帧封装IP数据包解析和发送TCP数据包.docx
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帧封装IP数据包解析和发送TCP数据包
计算机网络课程设计报告
院(系):
计算机学院
专业:
计算机科学与技术
姓名:
班级:
学号:
指导教师:
2009年7月4日
计算机网络课程设计之协议编程
实验一帧封装
实验目的:
•编写程序,根据给出的原始数据,组装一个IEEE802.3格式的帧(题目)默认的输入文件为二进制原始数据(文件名分别为input1和input2))。
•要求程序为命令行程序。
比如,可执行文件名为framer.exe,则命令行形式如下:
framerinputfileoutputfile,其中,inputfile为原始数据文件,outputfile为输出结果。
•输出:
对应input1和input2得结果分别为output1和output2。
试验要求:
•编写程序,根据给出的原始数据,组装一个IEEE802.3格式的帧(题目)默认的输入文件为二进制原始数据(文件名分别为input1和input2))。
•要求程序为命令行程序。
比如,可执行文件名为framer.exe,则命令行形式如下:
framerinputfileoutputfile,其中,inputfile为原始数据文件,outputfile为输出结果。
输出:
对应input1和input2得结果分别为output1和output2
验设计相关知识:
帧:
来源于串行线路上的通信。
其中,发送者在发送数据的前后各添加特殊的字符,使它们成为一个帧。
Ethernet从某种程度上可以被看作是机器之间的数据链路层连接。
按802.3标准的帧结构如下表所示(802.3标准的Ethernet帧结构由7部分组成)
802.3标准的帧结构
前导码
帧前定界符
目的地址
源地址
长度字段
数据字段
校验字段
7B
1B
(2/6B)
(2/6B)
(2B)
(长度可变)
(4B)
其中,帧数据字段的最小长度为46B。
如果帧的LLC数据少于46B,则应将数据字段填充至46B。
填充字符是任意的,不计入长度字段值中。
在校验字段中,使用的是CRC校验。
校验的范围包括目的地址字段、源地址字段、长度字段、LLC数据字段。
循环冗余编码(CRC)是一种重要的线性分组码、编码和解码方法,具有简单、检错和纠错能力强等特点,在通信领域广泛地用于实现差错控制。
CRC校验码的检错能力很强,不仅能检查出离散错误,还能检查出突发错误。
利用CRC进行检错的过程可简单描述如下:
在发送端根据要传送的k位二进制码序列,以一定的规则产生一个校验用的r位监督码(CRC码),附在原始信息的后边,构成一个新的二进制码序列(共k+r位),然后发送出去。
在接收端,根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检验,以确定传送中是否出错。
这个规则在差错控制理论中称为“生成多项式”。
CRC的基本实现
前导码
帧前定界符
目的地址
源地址
长度字段
数据字段
校验字段
7B
1B
(2/6B)
(2/6B)
(2B)
(长度可变)
(4B)
循环冗余校验码的特点:
(1)CRC校验码可检测出所有单个错误。
(2)CRC校验码可检测出所有奇数位错误。
(3)CRC校验码可检测出所有双位的错误(4)CRC校验码可检测出所有小于、等于校验位长度的突发错误。
(5)CRC校验码可以
的概率检测出长度为(K+1)位的突发错误
实验分析:
•填充帧头部字段
要完成一次帧封装的过程,首先要完成的就是帧头部的装入,这一过程只要将签到吗、定界符、目的地址、源地址、长度字段的相应数值按顺序写入就可以了。
其中,长度字段的值即为要发送的数据的实际长度。
•填充数据字段
在填充数据字段的过程中要注意的主要问题是数据字段的长度。
802.3标准中规定了帧数据字段的最小长度为46B,最大长度为1500B。
如果数据不足46B,则需要通过填充0来补足;若数据长度超过1500B,则的大奖超过部分封装入下一个帧进行发送。
•CRC校验
帧封装的最后一步就是对数据进行校验,并将校验结果记入帧校验字段。
程序流程图:
CRC计算流程图:
序源代码:
#include
#include
#include
voidmain(intargc,char*argv[])
{
//如果输入命令行不正确,则输出提示后退出。
if(argc!
