网络实验指导ICMP协议的分析与实现.docx
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网络实验指导ICMP协议的分析与实现
实验:
ICMP协议的分析与实现
[实验目的]
分析ICMP报文,理解ICMP协议在Internet网中的具体应用及其实现原理,深入了解TCP/IP网络的容错控制;学会运用网络套接字Winsock开发网络通信程序。
[实验内容]
使用VisualStudioC++6.0和网络接口套接字Socket进行Windows环境下的网络编程,运用原始嵌套字RAW_SOCKET从IP层开始构造整个ICMP报文,通过ICMP协议所提供的回送请求(echorequest)和回送应答(echoreply)这两种报文实现检测目的站的可达性与状态。
1.IP报头、ICMP报文的基本描述
IP协议并不能保证绝对的可靠,所以就设计了ICMP协议,进行差错报告.
ICMP消息使用IP头作为基本控制.
IP头的格式如下:
0123
01234567890123456789012345678901
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version|IHL|TypeofService|TotalLength|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Identification|Flags|FragmentOffset|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|TimetoLive|Protocol|HeaderChecksum|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|SourceAddress|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|DestinationAddress|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Version=4
IHLInternet头长
TypeofService=0
TotalLengthIP包的总长度
Identification,Flags,FragmentOffset用于IP包分段
TimetoLiveIP包的存活时长
ProtocolICMP=1
HeaderChecksum头校验和(检查整个IP报头)
Addresses发送Echo消息的源地址是发送Echoreply消息的目的地址,相反,发送Echo
消息的目的地址是发送Echoreply消息的源地址.
Echo或EchoReply消息格式如下:
0123
01234567890123456789012345678901
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Type|Code|Checksum|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Identifier|SequenceNumber|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Data|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Type
echo消息的类型为8
echoreply的消息类型为0.
Code=0
Checksum
为从TYPE开始到IP包结束的校验和,也就是校验整个ICMP报文
Identifier
如果code=0,identifier用来匹配echo和echoreply消息
SequenceNumber
如果code=0,identifier用来匹配echo和echoreply消息
功能描述:
收到echo消息必须回应echoreply消息.identifier和sequencenumber可能被发送echo的主机用来匹配返回的echoreply消息.例如:
identifier可能用于类似于TCP或UDP的port用来标示一个会话,而sequencenumber会在每次发送echo请求后递增.收到echo的主机或路由器返回同一个值与之匹配
2数据结构
(1)IP报头格式
//定义IP首部
typedefstruct_iphdr{
unsignedcharh_lenver;//4位IP版本号+4位首部长度
unsignedchartos;//8位服务类型TOS
unsignedshorttotal_len;//16位IP包总长度(字节)
unsignedshortident;//16位标识,用于辅助IP包的拆装,本实验不用,置零
unsignedshortfrag_and_flags;//3位标志位+13位偏移位,也是用于IP包的拆装,本实验不用,置零
unsignedcharttl;//8位IP包生存时间TTL
unsignedcharproto;//8位协议(TCP,UDP或其他),本实验置ICMP,置为1
unsignedshortchecksum;//16位IP首部校验和,最初置零,等所有包头都填写正确后,计算并替换.
