被访问,而ping不通也并不意味着就不能被访问,同时也发现ping命令对网络也存在一些安全隐患.在Window系统下使用Win32进行网络编程实现采用WSA通过IP/ICMP进行实现Ping目的主机的功能。

使用VisualStudio2008控制台进行建立的工程，使用WindowSocketAPI2版本。

自己定义IP、ICMP结构体，建立目的地址和原始套接字，调用Win32库函数进行发送、接收数据包。

采用ICMP的时间截请求和回答差错报文。

本设计包括了具体设计任务，基本思路及所涉及的相关理论，设计流程图，以及考虑到运行中会出现的一些异常处理。

关键词：

Window网络编程，Socket，TCP/IP，ICMP报文

目录

一、实验目的5

二、实验内容和要求5

1、RAW模式的SOCKET编程3

2、具体内容3

三、实验主要仪器设备和材料3

四、实验方法及原理3

1.ICMP报文组成结构：

6

2.RAW模式的SOCKET编程实现Ping的具体原理4

2.1创建原始套接字4

2.2设置套接字选项5

2.3创建并填充相应协议头5

五、实验流程图6

六、实验具体步骤6

1.定义IP结构体7

2.定义ICMP结构体7

3.定义目的地址7

4.定义原始套接字7

5.发送数据包7

6.接收数据包7

7.解析数据包8

8.校验和的实现8

9.打印相关信息8

10.循环工作实现块8

11.信息统计8

12.相关异常处理9

13.相关引用到的头文件及宏11

七、实验测试结果以及使用说明11

八、参考文献13

九、附录：

源代码14

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

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；

3）程序要求

在命令提示符下输入：

PINGΧΧΧ.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：

REPLYFROMΧΧΧ.ΧΧΧ.ΧΧΧ.ΧΧΧ

或

REQUESTTimeOut（无法PING通的情况）。

三、实验主要仪器设备和材料

联网Win7操作系统计算机、VisualStudio2008Win32控制台程序

四、实验方法及原理

ping的原理:

Ping命令的主要作用是检测网络上主机的状态。

要是在几年前，我们还可以下如此断言，如果不能Ping通某台主机，那么也就无法Telnet或者FTP到这台主机，但随着互联网的安全意识的增加，出现了访问控制清单的路由器和防火墙，由于ICMP报文是在IP数据包中被传输的，而到达一台主机不仅取决于IP层是否到达，还取决于使用何种协议和端口。

譬如金山公司的金山网镖就可以禁止其他机器Ping通这台主机。

所以在现在的情况下，即时Ping不通某台机器，但也有可能FTP登陆到这台机器，或者通过HTTP来浏览这台机器上的Web页面

1.ICMP报文组成结构：

在网络中,一般用ICMP来传递差错报文以及其他应注意的信息.ICMP一般被认为是和IP协议同一层的协议,IMCP报文通常被IP层或者更高层的协议（如:

TCP或者UDP）使用,ICMP对于互联网以及其他基于IP协议的网络的正常运行起着非常重要的作用.有许多重要的网络程序都是基于ICMP协议上的,最为著名如Ping和Tracert等.

2.RAW模式的SOCKET编程实现Ping的具体原理

其中PING程序设计使用了RAW模式的SOCKET编程，程序使用ICMP的封装机制，通过IP协议来工作。

2.1创建原始套接字

要使用原始套接字，必须经过创建原始套接字、设置套接字选项和创建并填充相应协议头这三个步骤，然后用send、WSASend函数将组装好的数据发送出去。

接收的过程也很相似，只是需要用recv或WSARecv函数接收数据。

我们可以用socket或WSASocket函数来创建原始套接字，因为原始套接字能直接控制底层协议，因此只有属于“管理员”组的成员，才有权创建原始套接字。

下面是用socket函数创建原始套接字的代码。

SOCKETsock；

Sock＝socket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_UDP）；

上述创建原始套接字的代码使用的是UDP协议，如果要使用其它的协议，比如ICMP、IGMP、IP等协议，只需要把相应的参数改为IPPROTO_ICM、IPPROTO_IGMP、IPPROTO_IP就可以了。

