1.课程设计应达到的目的
（1）使学生掌握网络通信协议的基本工作原理；
（2）培养学生基本掌握网络编程的基本思路和方法； （3）能提高学生对所学计算机网络理论知识的理解能力；
（4）能提高和挖掘学生对所学知识的实际应用能力和创新能力； （5）提高学生的科技论文写作能力。
2.课程设计题目及要求
IP数据包捕获与解析的设计。 设计任务：
（1）掌握IP数据包的工作原理与报头设计的相关字段
（2）理解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、分段偏移量、生存时间、上层协议类型、头校验合、源IP地址和目的IP地址等内容。
设计内容：根据IP数据包的标准格式，编写程序捕获IP数据包并进行解析，并将解析后各IP包的头部与数据字段写入输出文件。数据字段的值从捕获的文件中获取。为了获取网络中的IP数据包，可以采用Winsock的数据库查询函数gethostname()和gethostbyname()解决 ，捕获IP数据包并解析IP地址等内容。
3.课程设计思想
IP数据报的格式说明：
IP数据包格式包含了标头固定部分，标头可变部分和数据区三部分。IP数据报标头部分固定为20个字节，其中包含了12个参数域，各参数域隐含着网间协议的传输机制。IP具体的标头格式如图1所示。 各参数域的具体含义如下：
1) 版本号：长度4位，表示所使用的IP协议的版本。IPv4版本号字段值为
4；IPV6版本号字段号的值为6.
2) 标头长：长度4位，定义了一个以4B为一个单位的IP包的报头长度 3) 服务类型：共8位，高3位组成优先级子域，随后4位组成服务类型子
域。
4) 数据报总长度：总长度为2B（即6位）。定义了以字节为单位的数据报的
总长度。
5) 重装标识：长度16位，用于识别IP数据报的编号，让目的主机判断新
来的数据属于哪个分组。
6) 分片标识：共3位，最高位为0；DF禁止分片标识。DF=0，可以分片；
DF=1，不能分片。MF:分片标识。MF=0，表示接的是最后一个分片；MF=1，不是最后一个分片。
7) 片偏移值：共13位，说明分片在整个数据报中的相对位置。
8) 生存周期：8位，用来设置数据数据报在整个网络传输过程中的寿命。常
以一个数据报可以经过的最多的路由器跳步数来控制。 9) 协议类型：共8位，表示该IP数据报的高层协议类型。 10) 标头校验和：共16位，用于存放检查报头错误的校验码。
11) 源、宿主机地址：共32位，分别表示发送和接受数据报的源主机和宿主
机的IP地址。
12) 选项数据域：0-40B，用于控制和测试。 IP数据包的格式为：
4位版本4位首部长度8位服务类型(TOS)3位标志8位协议32位源IP地址32位目的IP地址16位总长度(字节为单位)13位片偏移16位首部检验和16位标识8位生存时间(TTL)
IP数据包的C++定义：
typedef struct _IP { union { BYTE Version; // 版本 BYTE HdrLen;//IHT }; BYTE ServiceType; // 服务类型 WORD TotalLen; // 总长
WORD ID; // 标识 union { WORD Flags; // 标志 WORD FragOff; // 分段偏移 }; BYTE TimeToLive; // 生命期 BYTE Protocol; // 协议 WORD HdrChksum; // 头校验和 DWORD SrcAddr; // 源地址 DWORD DstAddr; // 目的地址 BYTE Options; // 选项 } IP;
套接字的使用：
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。
SOCKET sock=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。
4.课程设计流程图
开始 构造程序运行文件，生成输出文件 创建并初始化原始套接字 设置网卡混杂模式 监听网卡 捕获和解析IP数据报 输出解析信息，并存入文档 No
是否达到需要次数 Yes 结束
五、部分程序设计的分析
1、使用原始套接字
要进行IP层数据包的接收和发送，应使用原始套接字。创建原始套接字的代码如下：
SOCKET sock;
sock=WSASoccket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP,NULL,0, WSA_FLAG_OVERLAPPED);
在WSASoccket函数中，第一个参数指定通信发生的区字段，AF_INET是针对Internet的，允许在远程主机之间通信。第二个参数是套接字的类型，在AF_INET地址族下，有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW三种套接字类型。在这里，设置为SOCK_RAW，表示声明的是一个原始套接字类型。第三个参数依
赖于第二个参数，用于指定套接字所有的特定协议，这里使用IP协议。第四个参数为WSAPROTOCOL_INFO位，该位可以置空。第五个参数保留，永远置0。第六个参数是标志位，WSA_FLAG_OVERLAPPED表明可以使用发送接收超时设置。
创建原始套接字后，IP头就会包含在接收的数据中。然后，可以设置IP头操作选项，调用setsockopt函数。其中flag设置为true，并设定IP_HDRINCL选项，表明用户可以亲自对IP头进行处理。
BOOL flag=true;
setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(CHAR*)&flag,sizeof(flag)); 之后，使用如下代码完成对socket的初始化工作： /*获取主机名*/
char hostName[128];
gethostname(hostName,100); /*获取本地IP地址*/ hostent * pHostIP;
pHostIP = gethostbyname(hostName); /*填充SOCKADDR_IN结构的内容*/ sockaddr_in addr_in;
addr_in.sin_addr = *(in_addr *)pHostIP->h_addr_list[0]; addr_in.sin_family = AF_INET; addr_in.sin_port = htons(6000); /*绑定socket*/
bind(sock,(PSOCKADDR)&addr_in,sizeof(addr_in));
填写sockaddr_in的内容时，其地址值应填写为本机IP地址，本机IP地址可以通过gethostbyname()函数获取；端口号可以随便填写，但不能与系统冲突；协议族应填为AF_INET。使用htons()函数可以将无符号短整型的主机数据转换为网络字节顺序的数据。最后使用bind(0函数将socket绑定到本机网卡上。
绑定网卡后，需要用WSAIoctl()函数把网卡设置为混杂模式，使网卡能够接收所有网络数据，其关键代码如下：
#define SIO_RCVALL_WSAIOW(IOC_VENDOR,1) DWORD dwBufferLen[10]; DWORD dwBufferInLen = 1; DWORD dwBytesReturned = 0; WSAIoct1(SnifferSocket,
IO_RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof(dwBufferInLen),&dwBufferLen,sizeof(dwBufferLen),&dwBytesReturned,NULL,NULL);
如果接收的数据包中的协议类型和定义的原始套接字匹配，那么接收到的数据就拷贝到套接字中。因此，网卡就可以接收所有经过的IP包。
2、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()函数实现接收功能的代码如下：