1、課 程 設(shè) 計 課程名稱題目名稱學生學院專業(yè)班級學 號學生姓名指導教師2015 年 12月 28日目錄一、課程設(shè)計目的與意義二、課程設(shè)計的要求三、設(shè)計說明3.1、設(shè)計思路3.2、設(shè)計方案3.3、運行環(huán)境3.4、設(shè)計重點四、詳細設(shè)計 4.1、主程序流程圖 4.2、校驗和函數(shù)、釋放資源函數(shù)流程圖 4.3、ICMP報首部函數(shù)流程圖五、程序的結(jié)果與分析六、課程設(shè)計心得體會附錄一：參考文獻附錄二：程序源代碼一、 課程設(shè)計的目的與意義利用ICMP數(shù)據(jù)包、C語言實現(xiàn)Ping命令程序，能實現(xiàn)基本的Ping操作，發(fā)送ICMP回顯請求報文，用于測試個主機到只一個主機之間的連通情況。通過本程序的訓練，熟悉ICMP報

2、文結(jié)構(gòu)，對ICMP有更深的理解，掌握Ping程序的設(shè)計方法，掌握網(wǎng)絡(luò)編程的方法和技巧，從而編寫出功能更強大的程序。二、課程設(shè)計的要求1.已知參數(shù)：目的節(jié)點IP地址或主機名2.設(shè)計要求：通過原始套接字編程，實現(xiàn)Ping的基本功能2.1初始化Windows Sockets網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；2.2解析命令行參數(shù)，構(gòu)造目的端socket地址；2.3定義IP、ICMP報文；2.4接收ICMP差錯報文并進行解析。三、設(shè)計說明1設(shè)計思路由于Ping程序是面向用戶的應用程序，該程序使用ICMP的封裝機制，通過IP協(xié)議來工作。為了實現(xiàn)直接對IP和ICMP包進行操作，實驗中使用RAW模式的socket編程。首先定義IP數(shù)

3、據(jù)報首部，在IP數(shù)據(jù)報的基礎(chǔ)上定義ICMP數(shù)據(jù)報首部，并初始化一些全局變量。接著自定義填充ICMP數(shù)據(jù)報字段函數(shù)FillICMPData()、校驗和函數(shù)checksum()、解讀ICMP報首部函數(shù)DecodeICMPHeader()、釋放資源函Cleanup()。最后主函數(shù)通過調(diào)用這些函數(shù)來實現(xiàn)Ping命令功能。2. 設(shè)計方案IP頭與ICMP頭的設(shè)置分別參照RFC791及RFC792的標準，包含所有必要信息。主程序設(shè)置main（）函數(shù)，主函數(shù)用庫函數(shù)實現(xiàn)套接字編程用于數(shù)據(jù)包發(fā)送及接收，其中，數(shù)據(jù)包發(fā)送調(diào)用sendto()，數(shù)據(jù)包接收調(diào)用recvfrom( )，由于發(fā)送數(shù)據(jù)包時可能會遇到阻塞或者

4、目標主機不通，造成超時，因此需要在發(fā)送數(shù)據(jù)包后調(diào)用一個函數(shù)判斷是否超時，此處調(diào)用庫函數(shù)setsockopt（）來實現(xiàn)超時判斷；其次，校驗和函數(shù)采用移位方法進行計算。3. 系統(tǒng)運行環(huán)境：VC+ 6.0， Window 7操作系統(tǒng)平臺4. 設(shè)計中的重點首先遇到的問題就是套接字文件的問題。套接字所需要的文件有頭文件Winsocket2.h、庫文件WS2_32.LIB、動態(tài)庫W32_32.DLL。創(chuàng)建套接字的時候參數(shù)的以及在創(chuàng)建套接字之前必須首先使用WSAStartup函數(shù)、在使用完套接字之后要釋放內(nèi)存資源，關(guān)閉套接字這些問題都是以前未接觸過的。所以在寫程序的時候需要查閱大量的資料，弄懂這些問題。其次

