計算機網絡課程設計--數(shù)據包發(fā)送和接受程序的實現(xiàn)

1、<p>　　《計算機網絡》課程設計</p><p>　　題 目 數(shù)據包發(fā)送和接受程序的實現(xiàn) </p><p>　　學 院 計算機學院 </p><p>　　2012年12月21日</p><p>　　數(shù)據包發(fā)送和接受程序的實現(xiàn)</p><p><b>　　一、設計題

2、目與要求</b></p><p><b>　　1.設計題目</b></p><p><b>　　發(fā)送TCP數(shù)據包</b></p><p><b>　　2.設計要求</b></p><p>　　本設計的功能是填充一個TCP數(shù)據包，并發(fā)送給目的主機。</p>

3、<p>　　1）以命令行形式運行：SendTCP source_ip source_port dest_ip dest_port，其中SendTCP是程序名，source_ip為源端IP地址，source_port為源端口號，dest_ip為目的地址，dest_port為目的端口號。</p><p>　　2）其他的TCP頭部參數(shù)請自行設定。</p><p>　　3）數(shù)據字段為

4、“This is my homework of network,I am happy!”。</p><p>　　4）成功發(fā)送后在屏幕上輸出“send OK”。</p><p><b>　　三、詳細設計</b></p><p>　　本課程設計的目標是發(fā)送一個TCP數(shù)據包，可以利用原始套接字來完成這個工作。整個程序由初始化原始套接字和發(fā)送TCP數(shù)據

5、包兩個部分組成。</p><p>　　當應用進程需要通過TCP發(fā)送時，它就將此應用層報文傳送給執(zhí)行TCP協(xié)議的傳輸實體。TCP傳輸實體將用戶數(shù)據加上TCP報頭，形成TCP數(shù)據包，在TCP數(shù)據包上增加IP頭部，形成IP包。如圖-1顯示的是TCP數(shù)據包和IP包得關系。TCP協(xié)議的數(shù)據傳輸單位稱為報文段，其格式如圖-2所示。報文段報頭的長度是20B~60B,選項部分長度最多為40B。TCP報文段主要包括以下字段。<

6、;/p><p>　　端口號：端口號字段包括源端口號和目的端口號。每個端口號的長度是16位，分別表示發(fā)送該TCP包的應用進程的端口號和接收該TCP包的應用進程的端口號。</p><p>　　圖-1 TCP數(shù)據包加上IP報頭形成IP包</p><p>　　序號：長度為32位。由于TCP協(xié)議是面向數(shù)據流的，它所傳送的報文段可以視為連續(xù)的數(shù)據流，因此需要給每一字節(jié)編號。序號字

7、段的“序號”指的是本報文段數(shù)據的第一個字節(jié)的序號。</p><p>　　確認號：該字段的長度為32位，它表示接收端希望接收下一個TCP包的第一個字節(jié)的序號。</p><p>　　報文長度：該字段長度為4位。TCP報文長度是以4B為一個單元來計算的，實際上報文長度在20B~60B之間。因此這個字段的值在5~15之間。</p><p>　　圖-2 TCP數(shù)據包頭部的格式

8、</p><p>　　保留：長度為6位，留做今后使用，目前全部置0.</p><p>　　控制：這個字段定義了6種不同的標志，每一個標志占一位，在同一時間可以設置一位或多位。URG位為1時，表明應盡快把數(shù)據傳送給應用程序，否則表明允許數(shù)據在緩存中存放一段時間。RST位為1時，表明要強制切斷連接。SYN位為1時，表明有確立連接的請求，這時，把序號字段的初始值作為序號字段的值，以便開始通信。F