另外，IPPROTO_UDP、IPPROTO_IP、IPPROTO_RAW这几个协议标志要求使用套接字选项IP_HDRINCL，而目前只有Windows2000和WindowsXP提供了对IP_HDRINCL的支持，这意味着在Windows2000以下平台创建原始套接字时是不能使用IP、UDP、TCP协议的。

2.2设置套接字选项

创建了原始套接字后，就要设置套接字选项，这要通过setsocketopt函数来实现，setsocketopt函数的声明如下：

intsetsocketopt（

SOCKETs,

intlevel,

intoptname,

constcharFAR*optval,

intoptlen）；

在该声明中，参数s是标识套接口的描述字，要注意的是选项对这个套接字必须是有效的。

参数Level表明选项定义的层次，对TCP/IP协议族而言，支持SOL_SOCKET、IPPROTO_IP和IPPROTO_CP层次。

参数Optname是需要设置的选项名，这些选项名是在Winsock头文件内定义的常数值。

参数optval是一个指针，它指向存放选项值的缓冲区。

参数optlen指示optval缓冲区的长度

2.3创建并填充相应协议头

这一步就是创建IP和TCP协议头的数据结构，根据相关协议的定义进行编写即可，下面是一个TCP协议头的数据结构。

发送接收数据包的实现原理:

Sendto（）-使用指定的SocketFlags，将指定字节数的数据发送到指定的终结点。

适用于已连接的数据报或流式套接口发送数据。

对于数据报类套接口，必需注意发送数据长度不应超过通讯子网的IP包最大长度。

IP包最大长度在WSAStartup（）调用返回的WSAData的iMaxUdpDg元素中。

如果数据太长无法自动通过下层协议，则返回WSAEMSGSIZE错误，数据不会被发送。

请注意成功地完成sendto（）调用并不意味着数据传送到达。

endto（）函数主要用于SOCK_DGRAM类型套接口向to参数指定端的套接口发送数据报。

对于SOCK_STREAM类型套接口，to和tolen参数被忽略；这种情况下sendto（）等价于send（）。

为了发送广播数据（仅适用于SOCK_DGRAM），in参数所含地址应该把特定的IP地址INADDR_BROADCAST（winsock.h中有定义）和终端地址结合起来构造。