5、，在套接字問題解決之后，遇到的難題，也是比較重要的問題就是如何實現(xiàn)ICMP報文的發(fā)送和接受，以及怎樣判斷發(fā)送、接收超時或者找不到目的主機。最后在程序調(diào)試的時候總是出現(xiàn)這樣或那樣的錯誤，比如頭文件錯誤、動態(tài)庫無法導入、編輯器環(huán)境不匹配等。四、詳細設(shè)計 1、本程序主要是通過main()函數(shù)調(diào)用自定義函數(shù)以及其本身的一些功能，例如：打開socket動態(tài)庫、設(shè)置接收和發(fā)送超時值、域名地址解析、分配內(nèi)存、創(chuàng)建及初始化ICMP報文、發(fā)送ICMP請求報文、接收ICMP 應答報文以及解讀應答報文和輸出Ping結(jié)果。程序流程圖如下：開始 定義及初始化各個全局變量判斷WSAStartup函數(shù)是否調(diào)用成功 否 輸出

6、調(diào)用失敗 是創(chuàng)建套接字以及設(shè)置socket接收超時，發(fā)送超時選項輸入PING的IP地址解析輸入內(nèi)容，設(shè)置PING參數(shù)創(chuàng)建及填充ICMP數(shù)據(jù)報文判斷輸入的ip地址沒有-t并且已發(fā)四次 是Break 否 清除殘余 否發(fā)送，接收以及解析數(shù)據(jù)包結(jié)束輸出PIING結(jié)果2、校驗和函數(shù)、釋放資源函數(shù)流程圖如下：cleanup開始Checksu開始 if (m_hSocket != INVALID_SOCKE定義初始化cksum(size > 1) 是關(guān)閉套接字 否 是 否定cksum及size大小釋放占用資源清除ICMP包數(shù)據(jù)以及接受緩沖區(qū)if (size)WSACleanup(); 是cksum+=

7、*(UCHAR*)buffer; 否 結(jié)束計算校驗cksum，獲得結(jié)果結(jié)束3、ICMP報首部函數(shù)流程圖如下：DecodeICMPHeader定義相關(guān)變量以及初始化tick = GetTickCount()我們所要的回應報文輸出不是我們所要tick0icmpcount=tick -icmphdr->timestamp結(jié)束判斷時間是否小于1msprintf("Reply from %s: dytes=%d time=%d icmp_seq = %dn",inet_ntoa(from->sin_addr)printf("Reply from %s: dyte

8、s=%d time<1ms icmp_seq = %dn",inet_ntoa(from->sin_addr)icmpcount+結(jié)束五、程序的結(jié)構(gòu)與分析 運行結(jié)果截圖如下：結(jié)果分析：1、Request timed out（請求超時）(1) 對方已關(guān)機，或者網(wǎng)絡(luò)上根本沒有這個地址：比如在上圖中Ping 14.150.213.222(2)對方與自己不在同一網(wǎng)段內(nèi)，通過路由也無法找到對方，但有時對方確實是存在的，當然不存在也是返回超時的信息。(3)對方確實存在，但設(shè)置了ICMP數(shù)據(jù)包過濾(比如防火墻設(shè)置)。2、Destination host Unreachable（目標不可

9、達）(1)錯誤設(shè)置IP地址六、課程設(shè)計心得體會本次課程設(shè)計較好地實現(xiàn)了要求做到的功能，但同時也遇到不少的困難和挑戰(zhàn)。通過這次設(shè)計，不但加深了對Socket的原始套接字編程的理解，經(jīng)過實現(xiàn)Ping程序，熟悉了IP、ICMP等，掌握TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基本實現(xiàn)方法。也熟悉了Window網(wǎng)絡(luò)編程的技術(shù)。能熟悉地使用套接字進行網(wǎng)絡(luò)通信。熟悉了數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，同時學會了跟同學合作交流完成項目的討論方法和解決問題的能力。學會如果通過討論、交流、找資料來獨立解決所遇到的問題和不懂。更多地鍛煉了獨立解決問題的能力。在編寫過程中，一些基本的常見的函數(shù)不會應用，這使我們小組都發(fā)現(xiàn)自己知識的匱乏，在以后的學習

10、過程中得要好好的努力，多閱讀一些復雜的程序，了解一個基本的函數(shù)，算法和精良的編程思想，更要多動手寫一些有一定難度的程序，我們不應該害怕寫程序出錯，應該大膽地寫出自己的想法，出現(xiàn)錯誤去解決錯誤就能找出自己知識的漏洞和模糊點。我們還可以通過閱讀別人錯誤的程序，試著幫別人查找錯誤，這樣證書技能頭腦中的規(guī)則還能發(fā)現(xiàn)一些初學者一番的錯誤，使自己少走彎路。附錄一：參考文獻【1】 計算機網(wǎng)絡(luò) 謝希仁編著 電子工業(yè)出版社【2】C程序設(shè)計 譚浩強編著 北京清華大學出版社附錄二：程序源代碼及部分注釋#include "stdafx.h"#pragma comment(lib,"ws2