=3)
{
cout< framerinputfileoutputfile"< exit(0); } //打开指定的输出文件,以二进制方式打开并可读可写,如文件存在,则清除其内容。 fstreamfile(argv[2],ios: : out|ios: : in|ios: : binary|ios: : trunc,0); for(inti=0;i<7;i++) file.put((char)0xaa); file.put((char)0xab);//写入B的前导码和B的帧前定界符。 chardes_add[]={char(0x00),char(0x00),char(0xE4),char(0x86),char(0x3A),char(0xDC)}; file.write(des_add,6);//写入B的目的地址。 charsor_add[]={char(0x00),char(0x00),char(0x80),char(0x1A),char(0xE6),char(0x65)}; file.write(sor_add,6);//写入B的源地址。 //创建输入文件流并打开指定的输入文件,以二进制方式打开并可读。 ifstreaminfile(argv[1],ios: : in|ios: : binary,0); intlength=0; infile.seekg(0,ios: : end);//将读指针移到文件末尾。 length=infile.tellg();//计算指针偏移量,即为输入文件的长度。 unsignedchar*data=newunsignedchar[length];//创建字符指针并根据文件长度初始化。 infile.seekg(0,ios: : beg);//将读指针移到文件开始。 infile.read(data,length);//将文件数据读入到字符指针data中。 file.put(char(length>>8)); file.put(char(length&0xff));//将文件长度值按照逆序写入到输出文件的长度字段中。 file.write(data,length);//将data内容写入到输出文件中。 //如果输入文件长度不足B,则用补足B。 if(length<46) { for(intj=length;j<46;j++) file.put(char(0x00)); } file.put(char(0x00));//将数据字段后添加个 file.seekg(8,ios: : beg);//将读指针指向目的地址字段,从此处开始CRC计算 unsignedcharch;//ch用来保存读入的字符。 unsignedcharcrc=char(0x00);//余数初始值为。 while (1)//进行CRC计算 { file.get(ch); if(ch==0xff)//判断是否到了文件结尾,如果是,则退出循环。 break; for(i=0;i<8;i++)//对入读入的字符的位分别处理。 { if(0x80==(crc&(0x80)))//当前余数最高位为,需要进行除法运算。 { crc=(crc<<1)&(0xff);//crc左移位,最低位补。 crc=crc|((ch&0x80)>>7);//将输入数据相应的值递补到余数末位。 crc=crc^(0x07);//进行除法运算,即与除数的低位相异或。 } else//当前余数的最高位为,不需要进行除法运算。 { crc=(crc<<1)&(0xff);//crc左移位,最低位补。 crc=crc|((ch&0x80)>>7);//将输入数据相应位的值递补到余数末位。 } ch=ch<<1;//读到的字符左移位,使数据下一位作为输入位。 } } file.clear(); file.seekp(-1,ios: : end);//将写指针移到输出文件的最后。 file.put(crc);//写入crc码。 file.close(); infile.close();//关闭输入文件和输出文件。 cout< } 运行结果: 运行结果如下所示: 执行framer.exe文件的结果如下所示: 实验小结: 实现帧的封装,主要是将帧的七个部分---前导码、帧前定界符、目的地址、源地址、长度字段、数据字段和校验字段,一个一个按顺序封装的,最后使得一个帧的封装得以完成。 同时,在编写程序的过程中,用到了很多的函数,这些函数的运用使得程序简便而且正确的运行出来。 实验二解析IP数据包 实验目的: •设计一个解析IP数据包的程序,并根据这个程序,说明IP数据包的结构及IP协议的相关问题,从而对IP层的工作原理有更好的理解和认识。 实验要求: 本实验的目标是捕获网络中的IP数据包,解析数据包的内容,见个结果显示在标准输出上,并同时写入日志文件。 程序的具体要求如下: •以命令行形式运行: ipparselogfile,其中ipparse是程序名,而logfile则代表记录结果的日志文件。 •在标准输出、和日志文件中写入捕获的IP包的版本、头长度、服务类型、数据包总长度、数据包标识、分段标志、分段偏移值、生存时间、上层协议类型、头校验和、源IP地址和目的IP地址等内容。 •当程序接收到键盘输入Ctrl+C时退出。 设计相关知识: IP数据报的格式说明IP协议都具有什么功能。 