通常建议一个广播数据报的大小不要大到以致产生碎片，也就是说数据报的数据部分（包括头）不超过512字节。

如果传送系统的缓冲区空间不够保存需传送的数据，除非套接口处于非阻塞I/O方式，否则sendto（）将阻塞。

对于非阻塞SOCK_STREAM类型的套接口，实际写的数据数目可能在1到所需大小之间，其值取决于本地和远端主机的缓冲区大小。

可用select（）调用来确定何时能够进一步发送数据。

Recvfrom（）-接收一个数据报并保存源地址。

对于SOCK_STREAM类型的套接口，最多可接收缓冲区大小个数据。

如果套接口被设置为线内接收带外数据（选项为SO_OOBINLINE），且有带外数据未读入，则返回带外数据。

应用程序可通过调用ioctlsocket（）的SOCATMARK命令来确定是否有带外数据待读入。

对于SOCK_STREAM类型套接口，忽略from和fromlen参数。

对于数据报类套接口，队列中第一个数据报中的数据被解包，但最多不超过缓冲区的大小。

如果数据报大于缓冲区，那么缓冲区中只有数据报的前面部分，其他的数据都丢失了，并且recvfrom（）函数返回WSAEMSGSIZE错误。

若from非零，且套接口为SOCK_DGRAM类型，则发送数据源的地址被复制到相应的sockaddr结构中。

fromlen所指向的值初始化时为这个结构的大小，当调用返回时按实际地址所占的空间进行修改。

如果没有数据待读，那么除非是非阻塞模式，不然的话套接口将一直等待数据的到来，此时将返回SOCKET_ERROR错误，错误代码是WSAEWOULDBLOCK。

用select（）或WSAAsynSelect（）可以获知何时数据到达。

如果套接口为SOCK_STREAM类型，并且远端“优雅”地中止了连接，那么recvfrom（）一个数据也不读取，立即返回。

如果立即被强制中止，那么recv（）将以WSAECONNRESET错误失败返回。

五、实验流程图

--另付图

六、实验具体步骤

1.定义IP结构体

//IP格式

typedefstructiph{

UCHARiph_VerLen;//版本-4byte

UCHARip_TOS;//区分服务-8byte

USHORTip_Length;//首部长度-4byte

USHORTip_ID;//标识-16byte

USHORTip_Flags;//标志-3byte

UCHARip_TTL;

//生存数据（数据报在网络上的存活时间，每通过一个路//由器，该数值减一

UCHARip_Protacol;

//协议（TCP/IP协议类型，比如：

ICMP为，IGMP为，TCP为，UDP为等）

USHORTip_Checksum;//头部检验和

ULONGip_Source;//源IP地址

ULONGip_Destination;//目的IP地址

}IPHDR;

2.定义ICMP结构体

//ICMP格式

typedefstructicmph{

unsignedcharicmp_Type;//类型-8byte

unsignedcharicmp_Code;//代码-16byte

unsignedshorticmp_Checksum;//检验和-16byte

unsignedshorticmp_Id;//识别号

unsignedshorticmp_Sequence;//报文序列号

unsignedlongicmp_Timestamp;//时间截

}ICMPHDR,*PICMPHDR;

3.定义目的地址

//目标主机地址

SOCKADDR_INaddrdest;

addrdest.sin_family=AF_INET;

//是地址家族,AF_INET,代表TCP/IP协议族

addrdest.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr（ip）;

//存储IP地址，使用in_addr这个数据结

addrdest.sin_port=htons（0）;

//存储端口号（使用网络字节顺序）

4.定义原始套接字

SOCKETsk=socket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP）;/

/使用RAWsocket模式。

ICMP协议

5.发送数据包

result=sendto（sk,sendbuf,sizeof（ICMPHDR）+DATA_SIZE,0,（SOCKADDR*）&addrdest,sizeof（SOCKADDR））;

6.接收数据包

result=recvfrom（sk,recvbuf,RECV_MAX_SZIE,0,（SOCKADDR*）&addrfrom,&len）

7.解析数据包

IPHDR*pIP=（IPHDR*）recvbuf;

PICMPHDRp=（PICMPHDR）（recvbuf+sizeof（IPHDR））;

8.校验和的实现

USHORTCheckSum（USHORT*buffer,intsize）{

USHORTchecksum=0;

while（size>1）{

checksum+=*buffer++;

size-=sizeof（SHORT）;

}

if（size）{

checksum+=*buffer++;

}

//进行校验

checksum=（checksum>>16）+（checksum&0xffff）;

checksum+=（checksum>>16）;

return（SHORT）（~checksum）;

}

9.打印相关信息

目的地址：

cout<<"-"<<"来自:

"<

接收字节：

cout<<"的回复:

"<<"字节="<

时间截：

cout<<"时间="<icmp_Timestamp<<"ms";

数据包生存数据:

cout<<"TTL="<

10.循环工作实现块

Ping多次或者无穷次运行的实现

while（a||count--）{}

当a==true进行无穷次Ping

当count数字不为默认或者为默认（4次）进行自减，count==-1就退出

当Ping完结束后没有关闭程序，而是现实欢迎使用页面

While（true）{/*Ping的程序*/}

11.信息统计

//统计信息

intgetData=0;//获取到数据包个数

intloseData=0;//丢失数据包的个数

intsetData=count;//发送数据包的个数

intmaxTime=0;//最大时间截

intminTime=0;//最小时间截

intaverage=0;//平均时间截

11.1获取到的数据包个数统计

if（DATA_SIZE!