11、_32.lib")#include <winsock2.h>/創(chuàng)建套接字頭文件#include <ws2tcpip.h>#include <stdio.h>/標準輸入輸出函數(shù)#include <stdlib.h>/實用程序庫函數(shù)#include <string.h>#include <windows.h>typedef struct iphdr unsigned int h_len:4; / 頭長度unsigned int version:4; / IP版本 unsigned char service; / 服務

12、類型 unsigned short total_len; / 包的總長度 unsigned short ident; / 包標示身份 unsigned short frag_and_flags; / 標志 unsigned char ttl; / 包生命周期 unsigned char proto; / 協(xié)議類型 unsigned short checksum; / IP 校驗 unsigned int sourceIP; /源IP unsigned int destIP; /目標IP IpHeader;#define ICMP_ECHO 8 /ICMP報文類型，回顯請求 #define IC

13、MP_ECHOREPLY 0 /ICMP報文類型，回顯響應應答#define ICMP_MIN 8 /最小的ICMP數(shù)據(jù)報大小 typedef struct icmphdr BYTE i_type; /ICMP報文類型 BYTE i_code; /該類型中的代碼號 USHORT i_cksum; /校驗和 USHORT i_id; /惟一的標識符 USHORT i_seq; /序列號 ULONG timestamp; /時間戳 IcmpHeader;#define DEF_PACKET_SIZE 32 /默認數(shù)據(jù)報大小#define MAX_PACKET 1024 / 最大的ICMP數(shù)據(jù)報大小

14、 #define MAX_IP_HDR_SIZE 60 / 最大IP頭長度 /初始化全局變量 int datasize=DEF_PACKET_SIZE;char *icmp_data=NULL;char *recvbuf=NULL;SOCKET m_hSocket= INVALID_SOCKET;char *lpdest=NULL;/填充ICMP數(shù)據(jù)報字段函數(shù)void FillICMPData(char *icmp_data, int datasize) IcmpHeader *icmp_hdr = NULL; char *datapart = NULL; icmp_hdr = (IcmpHe

15、ader*)icmp_data; icmp_hdr->i_type = ICMP_ECHO; icmp_hdr->i_code = 0; icmp_hdr->i_id = (USHORT)GetCurrentProcessId();/GetCurrentProcessId()獲取當前進程的標示符(PID) icmp_hdr->i_cksum = 0; icmp_hdr->i_seq = 0; datapart = icmp_data + sizeof(IcmpHeader);/校驗和函數(shù)USHORT checksum(USHORT *buffer, int siz

16、e) unsigned long cksum=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);/解讀ICMP報首部函數(shù)void DecodeICMPHeader(char *buf, int bytes, SOCKADDR_IN *fr

17、om) IpHeader *iphdr = NULL; IcmpHeader *icmphdr = NULL; unsigned short iphdrlen; DWORD tick; static int icmpcount = 0; iphdr = (IpHeader *)buf;/從buf中獲取IP數(shù)據(jù)包頭指針 iphdrlen = iphdr->h_len * 4; tick = GetTickCount(); if (bytes < iphdrlen + ICMP_MIN) printf("Too few bytes from %s rn",inet_

18、ntoa(from->sin_addr); icmphdr = (IcmpHeader*)(buf + iphdrlen);/定位ICMP包頭起始位置 if (icmphdr->i_type != ICMP_ECHOREPLY) printf("nonecho type %d received rn", icmphdr->i_type); if (icmphdr->i_id != (USHORT)GetCurrentProcessId() printf("其他程序的回應報文! t錯誤代碼 %dn", WSAGetLastError

19、(); int tick0;tick0=tick - icmphdr->timestamp;if(tick0<1)printf("Reply from%s: bytes=%d time<1ms icmp_seq =%dn",inet_ntoa(from->sin_addr), bytes, icmphdr->i_seq );else printf("Reply from %s: bytes=%d time=%dms icmp_seq =%dn",inet_ntoa(from->sin_addr), bytes,tick

