IP数据报
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2023年3月19日发(作者：荷花生长过程)计算机网络课程设计报告
题目：解析IP数据包
学生姓名：
学号：
专业班级：计算机科学与技术
同组姓名:
指导教师：
设计时间：2015年上学期第17周
指导老师意见：
评定成绩：签名：
日期：2015年7月3日
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一、课程设计的目的和意义
目的：
1、通过解析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。
2、通过接收和解析IP数据包，了解IP数据包的基本结构与IP协议的基本功能。
3、捕获网络中的数据包，解析数据包的内容，将结果显示在标准输出上，并同
时写入日志文件。
意义：
1、为了在本次课程设计过程中，熟悉开发设计的基本流程，从分析任务到确立
整体框架再到确定算法，然后再一步步实现各函数的功能。从中熟悉新的库
函数，并提高编程技巧。
2、我们已经学完了网络层的理论知识，可是对它的理解很粗浅。之前只知道关
于网络层的一些概念性的东西。可是做完设计后，我才从整体上理解了网络层的
框架，明白了网络层的每一个组成部分都是有它特定的功能和意义的，从而对网
络层协议有了更深入的理解。
3、程序设计能直接有效地训练我们的创新思维，培养分析问题、解决问题的能
力。
二、课程设计的内容和要求
根据后面介绍的数据包结构，编写程序的具体要求如下：
1）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。
2）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。
3）当程序接收到键盘输入Ctrl+C时退出
2
三、解析IP数据包设计的相关技术
3.1IP数据包的格式与分析
IP协议把传输层送来的消息组装成IP数据包，并把IP数据传递给数据链路
层。IP协议在TCP/IP协议族中处于核心地位，IP协议制定了统一的IP数据包
格式，以消除各通信子网间的差异，从而为信息发送方和接收方提供了透明的传
输通道。编制本程序前，首先要对IP包的格式有一定的了解。图（1）给出了IP
协议的数据包格式。
IP数据包的第一字段是版本字段，其长度为4位，表示所使用的IP协议的
版本。目前的版本IPV4，版本字段的值为4，本程序主要针对版本值为4的IP
数据包的解析。
报头标长(IHL)字段为4位，它定义了以4B为一个单位的IP包的报头长度。报
头除了选项字段和填充域字段外，其他各字段是定长的。因此，IP数据包的长
度在20-40B之间，是可变的。IP数据包格式如表1所示。
表1IP数据包的格式
（位）
版本报头标长服务类型总长度
标识标志片偏移
生存时间协议头校验和
源IP地址
目的IP地址
任选项（0或多项）填充
数据部分
服务类型字段共8位，用于指示路由器如何处理该数据包。该字段长度由4
位服务类型(TOS)子域和3位优先级(b
7
b
6
b
5
)(precedence)子域组成，1位为保
留位，该字段结构如表（2）所示：
表2服务类型字段结构
b
7
b
6
b
5
b
4
b
3
b
2
b
1
b
0
优先级DTRC0
3
在4位服务类型子域中，b
4
b
3
b
2
b
1
分别表示D（延迟）、T（吞吐量）、R
（可靠性）与（成本）。表（3）列出了服务类型子域的构成。
表3服务类型子域
位数（b
4
b
3
b
2
b
1
）意义
1111安全
1000延迟最小
0100吞吐量最大
0010可靠性最大
0001成本最小
0000普通服务
总长度字段为2B，它定义了以字节为单位的数据包的总长度。IP数据包的
最大长度为216=65535B。标识字段长度为16位，用于识别IP数据包的编号。
每批数据都有一个标识值，用于让目的主机判断新来的数据属于哪个分组。
报头中的标志字段如表（4）所示。标志字段共3位，最高位是0，禁止分片标
志DF字段的值若为1，表示不能对数据包分片；若DF值为0，则表明可以分
片。分片标志MF的值为1，表示接收到的不是最后一个分片；若MF值为0，
表示接收到的是最后一个分片。
表4标志字段的结构
0DFMF
片偏移字段共13位，说明分片在整个数据包中的相对位置。片偏移值是8B
为单位来计数的，因此选择的分片长度应该是8B的整数倍。
生存时间（TTL）字段为8位，用来设置数据包在互联网络的传输过程的寿
命，通常是用一个数据包可以经过的最多的路由器跳步数来限定的。
协议字段为8位，表示使用IP数据包的高层协议类型
头部验和字段为16位，用于存放检查报头错误的校验码。
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3.2程序设计分析
3.2.1网卡设置
为了获取网络中的IP数据包，必须对网卡进行编程，在这里我们使用套接
字(socket)进行编程。但是，在通常情况下，网络通信的套接字程序只能响应与