=NULL）

getData++;

11.2时间截的统计

//往返估计时间

if（maxTimeicmp_Timestamp）

maxTime=nTick-p->icmp_Timestamp;

else{

if（minTime==0）

minTime=nTick-p->icmp_Timestamp;

if（minTime>nTick-p->icmp_Timestamp）

minTime=nTick-p->icmp_Timestamp;

}

11.3丢失的数据包个数

loseData=setData-getData;

12.相关异常处理

12.1WSA的版本测试

if（LOBYTE（data.wVersion）!

=2||HIBYTE（data.wVersion）!

=2）

{

cout<<"WindowsSOCKET初始化失败！

"<

WSACleanup（）;

return0;

}

12.2设置发送超时

if（SOCKET_ERROR==rst）

{

cout<<"设置SOCKET初始化出错！

发送超时，请检查！

"<

closesocket（sk）;

WSACleanup（）;

return-1;

}

12.3设置接收超时

rst=setsockopt（sk,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,（char*）&outTime,sizeof（int））;

if（SOCKET_ERROR==rst）

{

cout<<"设置SOCKET初始化出错！

接收超时，请检查！

"<

closesocket（sk）;

WSACleanup（）;

return-1;}

12.4向目的地址发送数据包异常

if（SOCKET_ERROR==result）{

if（WSAETIMEDOUT==WSAGetLastError（））{

cout<<":

"<<"发送超时！

"<

continue;

}

else{

cout<<":

"<<"发送出错！

"<

closesocket（sk）;

WSACleanup（）;

return-1;

}

}

12.5接收数据包过程异常

if（SOCKET_ERROR==result）

{if（WSAETIMEDOUT==GetLastError（））{

cout<<":

"<<"接收超时！

"<

continue;

}

else{

cout<<":

"<<"接收出错！

"<

closesocket（sk）;

WSACleanup（）;

return-1;}}

12.6接收到的数据包异常

if（result

{

cout<<":

"<<"接收到数据包大小不对！

"<

}

if（p->icmp_Type!

=0）

{

cout<<":

"<<"ICMP的类型：

"<icmp_Type<<"无接收到"<

return-1;

}

if（p->icmp_Id!

=（USHORT）:

:

GetCurrentProcessId（））

{

cout<<":

"<<"ICMP的ID出错！

"<

return-1;

}

13.相关引用到的头文件及宏

#include"stdafx.h"

#include

#include

#include

#include

#include

usingnamespacestd;

#pragmacomment（lib,"ws2_32.lib"）

#defineDATA_SIZE32

#defineRECV_MAX_SZIE1024

七、实验测试结果以及使用说明

1.运行程序如图：

2.1根据提示输入IP地址，输入“-d”为默认Ping4次，

2.2输入“-n”为Ping无穷次：

2.3可以自定义Ping次数：

3..查看统计Ping的信息

详细请运行查看结果

八、课程设计心得

经过实现Ping程序，熟悉了IP、ICMP等，掌握TCP/IP网络协议的基本实现方法。

也熟悉了Window网络编程的技术。

能熟悉地使用套接字进行网络通信。

熟悉了数据通信的网络技术，同时学会了跟同学合作交流完成项目的讨论方法和解决问题的能力。

学会如果通过讨论、交流、找资料来独立解决所遇到的问题和不懂。

更多地锻炼了独立解决问题的能力。

九、参考文献

[1]谢希仁计算机网络[M].北京：

电子工业出版社第5版2012年P108~P144

[2]孙鑫VC++深入详解[M].北京：

电子工业出版社2007年P523~P556

[3]谭浩强C++程序设计[M].北京：

清华大学出版社，2004，6

[4]尤文坚利用RAWSOCKET捕获网络底层数据包的方法[J]编程技巧2007年第11期（总第108期）

一十、附录：

源代码

-另付光碟