9、IN位為1時，表明發(fā)送放已經沒有數(shù)據發(fā)送了。</p><p>　　窗口大?。洪L度為16位，指向必須緊急處理的數(shù)據的位置，因此最多能夠傳送的數(shù)據為65535B。</p><p>　　緊急指針：該字段長度為16，指向必需緊急處理的位置，只有當標志URG=1時緊急指針才生效。從TCP報頭后面的報文數(shù)據開始，到緊急指針所指出長度的數(shù)據，就是必須緊急處理的數(shù)據。</p><p&g

10、t;　　選項： 該字段可以多達40B，包括單字節(jié)選項和多字節(jié)選項。</p><p>　　校驗和：該字段長度為16位，校驗和的校驗范圍包括偽頭部，TCP報頭以及應用層來的數(shù)據。其計算方法與IP協(xié)議頭部校驗和的計算方法一樣。偽頭部為12B，它本身并不是TCP數(shù)據包的真頭部，只是在計算校驗和時，臨時和TCP數(shù)據包連接在一起。偽頭部的格式如圖-3所示</p><p>　　0

11、 8 16 24 31</p><p>　　創(chuàng)建一個原始套接字，并設置IP頭選項</p><p>　　SOCKET sock; sock = socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP); 或者： sock=WSASoccket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_I

12、P,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED); 這里，設置了SOCK_RAW標志，表示我們聲明的是一個原始套接字類型。</p><p>　　為使用發(fā)送接收超時設置,必須將標志位置位置為WSA_FLAG_OVERLAPPED。在本課程設計中，發(fā)送TCP包時隱藏了自己的IP地址，因此我們要自己填充IP頭，設置IP頭操作選項。其中flag設置為ture，并設定 IP_HDRINCL 選項，表明自己來構

13、造IP頭。setsockopt(sock, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, (char *)&Flag, sizeof(Flag));</p><p>　　int timeout=1000；</p><p>　　setsockopt(sock, SOL_SOCKET,SO_SNDTIMEO,(char*)&timeout, sizeof(timeout))

14、;</p><p>　　在這里我們使用基本套接字SOL_SOCKET，設置SO_SNDTIMEO表示使用發(fā)送超時設置，超時時間設置為1000ms。</p><p>　　構造IP頭和TCP頭</p><p>　　這里， IP頭和TCP頭以及TCP偽部的構造請參考下面它們的數(shù)據結構。</p><p>　　typedef struct _iphdr

15、 //定義IP首部 </p><p>　　{ UCHAR h_lenver; //4位首部長度+4位IP版本號 UCHAR tos; //8位服務類型TOS USHORT total_len; //16位總長度（字節(jié)） USHORT ident; //16位標識 USHORT frag_and_flags; //3位標志位 UCHAR t

16、tl; //8位生存時間 TTL UCHAR proto; //8位協(xié)議 (TCP, UDP 或其他) USHORT checksum; //16位IP首部校驗和 ULONG sourceIP; //32位源IP地址 ULONG destIP; //32位目的IP地址 </p><p>　　}IP_HEADER; </p>&l

17、t;p>　　typedef struct psd_hdr //定義TCP偽首部 </p><p>　　{ ULONG saddr; //源地址 ULONG daddr; //目的地址 UCHAR mbz; //沒用UCHAR ptcl; //協(xié)議類型 USHORT tcpl; //TCP長度 </p><p&

18、gt;　　}PSD_HEADER; </p><p>　　typedef struct _tcphdr //定義TCP首部 </p><p>　　{ USHORT th_sport; //16位源端口 USHORT th_dport; //16位目的端口 ULONG th_seq; //32位序列號 ULONG th_ack;

19、 //32位確認號 UCHAR th_lenres; //4位首部長度/6位保留字 UCHAR th_flag; //6位標志位 USHORT th_win; //16位窗口大小 USHORT th_sum; //16位校驗和 USHORT th_urp; //16位緊急數(shù)據偏移量 </p><p>　　}TCP_HEADER; </p>&l

