TCP IP课程设计.docx
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TCP IP课程设计.docx
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TCPIP课程设计
枣庄学院
信息科学与工程学院
课程设计任务书
题目:
PING程序的设计与实现
学号:
姓名:
专业:
计算机科学与技术
课程:
TCP/IP协议实现与网络安全
指导教师:
王霞职称:
讲师
完成时间:
2012年6月----2012年6月
枣庄学院信息科学与工程学院制
年月日
课程设计任务书及成绩评定
课程设计的任务和具体要求
(1)熟悉原始套接字编程。
(2)了解网络的结构。
(3)了解网络传输底层协议。
指导教师签字:
日期:
指导教师评语
成绩:
指导教师签字:
日期:
课程设计所需软件、硬件等
课程设计进度计划
起至日期
工作内容
备注
参考文献、资料索引
序号
文献、资料名称
编著者
出版单位
【1】WinsockProgrammer'sFAQExamples:
Ping:
RawSocketsMethod,
【2】透析ICMP协议:
协议原理,
【3】ping原理与ICMP协议,
目录
一.需求分析1
二.概要设计1
三.详细设计3
1.初始化模块3
2.功能控制模块3
3.数据报解读模块6
4.Ping测试模块8
四.测试结果11
五.实验总结12
一.需求分析
Ping的原理就是首先建立通道,然后发送包,对方接受后返回信息,这个包至少包括以下内容:
发送的时候,包的内容包括对方的ip地址和自己的地址,还有序列数;回送的时候包括双方地址,还有时间等,主要是接受方在都是在操作系统内核里做好的,时刻在监听。
Ping程序生成一个icmp“回送请求”,将其发送给目的主机。
通过检测是否可以收到目标主机的应答,便可以知道网络的连通性。
主要功能有:
实现ping功能。
程序能实现基本的ping操作,发送ICMP回显请求报文,接收显应答报文。
能记录路由。
程序提供了“-r”选项,用以记录从源主机到目的主机的路由。
(3)能输出指定条数的记录。
程序提供了“-n”选项,用以输出指定条数的记录。
(4)能按照指定大小输出每条记录。
程序提供了“datasize”选项,用以指定输出的数据报的大小。
(5)能输出用户帮助。
程序提供了用户帮助,显示程序提供的选项以及选项格式等。
二.概要设计
1)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。
2)userHelp()
函数原型:
voiduserHelp()
userHelp()函数用于显示用户帮助信息。
当程序检查到参数错误或者没有必要的参数(如主机IP地址或者主机名)时,则会调用此函数显示帮助信息。
3)GetArgments()
函数原型:
voidGetArgments(intargc,char**argv)
GetArgments()函数用于获取用户提交的参数。
其中argc表示获取的参数个数,argv用于存储获取的参数,这两个形参和主函数中的形参表示的意义一样的。
4)checkSum()
函数原型:
USHORTcheckSum(USHORT*buffer,intsize)
checkSum()函数用于计算校验和。
计算过程是首先把数据报头中的校验和字段设置为0,然后对首部中每个16bit进行二字段进制反码求和(整个首部看成是由一串16bit的字组成),结果存在校验和字段中。
其中buffer用于存放ICMP数据,size表示ICMP报文大小。
5)FillCMPData()
函数原型:
voidFillCMPData()
FillCMPData()函数用于填充ICMP数据报中各个字段。
其中icmp_data表示ICMP数据,datasize表示ICMP报文大小。
6)reeRes()
函数原型:
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。
7)DecodeIPOptions()
函数原型:
voidDecodeIPOptions()
DecodeIPOptions()函数用于解读IP选项,从中读出从源主机到目的主机经过的路由,并输出路由信息。
Buf表示存放接收到的ICMP报文的缓冲区,bytes表示接收到的字节数。
8)DecodelICMPHeader()
函数原型:
voidDecodelICMPHeader(char*buf,intbytes,SOCKADDR_IN*from)
DecodelICMPHeader()函数用于解读ICMP报文信息。
Buf表示存放接收到的ICMP报文的缓冲区,bytes表示接收到的字节数,from表示发送ICMP回显应答的主机IP地址。
9)PingTest()
函数原型:
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。
三.详细设计
1.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;
/*Winsock初始化*/
if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData)!