unsignedintsourceIP;//32位源IP地址
unsignedintdestIP;//32位目的IP地址
}IP_HEADER;
(2)ICMP报头格式
//定义ICMP首部
typedefstruct_icmphdr{
unsignedchari_type;//8位类型,本实验用8:
ECHO0:
ECHOREPLY
unsignedchari_code;//8位代码,本实验置零
unsignedshorti_cksum;//16位校验和,从TYPE开始,直到最后一位用户数据,如果为字节数为奇数则补充一位
unsignedshorti_id;//识别号(一般用进程号作为识别号),用于匹配ECHO和ECHOREPLY包
unsignedshorti_seq;//报文序列号,用于标记ECHO报文顺序
unsignedinttimestamp;//时间戳
}ICMP_HEADER;
3总体设计
ICMP协议中的发送、接收ICMP回送请求报文,回送应答报文流程图。
4.VC中网络套接字Winsock编程基础
在VC中进行WINSOCK的API编程开发的时候,需要在项目中使用下面三个文件,否则会出现编译错误。
1.WINSOCK.H:
这是WINSOCKAPI的头文件,需要包含在项目中。
2.WSOCK32.LIB:
WINSOCKAPI连接库文件。
在使用中,一定要把它作为项目的非缺省的连接库包含到项目文件中去。
3.WINSOCK.DLL:
WINSOCK的动态连接库,位于WINDOWS的安装目录下。
几个基本的套接字:
1、创建套接字——socket()
功能:
使用前创建一个新的套接字
格式:
SOCKETPASCALFARsocket(intaf,inttype,intprocotol);
参数:
af:
通信发生的区域
type:
要建立的套接字类型
procotol:
使用的特定协议
2、指定本地地址——bind()
功能:
将套接字地址与所创建的套接字号联系起来。
格式:
intPASCALFARbind(SOCKETs,conststructsockaddrFAR*name,intnamelen);
参数:
s:
是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符(套接字号)。
其它:
没有错误,bind()返回0,否则SOCKET_ERROR
地址结构说明:
structsockaddr_in
{
shortsin_family;//AF_INET
u_shortsin_port;//16位端口号,网络字节顺序
structin_addrsin_addr;//32位IP地址,网络字节顺序
charsin_zero[8];//保留
}
3建立套接字连接——connect()和accept()
功能:
共同完成连接工作
格式:
intPASCALFARconnect(SOCKETs,conststructsockaddrFAR*name,intnamelen);
SOCKETPASCALFARaccept(SOCKETs,structsockaddrFAR*name,intFAR*addrlen);
参数:
同上
4、监听连接——listen()
功能:
用于面向连接服务器,表明它愿意接收连接。
格式:
intPASCALFARlisten(SOCKETs,intbacklog);
5、数据传输——send()与recv()
功能:
数据的发送与接收
格式:
intPASCALFARsend(SOCKETs,constcharFAR*buf,intlen,intflags);
intPASCALFARrecv(SOCKETs,constcharFAR*buf,intlen,intflags);
参数:
buf:
指向存有传输数据的缓冲区的指针。
6、多路复用——select()
功能:
用来检测一个或多个套接字状态。
格式:
intPASCALFARselect(intnfds,fd_setFAR*readfds,fd_setFAR*writefds,
fd_setFAR*exceptfds,conststructtimevalFAR*timeout);
参数:
readfds:
指向要做读检测的指针
writefds:
指向要做写检测的指针
exceptfds:
指向要检测是否出错的指针
timeout:
最大等待时间
7、关闭套接字——closesocket()
功能:
关闭套接字s
格式:
BOOLPASCALFARclosesocket(SOCKETs);
5部分程序代码
//初始化SOCKET
WSADATAwsaData;
iErrorCode=WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData);
CheckSockError(iErrorCode,"WSAStartup");
sockRaw=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP);//原始套接字
CheckSockError(sockRaw,"socket");
//设置超时时间
timeout=time;
iErrorCode=setsockopt(sockRaw,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,(char*)&timeout,sizeof(timeout));//设置接受延时
CheckSockError(iErrorCode,"SO_RCVTIMEO");
timeout=time;
iErrorCode=setsockopt(sockRaw,SOL_SOCKET,SO_SNDTIMEO,(char*)&timeout,sizeof(timeout));//设置发送延时
CheckSockError(iErrorCode,"SO_SNDTIMEO");
//获得目标主机IP
memset(&dest,0,sizeof(dest));//初始化dest结构
dest.sin_family=AF_INET;//填充SOCKADDR_IN结构内容
if((dest.sin_addr.s_addr=inet_addr(lpdest))==INADDR_NONE)
{
if((hp=gethostbyname(lpdest))!
=NULL)//目的主机名字不为空
{
memcpy(&(dest.sin_addr),hp->h_addr_list[0],hp->h_length);
dest.sin_family=hp->h_addrtype;
printf("dest.sin_addr=%s\n",inet_ntoa(dest.sin_addr));
}
else
{
CheckSockError(SOCKET_ERROR,"gethostbyname()");
}
}
//创建ICMP数据包
datasize+=sizeof(ICMP_HEADER);//包长
icmp_data=(char*)malloc(1024);//创建icmp数据报内存空间
recvbuf=(char*)malloc(1024);//接收icmp包缓冲区
if((!
icmp_data)||(!