20、t;p>　　3.計算校驗和的子函數(shù)</p><p>　　在填充數(shù)據包的過程中，需要調用計算校驗和的函數(shù)checksum兩次，分別用于校驗IP頭和TCP頭部（加上偽頭部），其實現(xiàn)代碼如下：</p><p>　　USHORT checksum(USHORT *buffer, int size) </p><p>　　{ unsigned long cksum=0

21、; while(size >1) { cksum+=*buffer++; size -=sizeof(USHORT); } if(size ) { cksum += *(UCHAR*)buffer; } cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff); cksum += (cksum >>16); return (USHORT)(~ck

22、sum);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　4.流程圖</b></p><p><b>　　調試分析</b></p><p>　　本程序流程簡單，調試過程中沒有出現(xiàn)大的問題。</p><p>　　調試過程中沒有出現(xiàn)重大

23、的語法錯誤，主要是運行的結果不理想，和預期的結果有差距。填充數(shù)據包的程序部分是不容易出錯的。至于數(shù)據包的發(fā)送，由于是利用函數(shù)sendto()來實現(xiàn)的，而sendto()是面向UDP的,將協(xié)議類型修改為UDP(Header.proto=IPPROTO_UDP;)后，調試運行成功，問題得到解決。</p><p><b>　　調試時，要添加</b></p><p>　　#i

24、nclude <winsock2.h> </p><p>　　#include <ws2tcpip.h> </p><p>　　#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")</p><p><b>　　不然編譯出錯。</b></p><p><b&g

25、t;　　使用說明</b></p><p>　　輸入:sendtcp 192.168.1.123 100 192.168.1.124 200 ，然后回車，出現(xiàn)send ok！表示已經正確發(fā)送。</p><p><b>　　源代碼</b></p><p>　　#include <stdio.h> </p>&l

26、t;p>　　#include <winsock2.h> </p><p>　　#include <ws2tcpip.h> </p><p>　　#include <time.h></p><p>　　#include <windows.h></p><p>　　#include <s

27、tring.h></p><p>　　#include <stdlib.h></p><p>　　#include <iostream.h></p><p>　　#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")</p><p>　　#define IPVER 4

28、 //IP協(xié)議預定</p><p>　　#define MAX_BUFF_LEN 65500 //發(fā)送緩沖區(qū)最大值</p><p>　　typedef struct ip_hdr //定義IP首部 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　UCHAR h_verlen;

29、 //4位首部長度,4位IP版本號 </p><p>　　UCHAR tos; //8位服務類型TOS </p><p>　　USHORT total_len; //16位總長度（字節(jié)） </p><p>　　USHORT ident; //16位標識 </p><p>

30、;　　USHORT frag_and_flags; //3位標志位 </p><p>　　UCHAR ttl; //8位生存時間 TTL </p><p>　　UCHAR proto; //8位協(xié)議 (TCP, UDP 或其他) </p><p>　　USHORT checksum; //16位

31、IP首部校驗和 </p><p>　　ULONG sourceIP; //32位源IP地址 </p><p>　　ULONG destIP; //32位目的IP地址 </p><p>　　}IP_HEADER; </p><p>　　typedef struct tsd_hdr //定義TCP偽首部

32、 </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　ULONG saddr; //源地址</p><p>　　ULONG daddr; //目的地址 </p><p>　　UCHAR mbz; //</p><p>　　UCHAR ptcl;

33、//協(xié)議類型 </p><p>　　USHORT tcpl; //TCP長度 </p><p>　　}PSD_HEADER; </p><p>　　typedef struct tcp_hdr //定義TCP首部 </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　USHORT

34、th_sport; //16位源端口 </p><p>　　USHORT th_dport; //16位目的端口 </p><p>　　ULONG th_seq; //32位序列號 </p><p>　　ULONG th_ack; //32位確認號 </p&

35、gt;<p>　　UCHAR th_lenres; //4位首部長度/6位保留字 </p><p>　　UCHAR th_flag; //6位標志位 </p><p>　　USHORT th_win; //16位窗口大小 </p><p>　　USHORT th_sum;