20、0, icmphdr->i_seq); /釋放資源函數(shù)void Cleanup() if (m_hSocket != INVALID_SOCKET) closesocket(m_hSocket); HeapFree(GetProcessHeap(), 0, recvbuf); HeapFree(GetProcessHeap(), 0, icmp_data); WSACleanup();/主函數(shù)void main()WSADATA wsaData;char a100;printf("ping ");gets(a);lpdest=a;SOCKADDR_IN m_addrD

21、est;/結(jié)構(gòu)體SOCKADDR_IN m_addrFrom;int timeout=1000;USHORT seq_no=0;if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)printf("Sorry, you cannot load socket dll!");m_hSocket = WSASocket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP, NULL, 0,WSA_FLAG_OVERLAPPED);/創(chuàng)建原始套接字，該套接字用于ICMP協(xié)議 if (m_hSocket = INVALID_

22、SOCKET) /如果套接字創(chuàng)建不成功 printf("socket 創(chuàng)建失敗!"); int bread = setsockopt(m_hSocket, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char*)&timeout, sizeof(timeout);/設(shè)置接收的超時值 if(bread = SOCKET_ERROR) printf("設(shè)置socket接收超時選項錯誤!"); timeout = 1000; bread = setsockopt(m_hSocket, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, (char

23、*)&timeout, sizeof(timeout);/設(shè)置發(fā)送的超時值 if (bread = SOCKET_ERROR) printf("設(shè)置socket發(fā)送超時選項錯誤!"); memset(&m_addrDest, 0, sizeof(m_addrDest);/ 用0初始化目的地地址 m_addrDest.sin_family = AF_INET;/設(shè)置地址族，這里表示使用IP地址族 if (m_addrDest.sin_addr.s_addr = inet_addr(lpdest) = INADDR_NONE)/地址轉(zhuǎn)化 struct hoste

24、nt *hp = NULL; if (hp = gethostbyname(lpdest) != NULL) /名字解析，根據(jù)主機名獲取IP地址 memcpy(&(m_addrDest.sin_addr), hp->h_addr, hp->h_length);/將獲取到的IP值賦給目的地地址中的相應字段m_addrDest.sin_family = hp->h_addrtype; /將獲取到的地址族值賦給目的地地址中的相應字段 else printf("不能找到名為 %s 的主機t錯誤代碼 %dn",lpdest, WSAGetLastError(

25、);/獲取不成功exit(0); printf("Pinging %s with 64 bytes of data: nn", inet_ntoa(m_addrDest.sin_addr); /inet_ntoa()將網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換成“.”點隔的字符串格式 datasize += sizeof(IcmpHeader); /數(shù)據(jù)報文大小需要包含ICMP報頭/根據(jù)默認堆句柄，從堆中分配MAX_PACKET內(nèi)存塊，新分配內(nèi)存的內(nèi)容將被初始化為0 icmp_data=(char*)HeapAlloc(GetProcessHeap(),HEAP_ZERO_MEMORY,MAX_PACK

26、ET); recvbuf =(char*) HeapAlloc(GetProcessHeap(), HEAP_ZERO_MEMORY,MAX_PACKET); if (!icmp_data) /如果分配內(nèi)存不成功 printf("堆分配錯誤!"); memset(icmp_data,0,MAX_PACKET);/將已開辟內(nèi)存空間 icmp_data 的首 MAX_PACKET 個字節(jié)的值設(shè)為值 0。 FillICMPData(icmp_data,datasize);/創(chuàng)建ICMP報文， / 開始發(fā)送或接受ICMP包int n

27、Count=0; while(1) int bwrote; if(strstr(a,"-t")=NULL&&nCount+=4) /判斷a字符數(shù)組中是否包含-t參數(shù)并且已發(fā)ICMP包4次 break;/超過指定的記錄條數(shù)則退出 (IcmpHeader*)icmp_data)->i_cksum = 0;/計算校驗和前要把校驗和字段設(shè)置為0 (IcmpHeader*)icmp_data)->timestamp = GetTickCount();/獲取操作系統(tǒng)啟動到現(xiàn)在所經(jīng)過的毫秒數(shù)，設(shè)置時間戳 (IcmpHeader*)icmp_data)->i_seq = seq_no+;/設(shè)置序列號 (IcmpHeader*)icmp_data)->i_cksum = checksum(USHORT*)icmp_data, datasize);/計算校