自己硬件地址相匹配的数据包或是以广播形式发出的数据包。对于其他形式的数
据包，如已到达网络接口，但却不是发送到此地址的数据包，网络接口在骓投递
地址并非自身地址之后将不引起响应，也就是说应用程序无法收取与自己无关的
数据包。我们要想获取网络设备的所有数据包，就是需要将网卡设置为混杂模式。
3.2.2程序设计
本程序主要由三部分构成：初始化原始套接字，反复监听捕获数据包和解析
数据包。下面就结合核心代码对程序的具体实现进行分析，同时使程序流程更加
清晰，去掉了错误检查等保护性代码。
3.2.3接收数据包
在程序中可使用recv()函数接收经过的IP包。该函数有四个参数，第一个
参数接收操作所用的套接字描述符；第二个参数接收缓冲区的地址；第三个参数
接收缓冲区的大小，也就是所要接收的字节数；第四个参数是一个附加标志，如
果对所发送的数据没特殊要求，直接设为0。因为IP数据包的最大长度是
65535B，因此缓冲区的大小不能小于65535B。设置缓冲区后，可利用循环来
反复监听接收IP包，用recv()函数实现接收功能。
3.2.4IP包的解析
解析IP包的字段有两种策略。针对长度为8位、16位和32位的字段(或子
字段)时，可以利用IP-HEADER的成员直接获取。要解析长度不是8位倍数的
字段(或子字段)时，可以利用C语言中的移位以人、及与、或操作完成。
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四、课程设计过程
首先，分析任务，明确该程序需要实现的功能；然后，根据该功能画出相应
的程序流程图；其次，打开VC，用C++语言书写源代码，并且进行调试，直到得
出正确的结果，并对程序的最后运行结果进行截图；最后，完成课程设计报告。
4.1程序流程图如下
图1程序流程图
开始
构造程序运行环境
创建原始接字，并初始化
捕获IP包
解析IP包
解析IP包
结束
Ctrl+C(中断)
N
Y
6
4.2程序运行结果
图2程序的运行方式
图3程序运行结果
4.3结果分析
Version=4,表示版本是IPv4
HdrLen=（Bytes），表示报头字段为20个字节
ServiceType=RoutineNormalservice，表示服务类型为一般服务
数据长度=19968（Bytes），表示数据长度19968字节
数据报ID=4255，表示数据报的标识ID为4255
分段标志DF=0，MF=0，标识数据报可以分片，并且是最后一个分片
分段偏移值=0，表示此分片在整个数据包的相对位置为0
生存期=64（hops）表示生存期为64
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五、课程设计小结
经过一个学期计算机网络的学习，我学习到了基本的理论知识，了解到了网
络协议、网络管理各方面的相关规定和技术，这些知识都为我的课程实践和进一
步的学习打下了坚实的基础。
这次计算机网络课程设计是“解析IP数据包”，通过两次的上机操作，充分
应用了所学的计算机网络和C++的知识，并去图书馆查阅了一些书集和上网搜
索一部分相当资料，粗略设计出该程序。
总体上来说，这次课程设计还是比较成功的，当然，由于学艺不精，在课程设计
的过程也碰到的不少问题。该程序也存在着不少的缺陷，比如并不是所有的数据
包都能捕获，如：IP数据包以外的数据包都抓不到。
通过这次课程设计，我明白了一定要自己上机操作，这样才能真正的学到东
西。书本知识固然重要，但我们更要学会将书本知识应用到实际的工作中。实践
中才会发现错误，也才能改进，才能达到学习的最终目的。
参考文献
[1]谢希仁.计算机网络第六版电子工业出版社
[2]吴功宜胡晓英等.计算机网课程设计北京:机械工业出版社
[3]王春晓赵艳标.计算机网络教程北京:机械工业出版社
[4]兰少华杨余旺吕建勇.TCP/IP网络与协议北京:清华大学出版社
[5]张荛学郭国强计算机网络与Internet教程(第二版)北京:清华大学出版社
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附录代码
#include
#include
#include
#pragmacomment(lib,"ws2_")
//定义IP头部结构
typedefstruct_IP_HEADER
{
union
{
BYTEVersion;//版本（前4位）
BYTEHdrLen;//IP头部长度（后4位）
};
BYTEServiceType;//服务类型
WORDTotalLen;//总长度
WORDID;//标识
union
{
WORDFlags;//标志（前3位）
WORDFragOff;//分段偏移（后13位）
};
BYTETimeToLive;//生命期
BYTEProtocol;//协议
WORDHdrChksum;//头校验和
DWORDSrcAddr;//源地址
DWORDDstAddr;//目的地址
BYTEOptions;//选项
}IP_HEADER;
#defineIO_RCVALL_WSAIOW(IOC_VENDOR,1)