36、 //16位校驗和 </p><p>　　USHORT th_urp; //16位緊急數(shù)據偏移量 </p><p>　　}TCP_HEADER; </p><p>　　//CheckSum:計算校驗和的子函數(shù) </p><p>　　USHORT checksum(USHORT *bu

37、ffer, int size) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　unsigned long cksum=0; </p><p>　　while(size >1) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　cksum+

38、=*buffer++; </p><p>　　size -=sizeof(USHORT); </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　if(size) </b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　

39、cksum += *(UCHAR*)buffer; </p><p><b>　　} </b></p><p>　　cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff); </p><p>　　cksum += (cksum >>16); </p><p>　　

40、return (USHORT)(~cksum); </p><p><b>　　} </b></p><p>　　int main(int argc, char* argv[]) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　WSADATA WSAData; </p>

41、<p>　　SOCKET sock; </p><p>　　IP_HEADER ipHeader; </p><p>　　TCP_HEADER tcpHeader; </p><p>　　PSD_HEADER psdHeader; </p><p>　　char Sendto_Buff[MAX_BUFF_LEN]; //發(fā)送緩沖

42、區(qū)</p><p>　　unsigned short check_Buff[MAX_BUFF_LEN]; //檢驗和緩沖區(qū)</p><p>　　const char tcp_send_data[]={"This is my homework of networt,I am happy!"};</p><p>　　BOOL flag; </p

43、><p>　　int rect,nTimeOver; </p><p>　　if (argc!= 5) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　printf("Useage: sendtcp soruce_ip source_port dest_ip dest_port \n");

44、</p><p>　　return false; </p><p><b>　　} </b></p><p>　　if (WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &WSAData)!=0) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　p

45、rintf("WSAStartup Error!\n"); </p><p>　　return false; </p><p><b>　　} </b></p><p>　　if((sock=WSASocket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_RAW,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED))

46、==INVALID_SOCKET) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　printf("Socket Setup Error!\n"); </p><p>　　return false; </p><p><b>　　} </b></p>

47、<p>　　flag=true; </p><p>　　//設置選項值 IP_HDRINCL為要設置的選項值</p><p>　　if(setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(char*)&flag,sizeof(flag))==SOCKET_ERROR) </p><p><b>　　{ <

48、;/b></p><p>　　printf("setsockopt IP_HDRINCL error!\n"); </p><p>　　return false; </p><p><b>　　} </b></p><p>　　nTimeOver=1000; </p><p&

49、gt;　　//設置選項值 SO_SNDTIMEO為要設置的選項值</p><p>　　if (setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, (char*)&nTimeOver, sizeof(nTimeOver))==SOCKET_ERROR) </p><p><b>　　{ </b></p><p

50、>　　printf("setsockopt SO_SNDTIMEO error!\n"); </p><p>　　return false; </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　//填充IP首部 </b></p><p>　　ipHead

51、er.h_verlen=(IPVER<<4 | sizeof(ipHeader)/sizeof(unsigned long)); </p><p>　　ipHeader.tos=(UCHAR)0; </p><p>　　ipHeader.total_len=htons((unsigned short)sizeof(ipHeader)+sizeof(tcpHeader)+size

52、of(tcp_send_data)); </p><p>　　ipHeader.ident=0; //16位標識</p><p>　　ipHeader.frag_and_flags=0; //3位標志位</p><p>　　ipHeader.ttl=128; //8位生存時間 </p><p>　　ipHeader.proto=I

53、PPROTO_UDP; //協(xié)議類型</p><p>　　ipHeader.checksum=0; //檢驗和暫時為0</p><p>　　ipHeader.sourceIP=inet_addr(argv[1]); //32位源IP地址</p><p>　　ipHeader.destIP=inet_addr(argv[3]); //32位目的IP地址<