其首部,版本目前广泛使用的版本号为4;首部长度站4bit;服务类型占8bit,其中服务类型TOS子域占4位,优先级子域占3位,另一位为保留位;总长度字段为2B,IP数据包的最大长度是65535B;标识占16bit,它是一个计数器,用来产生数据报的标识;标志占3bit,其中最低为为MF,MF=1时为后面“还有分片”,MF=0表示这是数据报片中的最后一个,DF=0时,表示允许分片;片偏移以8个字节为偏移单位;生存时间字段记为TTL,单位为秒;协议段占8bit,用于指出次数据是使用何种协议,典型的协议号有6: TCP,17: UDP,1: ICMP。 本程序使用套接字socket编程,将网卡设为能够接受流经网卡的所有类型的数据包。 首先,初始化套接字,然后监听数据包,解析数据包。 SOCKETsock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP)用来创建套接字,其参数为通信发生的区字段和套接字的类型。 WSAIoctl(sock,IO_RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof(dwBufferInLen)函数用来把网卡设置为混杂模式。 recv(sock,buffer,65535,0)函数用来接收经过的IP包,其参数分别是套接字描述符,缓冲区的地址,缓冲区的大小。 typedefstructIP_HEAD { }}ip_head;用来定义IP头部数据。 setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(char*)函数用来获取本机IP地址 htons()函数将无符号短整型转换为网络字节顺序的数据 本程序在windows环境下利用C++语言编写。 实验设计分析: 为了获取网络中的IP数据包,必须对网卡进行编程,我们使用套接字进行编程。 •使用套接字 • 接收数据包 •定义IP头部的数据结构 •IP包的解析 程序流程图: 具体程序代码: #include #include #include #include #include #pragmacomment(lib,"ws2_32")//指定连接到网络应用和internet #defineIO_RCVALL_WSAIOW(IOC_VENDOR,1) typedefstructIP_HEAD { union//定义联合 { unsignedcharVersion; unsignedcharHeadLen; }; unsignedcharServiceType; unsignedshortTotalLen; unsignedshortIdentifier; union { unsignedshortFlags; unsignedshortFragOffset; }; unsignedcharTimeToLive; unsignedcharProtocol; unsignedshortHeadChecksum; unsignedintSourceAddr; unsignedintDestinAddr; unsignedcharOptions; }ip_head;//定义IP头部的数据结构 voidmain(intargc,char*argv[]) { usingnamespacestd; ofstreamoutfile("C: \\logfile.txt",ios: : out); if(argc! =2) { cout< PackParsepacket_sum"< return; } WSADATAWSAData; if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&WSAData)! =0) { cout< return; } SOCKETsock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP);//三个参分别为通信发生的区字段,套接字的类型,与IP协议 if(sock==INVALID_SOCKET) { cout< "< closesocket(sock); WSACleanup(); } BOOLflag=TRUE; if(setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(char*)&flag,sizeof(flag))==SOCKET_ERROR) { cout< "< closesocket(sock); WSACleanup(); } charhostName[128];//获取主机名 if(gethostname(hostName,100)==SOCKET_ERROR) { cout< "< closesocket(sock); WSACleanup(); } hostent*pHostIP;//获取本地IP