#defineBUFFER_SIZE65535
//解析IP包的版本信息
voidgetVersion(BYTEb,BYTE&version)
{
version=b>>4;
}
//解析IP包的头部长度
voidgetIHL(BYTEb,BYTE&length)
{
length=(b&0x0f)*4;
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}
//解析IP包的服务类型
char*parseServiceType_getProcedence(BYTEb)
{
switch(b>>5)
{
case7:
return"NetworkControl";
break;
case6:
return"InternetworkControl";
break;
case5:
return"CRITIC/ECP";
break;
case4:
return"FlashOverride";
break;
case3:
return"Flash";
break;
case2:
return"Immediate";
break;
case1:
return"Priority";
break;
case0:
return"Routine";
break;
default:
return"Unknown";
}
}
//解析IP包的服务级别
char*parseServiceType_getTOS(BYTEb)
{
b=(b>>1)&0x0f;
switch(b)
{
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case0:
return"Normalservice";
break;
case1:
return"Minimizemonetarycost";
break;
case2:
return"Maximizereliability";
break;
case4:
return"Maximizethoughput";
break;
case8:
return"Minimizedelay";
break;
case15:
return"Maximizesecurity";
break;
default:
return"Unknown";
}
}
//解析IP包的标志位
voidgetFlags(WORDw,BYTE&DF,BYTE&MF)
{
DF=(w>>14)&0x01;
MF=(w>>13)&0x01;
}
//解析IP包的分段偏移
voidgetFragOff(WORDw,WORD&fragOff)
{
fragOff=w&0x1fff;
}
//解析IP包的协议类型
char*getProtocol(BYTEProtocol)
{
switch(Protocol)
{
case1:
return"ICMP";
case2:
return"IGMP";
case4:
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return"IPinIP";
case6:
return"TCP";
case8:
return"EGP";
case17:
return"UDP";
case41:
return"IPv6";
case46:
return"RSVP";
case89:
return"OSPF";
default:
return"UNKNOWN";
}
}
voidipparse(FILE*file,char*buffer)
{
IP_HEADERip=*(IP_HEADER*)buffer;
fseek(file,0,SEEK_END);
fprintf(file,"-----------------------------n");
//解析IP包的版本信息
BYTEversion;
getVersion(n,version);
fprintf(file,"Version:%dn",version);
//解析IP包的头部长度
BYTEheaderLen;
getIHL(,headerLen);
fprintf(file,"HdrLen:%d(Bytes)n",headerLen);
//解析IP包的服务类型与等级
fprintf(file,"ServiceType:%s,%sn",
parseServiceType_getProcedence(eType),
parseServiceType_getTOS(eType));
//解析IP包的总长度
fprintf(file,"TotalLen:%d(Bytes)n",en);
//解析IP包的标识符
fprintf(file,"ID:%dn",);
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//解析IP包的标志位
BYTEDF,MF;
getFlags(,DF,MF);
fprintf(file,"Flags:DF=%d,MF=%dn",DF,MF);
//解析IP包的分段偏移
WORDfragOff;