recvbuf))
{
CheckSockError(SOCKET_ERROR,"malloc()");
}
memset(icmp_data,0,MAX_PACKET);//初始化icmp_data
FillICMPData(icmp_data,datasize);//填充icmp包
printf("Pinging%swith%dbytesofdata(timeout=%dms):
\n\n",inet_ntoa(dest.sin_addr),datasize,timeout);
//发送与接收ICMP数据包
while
(1)
{
memset(recvbuf,0,MAX_PACKET);//初始化接受缓冲区
staticintnCount=0;//设置发送icmp包的次数,一般为4
if(nCount++==4)break;
((ICMP_HEADER*)icmp_data)->i_cksum=0;//初设校验和为0
((ICMP_HEADER*)icmp_data)->timestamp=GetTickCount();//获得目前时间
((ICMP_HEADER*)icmp_data)->i_seq=seq_no++;//icmp数据报的序列号
((ICMP_HEADER*)icmp_data)->i_cksum=
checksum((USHORT*)icmp_data,datasize);//计算校验和
iErrorCode=sendto(sockRaw,icmp_data,datasize,0,(structsockaddr*)&dest,sizeof(dest));//发送icmp数据报
if(iErrorCode==SOCKET_ERROR)//错误检查
{
if(WSAGetLastError()==WSAETIMEDOUT)
{
printf("timedout\n");
continue;
}
CheckSockError(SOCKET_ERROR,"sendto()");
}
if(iErrorCode { printf("Wrote%dbytes\n",iErrorCode); } intfromlen=sizeof(from);//接受icmp包长度 iErrorCode=recvfrom(sockRaw,recvbuf,MAX_PACKET,0,(structsockaddr*)&from,&fromlen);//接受icmp包 if(iErrorCode==SOCKET_ERROR) { if(WSAGetLastError()==WSAETIMEDOUT) { printf("timedout\n"); continue; } CheckSockError(SOCKET_ERROR,"recvfrom()"); } DecodeICMPHeader(recvbuf,iErrorCode,&from);//分解icmp包头 Sleep(1000);//休眠一段时间 } //SOCK错误处理程序 voidCheckSockError(intiErrorCode,char*pErrorMsg) { if(iErrorCode==SOCKET_ERROR) { printf("%sError: %d\n",pErrorMsg,GetLastError()); closesocket(sockRaw); ExitProcess(0); } } //填充数据 voidFillICMPData(char*icmp_data,intdatasize) { ICMP_HEADER*icmp_hdr=NULL; char*datapart=NULL; icmp_hdr=(ICMP_HEADER*)icmp_data; icmp_hdr->i_type=ICMP_ECHO;//发送ping //RequestanICMPecho icmp_hdr->i_code=0;//代码字段为0 icmp_hdr->i_id=(USHORT)GetCurrentProcessId();//获得当前进程号 icmp_hdr->i_cksum=0; icmp_hdr->i_seq=0;//初始化序列号 datapart=icmp_data+sizeof(ICMP_HEADER);//加上icmp包头 // //Placesomejunkinthebuffer // memset(datapart,'E',datasize-sizeof(ICMP_HEADER));//填充datapart } //计算检验和 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); } //ICMP解包程序 voidDecodeICMPHeader(char*buf,intbytes,structsockaddr_in*from) { IP_HEADER*iphdr=NULL; ICMP_HEADER*icmphdr=NULL; unsignedshortiphdrlen; DWORDtick; iphdr=(IP_HEADER*)buf; //Numberof32-bitwords*4=bytes iphdrlen=sizeof(unsignedlong)*(iphdr->h_lenver&0xf);//计算ip包头长度 tick=GetTickCount(); if(bytes { printf("Toofewbytesfrom%s\n",inet_ntoa(from->sin_addr)); } icmphdr=(ICMP_HEADER*)(buf+iphdrlen); if(icmphdr->i_type! =ICMP_ECHOREPLY)//不是回送响应(ping应答),丢弃 { printf("nonechotype%drecvd\n",icmphdr->i_type); return; } //MakesurethisisanICMPreplytosomethingwesent! // if(icmphdr->i_id! =(USHORT)GetCurrentProcessId())//id号不符合,丢弃 { printf("someoneelse‘spacket! \n"); return; } printf("%dbytesfrom%s: ",bytes,inet_ntoa(from->sin_addr));//输出正在使用的ip地址 printf("icmp_seq=%d.",icmphdr->i_seq);//输出序列号 printf("time: %dms",tick-icmphdr->timestamp);//输出所用时间 printf("\n"); return; } 6实验结果 该程序用来检验网络中的一台目标主机是否可达,其功能相当与Windows系统自带的ping命令。 例如当程序检验地址为218.199.74.46的目标主机时,可以返回如下信息。
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- 网络 实验 指导 ICMP 协议 分析 实现