if((pHostIP=gethostbyname(hostName))==NULL) { cout< "< closesocket(sock); WSACleanup(); } sockaddr_inhost_addr;// host_addr.sin_family=AF_INET; host_addr.sin_port=htons(6000); host_addr.sin_addr=*(in_addr*)pHostIP->h_addr_list[0]; if(bind(sock,(PSOCKADDR)&host_addr,sizeof(host_addr))==SOCKET_ERROR) { cout< "< closesocket(sock);//绑定网卡 WSACleanup(); } DWORDdwBufferLen[10]; DWORDdwBufferInLen=1; DWORDdwBytesReturned=0; if(WSAIoctl(sock,IO_RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof(dwBufferInLen),&dwBufferLen,sizeof(dwBufferLen),&dwBytesReturned,NULL,NULL)==SOCKET_ERROR) { cout< "< closesocket(sock);//将网卡设为混杂模式,以接受所有数据 WSACleanup(); } cout< "< charbuffer[65535];//设置缓冲区 intpacksum=atoi(argv[1]);//字符串转换为整形 for(inti=0;i { if(recv(sock,buffer,65535,0)>0)//四个参数分别是套接字描述符,缓冲区的地址,缓冲区大小,附加标志 { ip_headip=*(ip_head*)buffer; cout<<"-----------------------"< cout<<"版本: "<<(ip.Version>>4)< cout<<"头部长度: "<<((ip.HeadLen&0x0f)*4)< cout<服务类型: Priority"<<(ip.ServiceType>>5)<<",Service"<<((ip.ServiceType>>1)&0x0f)< cout<<"总长度: "< cout<<"标识符: "< cout<<"标志位: "<<((ip.Flags>>15)&0x01)<<",DF="<<((ip.Flags>>14)&0x01)<<",Mf="<<((ip.Flags>>13)&0x01)< cout<<"片偏移: "<<(ip.FragOffset&0x1fff)< cout<<"生存周期: "<<(int)ip.TimeToLive< cout<<"协议: Protocol"<<(int)ip.Protocol< cout<<"头部校验和: "< cout<<"原地址: "< cout<<"目的IP地址: "< outfile<<"-----------------------"< outfile<<"版本: "<<(ip.Version>>4)< outfile<<"头部长度: "<<((ip.HeadLen&0x0f)*4)< outfile<<"服务类型: Priority"<<(ip.ServiceType>>5)<<",Service"<<((ip.ServiceType>>1)&0x0f)< outfile<<"总长度: "< outfile<<"标识符: "< outfile<<"标志位: "<<((ip.Flags>>15)&0x01)<<",DF="<<((ip.Flags>>14)&0x01)<<",Mf="<<((ip.Flags>>13)&0x01)< outfile<<"片偏移: "<<(ip.FragOffset&0x1fff)< outfile<<"生存周期: "<<(int)ip.TimeToLive< outfile<<"协议: Protocol"<<(int)ip.Protocol< outfile<<"头部校验和: "< outfile<<"原地址: "< outfile<<"目的IP地址: "< } } closesocket(sock); WSACleanup(); } 程序运行结果: 程序编译运行后: 以命令行形式运行程序ipparse: 同时在程序所在的文件夹中生成了名为logfile的txt文件,里面记录了上面显示的内容。 试验小结: IP数据报的格式说明了IP协议都具有什么功能,因为完全不知道如何使用套接字socket()函,查阅了相关资料,了解了IP数据报的各种位与协议的概念和意义,通过解析IP数据包这个实验,基本掌握了用套接字编程来实现获取并解析IP数据包的方法。 实验三发送TCP数据包 实验目的: •设计一个发送TCP数据包的程序,并根据本设计说明TCP数据包的结构以及TCP协议与IP协议的关系,使大家对TCP协议的工作原理有更深入的认识。 • 实验要求: 本程序的功能是填充一个TCP数据包,并发送给目的主机。 •以命令行形式运行: SendTCPsource_ipsource_portdest_ipdest_port 其中SendTCP为程序名;source_ip为源IP地址;source_port为源端口
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