=0)
{
/*如果初始化不成功则报错,GetLastError()返回发生的错误信息*/
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
printf("-rrecordroute\n");
printf("-nrecordamount\n");
printf("hostremotemachinetoping\n");
printf("datasizecanbeupto1KB\n");
ExitProcess(-1);
}
/*获取ping选项函数*/
voidGetArgments(intargc,char**argv)
{
inti;
intj;
intexp;
intlen;
intm;
/*如果没有指定目的地地址和任何选项*/
if(argc==1)
{
printf("\nPleasespecifythedestinationIPaddressandthepingoptionasfollow!
\n");
UserHelp();
}
for(i=1;i { len=strlen(argv[i]); if(argv[i][0]=='-') { /*选项指示要获取记录的条数*/ if(isdigit(argv[i][1])) { PacketNum=0; for(j=len-1,exp=0;j>=1;j--,exp++) /*根据argv[i][j]中的ASCII值计算要获取的记录条数(十进制数)*/ PacketNum+=((double)(argv[i][j]-48))*pow(10,exp); } else { switch(tolower(argv[i][1])) { /*选项指示要获取路由信息*/ case'r': RecordFlag=TRUE; break; /*没有按要求提供选项*/ default: UserHelp(); break; } } } /*参数是数据报大小或者IP地址*/ elseif(isdigit(argv[i][0])) { for(m=1;m { if(! (isdigit(argv[i][m]))) { /*是IP地址*/ lpdest=argv[i]; break; } /*是数据报大小*/ elseif(m==len-1) datasize=atoi(argv[i]); } } /*参数是主机名*/ else lpdest=argv[i]; } } /*求校验和函数*/ 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); } /*填充ICMP数据报字段函数*/ voidFillICMPData(char*icmp_data,intdatasize) { IcmpHeader*icmp_hdr=NULL; char*datapart=NULL; icmp_hdr=(IcmpHeader*)icmp_data; /*ICMP报文类型设置为回显请求*/ icmp_hdr->i_type=ICMP_ECHO; icmp_hdr->i_code=0; /*获取当前进程IP作为标识符*/ icmp_hdr->i_id=(USHORT)GetCurrentProcessId(); icmp_hdr->i_cksum=0; icmp_hdr->i_seq=0; datapart=icmp_data+sizeof(IcmpHeader); /*以数字0填充剩余空间*/ memset(datapart,'0',datasize-sizeof(IcmpHeader)); } /*释放资源函数*/ voidFreeRes() { /*关闭创建的套接字*/ if(m_socket! =INVALID_SOCKET) closesocket(m_socket); /*释放分配的内存*/ HeapFree(GetProcessHeap(),0,recvbuf); HeapFree(GetProcessHeap(),0,icmp_data); /*注销WSAStartup()调用*/ WSACleanup(); return; } 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; /*获取路由信息的地址入口*/ ipopt=(IpOptionHeader*)(buf+20); printf("RR: "); for(i=0;i<(ipopt->ptr/4)-1;i++) { inaddr.S_un.S_addr=ipopt->addr[i]; if(i! =0) printf(""); /*根据IP地址获取主机名*/ host=gethostbyaddr((char*)&inaddr.S_un.S_addr,sizeof(inaddr.S_un.S_addr),AF_INET); /*如果获取到了主机名,则输出主机名*/ if(host) printf("(%-15s)%s\n",inet_ntoa(inaddr),host->h_name); /*否则输出IP地址*/ else printf("(%-15s)\n",inet_ntoa(inaddr)); } return; } /*解读ICMP报头函数*/ voidDecodeICMPHeader(char*buf,intbytes,SOCKADDR_IN*from) { IpHeader*iphdr=NULL; IcmpHeader*icmphdr=NULL; unsignedshortiphdrlen; DWORDtick; staticinticmpcount=0; iphdr=(IpHeader*)buf; /*计算IP报头的长度*/ iphdrlen=iphdr->h_len*4; tick=GetTickCount(); /*如果IP报头的长度为最大长度(基本长度是20字节),则认为有IP选项,需要解读IP选项*/ if((iphdrlen==MAX_IP_HDR_SIZE)&&(! icmpcount)) /*解读IP选项,即路由信息*/ DecodeIPOptions(buf,bytes); /*如果读取的数据太小*/ if(bytes { printf("Toofewbytesfrom%s\n", inet_ntoa(from->sin_addr)); } icmphdr=(IcmpHeader*)(buf+iphdrlen); /*如果收到的不是回显应答报文则报错*/ if(icmphdr->i_type! =ICMP_ECHOREPLY) { printf("nonechotype%drecvd\n",icmphdr->i_type); return; } /*核实收到的ID号和发送的是否一致*/ if(icmphdr->i_id! =(USHORT)GetCurrentProcessId()) { printf("someoneelse'spacket! \n"); return; } SucessFlag=TRUE; /*输出记录信息*/ printf("%dbytesfrom%s: ",bytes,inet_ntoa(from->sin_addr)); printf("icmp_seq=%d.",icmphdr->i_seq); printf("time: %dms",tick-icmphdr->timestamp); printf("\n"); icmpcount++; return; } 4.Ping测试模块 /*ping函数*/ voidPingTest(inttimeout) { intret; intreadNum; intfromlen; structhostent*hp=NULL; /*创建原始套接字,该套接字用于ICMP协议*/ m_socket=WSASocket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED); /*如果套接字创建不成功*/ if(m_socket==INVALID_SOCKET) { printf("WSASocket()failed: %d\n",WSAGetLastError()); return; } /*若要求记录路由选项*/ if(RecordFlag) {/*IP选项每个字段用0初始化*/ 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*)&IpOption,sizeof(IpOption)); if(ret==SOCKET_ERROR) {printf("setsockopt(IP_OPTIONS)failed: %d\n",WSAGetLastError()); } }/*设置接收的超时值*/ readNum=setsockopt(m_socket,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,(char*)&timeout,sizeof(timeout)); if(readNum==SOCKET_ERROR) { printf("setsockopt(SO_RCVTIMEO)failed: %d\n",WSAGetLastError()); return; }/*设置发送的超时值*/ timeout=1000; readNum=setsockopt(m_socket,SOL_SOCKET,SO_SNDTIMEO,(char*)&timeout,sizeof(timeout)); if(readNum==SOCKET_ERROR) {printf("setsockopt(SO_SNDTIMEO)failed: %d\n",WSAGetLastError()); return;} /*用0初始化目的地地址*/ memset(&DestAddr,0,sizeof(DestAddr)); /*设置地址族,这里表示使用IP地址族*/ DestAddr.sin_family=AF_INET; if((DestAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(lpdest))==INADDR_NONE) {/*名字解析,根据主机名获取IP地址*/ if((hp=gethostbyname(lpdest))! =NULL) {/*将获取到的IP值赋给目的地地址中的相应字段*/ memcpy(&(DestAddr.sin_addr),hp->h_addr,hp->h_length); /*将获取到的地址族值赋给目的地地址中的相应字段*/ DestAddr.sin_family=hp->h_addrtype; printf("DestAddr.sin_addr=%s\n",inet_ntoa(DestAddr.sin_addr)); }/*获取不成功*/ else {printf("gethostbyname()failed: %d\n",WSAGetLastError()); return; } }/*数据报文大小需要包含ICMP报头*/ datasize+=sizeof(IcmpHeader); /*根据默认堆句柄,从堆中分配MAX_PACKET内存块,新分配内存的内容将被初始化为0*/ icmp_data=(char*)HeapAlloc(GetProcessHeap(),HEAP_ZERO_MEMORY,MAX_PACKET); recvbuf=(char*)HeapAlloc(GetProcessHeap(),HEAP_ZERO_MEMORY,MAX_PACKET); /*如果分配内存不成功*/ if(! icmp_data) {printf("HeapAlloc()failed: %d\n",GetLastError()); return; } /*创建ICMP报文*/ memset(icmp_data,0,MAX_PACKET); FillICMPData(icmp_data,datasize); while (1) {staticintnCount=0; intwriteNum; /*超过指定的记录条数则退出*/ if(nCount++==PacketNum) break; /*计算校验和前要把校验和字段设置为0*/ ((IcmpHeader*)icmp_data)->i_cksum=0; /*获取操作系统启动到现在所经过的毫秒数,设置时间戳*/ ((IcmpHeader*)icmp_data)->timestamp=GetTickCount(); /*设置序列号*/ ((IcmpHeader*)icmp_data)->i_seq=seq_no++; /*计算校验和*/ ((IcmpHeader*)icmp_data)->i_cksum=CheckSum((USHORT*)icmp_data,datasize);/*开始发送ICMP请求*/ writeNum=sendto(m_socket,icmp_data,datasize,0,(structsockaddr*)&DestAddr,sizeof(DestAddr)); /*如果发送不成功*/ if(writeNum==SOCKET_ERROR) {/*如果是由于超时不成功*/ if(WSAGetLastError()==WSAETIMEDOUT) {printf("timedout\n"); continue; }/*其他发送不成功原因*/ printf("sendto()failed: %d\n",WSAGetLastError()); return; }/*
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