getFragOff(f,fragOff);
fprintf(file,"FragOff:%dn",fragOff);
//解析IP包的生存期
fprintf(file,"TimeToLive:%d(Hops)n",Live);
//解析IP包的协议类型
fprintf(file,"Protocol:%sn",getProtocol(ol));
//解析IP包的头部校验和
fprintf(file,"HdrChksum:0x%0xn",sum);
//解析IP包的源IP地址
fprintf(file,"SrcAddr:%sn",inet_ntoa(*(in_addr*)&r));
//解析IP包的目的IP地址
fprintf(file,"DstAddr:%sn",inet_ntoa(*(in_addr*)&r));
}
voidmain(intargc,char*argv[])
{
//检查输入命令格式
if(argc!=2)
{
printf("Pleaseinputcommand1:ParseArpoutput_file");
return;
}
//打开输出日志文件
FILE*file;
if((file=fopen(argv[1],"wb+"))==NULL)
{
printf("Failtoopenfile%s",argv[1]);
return;
}
//初始化Socket环境
WSADATAwsData;
if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsData)!=0)
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{
printf("WSAStartupfailed!");
return;
}
//建立原始Socket
SOCKETsock;
if((sock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP))==INVALID_SOCKET)
{
printf("Creatsocketfailed!");
return;
}
//设置IP头部操作选项，flag设置为true
BOOLflag=true;
if(setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(char*)&flag,sizeof(flag))==SOCKE
T_ERROR)
{
printf("Setsockoptfailed!");
return;
}
//获取本地主机名
charhostName[128];
if(gethostname(hostName,100)==SOCKET_ERROR)
{
printf("Gethostnamefailed!");
return;
}
//获取本地主机ip地址
hostent*pHostIP;
if((pHostIP=gethostbyname(hostName))==NULL)
{
printf("Gethostbynamefailed!");
return;
}
//填充SOCKADDR_IN结构
sockaddr_inaddr_in;
addr__addr=*(in_addr*)pHostIP->h_addr_list[0];
addr__family=AF_INET;
addr__port=htons(6000);
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//把原始Socket绑定到本地网卡
if(bind(sock,(PSOCKADDR)&addr_in,sizeof(addr_in))==SOCKET_ERROR)
{
printf("Bindfailed!");
return;
}
//设置SOCK_RAW为SIO_RCVALL,接受所有的ip包
DWORDdwValue=1;
DWORDdwBufferLen[10];
DWORDdwBufferInLen=1;
DWORDdwBytesReturned=0;
if(WSAIoctl(sock,IO_RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof(dwBufferInLen),&dwBuffer
Len,sizeof(dwBufferLen),&dwBytesReturned,NULL,NULL)==SOCKET_ERROR)
{
printf("Ioctlsocketfailed!");
return;
}
//监听经过本机的IP包
charbuffer[BUFFER_SIZE];
printf("Listeningonlocalhost...n");
while(true)
{
intsize=recv(sock,buffer,BUFFER_SIZE,0);
if(size>0)
{
ipparse(stdout,buffer);
ipparse(file,buffer);
}
}
fclose(file);
return;
}