54、/p><p>　　//計算IP頭部檢驗和</p><p>　　memset(check_Buff,0,MAX_BUFF_LEN);</p><p>　　memcpy(check_Buff,&ipHeader,sizeof(IP_HEADER));</p><p>　　ipHeader.checksum=checksum(check_Buf

55、f,sizeof(IP_HEADER));</p><p>　　//構造TCP偽首部</p><p>　　psdHeader.saddr=ipHeader.sourceIP;</p><p>　　psdHeader.daddr=ipHeader.destIP;</p><p>　　psdHeader.mbz=0;</p><

56、;p>　　psdHeader.ptcl=ipHeader.proto;</p><p>　　psdHeader.tcpl=htons(sizeof(TCP_HEADER)+sizeof(tcp_send_data));</p><p>　　//填充TCP首部 </p><p>　　tcpHeader.th_dport=htons(atoi(argv[4]));

57、 //16位目的端口號</p><p>　　tcpHeader.th_sport=htons(atoi(argv[2])); //16位源端口號 </p><p>　　tcpHeader.th_seq=0; //SYN序列號</p><p>　　tcpHeader.th_ack=0;

58、 //ACK序列號置為0</p><p>　　//TCP長度和保留位</p><p>　　tcpHeader.th_lenres=(sizeof(tcpHeader)/sizeof(unsigned long)<<4|0); </p><p>　　tcpHeader.th_flag=2; //修改這里來實現(xiàn)不同的標志位探測，2是SYN，1是/

59、/FIN，16是ACK探測 等等 </p><p>　　tcpHeader.th_win=htons((unsigned short)16384); //窗口大小</p><p>　　tcpHeader.th_urp=0; //偏移大小 </p><p>　　tcpHeader.th_sum=0;

60、 //檢驗和暫時填為0</p><p>　　//計算TCP校驗和 </p><p>　　memset(check_Buff,0,MAX_BUFF_LEN);</p><p>　　memcpy(check_Buff,&psdHeader,sizeof(psdHeader)); </p><

61、p>　　memcpy(check_Buff+sizeof(psdHeader),&tcpHeader,sizeof(tcpHeader)); </p><p>　　memcpy(check_Buff+sizeof(PSD_HEADER)+sizeof(TCP_HEADER),tcp_send_data,sizeof(tcp_send_data));</p><p>　　tcp

62、Header.th_sum=checksum(check_Buff,sizeof(PSD_HEADER)+sizeof(TCP_HEADER)+sizeof(tcp_send_data)); </p><p><b>　　//填充發(fā)送緩沖區(qū)</b></p><p>　　memset(Sendto_Buff,0,MAX_BUFF_LEN);</p><

63、;p>　　memcpy(Sendto_Buff,&ipHeader,sizeof(IP_HEADER));</p><p>　　memcpy(Sendto_Buff+sizeof(IP_HEADER),&tcpHeader,sizeof(TCP_HEADER));</p><p>　　memcpy(Sendto_Buff+sizeof(IP_HEADER)+sizeo

64、f(TCP_HEADER),tcp_send_data,sizeof(tcp_send_data));</p><p>　　int datasize=sizeof(IP_HEADER)+sizeof(TCP_HEADER)+sizeof(tcp_send_data);</p><p>　　//發(fā)送數(shù)據報的目的地址</p><p>　　SOCKADDR_IN dest

65、; </p><p>　　memset(&dest,0,sizeof(dest));</p><p>　　dest.sin_family=AF_INET; </p><p>　　dest.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[3]); </p><p>　　dest.sin_port=htons(atoi

66、(argv[4]));</p><p>　　rect=sendto(sock,Sendto_Buff,datasize, 0,(struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest)); </p><p>　　if (rect==SOCKET_ERROR) </p><p><b>　　{ </b></p>

67、;<p>　　printf("send error!:%d\n",WSAGetLastError()); </p><p>　　return false; </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　else </b></p><p>