IP數(shù)據(jù)包流量統(tǒng)計(共21頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 IP數(shù)據(jù)報流量統(tǒng)計 學生姓名： 指導老師： 摘 要 本課程設計主要是編制程序，監(jiān)控網(wǎng)絡，捕獲一段時間內(nèi)網(wǎng)絡上的IP數(shù)據(jù)包，按IP數(shù)據(jù)包的源地址統(tǒng)計出該源地址在該時間段內(nèi)發(fā)出的IP包的個數(shù)，將其寫入日志文件中或用圖形表示出來。程序中會用到Winpcap，它主要功能在于獨立于主機協(xié)議發(fā)送和接收原始數(shù)據(jù)報。本次課程設計中用VC+實現(xiàn)基于Winpcap的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的捕獲和統(tǒng)計，基于Winpcap的應用程序?qū)⒏鶕?jù)獲取網(wǎng)絡設備列表；選擇網(wǎng)卡并打開；設置過濾器；捕獲數(shù)據(jù)包或者發(fā)送數(shù)據(jù)包；列出網(wǎng)卡列表，讓用戶選擇可用的網(wǎng)卡的步驟進行編寫，同時對于TCP/IP協(xié)議以及IP數(shù)據(jù)抱的格式

2、有了進一步的了解和掌握。通過編寫程序從而實現(xiàn)對網(wǎng)絡中IP數(shù)據(jù)包流量的統(tǒng)計。關鍵詞 IP數(shù)據(jù)包；流量統(tǒng)計；Winpcap；VC+ 1 引 言隨著Internet技術的發(fā)展，基于IP協(xié)議的應用成為網(wǎng)絡技術研究與軟件開發(fā)的一個重要基礎，因此學習網(wǎng)絡層以基本概念，了解IP協(xié)議的基本內(nèi)容，對于掌握TCP/IP協(xié)議的主要內(nèi)容和網(wǎng)絡課程的學習是十分重要的，通過本次課程設計，有助于熟悉IP數(shù)據(jù)包格式并加深對IP協(xié)議的理解。1.1 課程設計目的本次課程設計主要是通過用VC+編程實現(xiàn)對網(wǎng)絡中IP數(shù)據(jù)包流量的統(tǒng)計，實際上是編制程序，監(jiān)控網(wǎng)絡，捕獲一段時間內(nèi)網(wǎng)絡上的IP數(shù)據(jù)包，按IP數(shù)據(jù)包的源地址統(tǒng)計出該源地址在該時

3、間段內(nèi)發(fā)出的IP包的個數(shù)，同時應用Winpcap，Winpcap提供了很好的捕獲網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的方法，通過本次課程設計可以將VC+知識與Winpcap結(jié)合起來實現(xiàn)在一段時間內(nèi)對IP數(shù)據(jù)包的流量進行統(tǒng)計。加深了對Winpcap的理解和運用能力，同時也增長了知識，開闊了視野，對于以后的學習有很大的幫助。1.2 課程設計的要求（1）理解運用VC+軟件實現(xiàn)對網(wǎng)絡中的IP數(shù)據(jù)抱流量的統(tǒng)計方法和步驟。（2）學會文獻檢索的基本方法和綜合運用文獻的能力。（3）通過課程設計培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，認真的工作作風。1.3 設計平臺 Microsoft Visual C+ 6.02 設計原理IP是ICP/IP協(xié)議體系中的網(wǎng)

4、絡層協(xié)議，TCP、UDP、ICMP和IGMP等其他協(xié)議都是以IP 協(xié)議為基礎的1。程序中用到的Winpcap是 Windows packet capture的縮寫，這是UNIX下的lipbcap移植到Windows下的產(chǎn)物，是Win32環(huán)境下數(shù)據(jù)包捕獲的開放代碼函數(shù)庫。Winpcap由內(nèi)核級的數(shù)據(jù)包過濾器，底層動態(tài)鏈接庫（packet.dll）和一個高層的獨立于系統(tǒng)的庫（wpcap.dll）組成。2.1 IP協(xié)議IP是TCP/IP模型中的網(wǎng)絡層協(xié)議，又稱為互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，是支持網(wǎng)間互連的數(shù)據(jù)報協(xié)議，它與TCP協(xié)議一起構成了TCP/IP協(xié)議族的核心。它提供網(wǎng)間連接的完善功能，包括IP數(shù)據(jù)報規(guī)定互聯(lián)網(wǎng)

5、范圍內(nèi)的IP地址格式2。在因特網(wǎng)中IP協(xié)議是能使連接到網(wǎng)上的所有計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)相互通信的一套規(guī)則，規(guī)定了計算機在因特網(wǎng)上進行通信時應當遵守的規(guī)則。任何廠家生產(chǎn)的計算機系統(tǒng)，只要遵守IP協(xié)議就可以與因特網(wǎng)互連互通。IP地址具有唯一性，根據(jù)用戶性質(zhì)的不同，可以分為不同的類別。IP協(xié)議的特點如下：（1） IP協(xié)議是一種不可靠、無連接的數(shù)據(jù)報傳送協(xié)議。（2） IP協(xié)議是點對點的網(wǎng)絡層通信協(xié)議。（3） IP協(xié)議向通信層隱藏了物理網(wǎng)絡的差異。（4） IP協(xié)議以一種數(shù)據(jù)報的形式傳輸數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)報獨立傳輸，可能通過不同路徑傳輸，因此可能不按順序到達目的地，或者出現(xiàn)重復。2.2 關于Winpcap庫Winpc

6、ap（windows packet capture）是windows平臺下一個買費的、公共的基于windows的網(wǎng)絡接口API庫。主要為win32應用程序提供訪問網(wǎng)絡底層的能力。Winpcap的主要功能在于獨立于主機協(xié)議（如TCP/IP）發(fā)送和接收原始數(shù)據(jù)報。也就是說，Winpcap不能阻塞、過濾或控制其他應用程序數(shù)據(jù)報的收發(fā)，它只是監(jiān)聽共享網(wǎng)絡上傳送的數(shù)據(jù)報。因此，它不能用于QoS調(diào)度程序或個人防火墻。其功能有：（1） 捕獲原始數(shù)據(jù)包，包括在共享網(wǎng)絡上各主機發(fā)送接收的以及相互之間交換的數(shù)據(jù)包；（2） 在數(shù)據(jù)包發(fā)往應用程序之前，按照自定義的規(guī)則將某些特殊的數(shù)據(jù)包過濾掉；（3） 在網(wǎng)絡上發(fā)送原始

7、數(shù)據(jù)包；（4） 收集網(wǎng)絡通信過程中的統(tǒng)計信息。 Winpcap是針對win32平臺上的抓包和網(wǎng)絡分析的一個架構，它包括一個核心態(tài)的包過濾器，一個底層的動態(tài)鏈接庫（packet.dll）和一個高層的不依賴于系統(tǒng)的庫（wpcap.dll）。它由Packet、NPF（Netgroup Packet Filter）、packet.dll、wpcap.dll、Application組成，首先，抓包系統(tǒng)必須繞過操作系統(tǒng)的協(xié)議來訪問在網(wǎng)絡上傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)包，這就要求一部分運行在操作系統(tǒng)核心內(nèi)部，直接與網(wǎng)絡接口驅(qū)動交互。這個部分是系統(tǒng)依賴的，在Winpcap的解決方案里它被認為是一個設備驅(qū)動，稱作NPF。其次

8、，抓包系統(tǒng)必須有用戶級的程序接口，通過這些接口，用戶程序可以利用內(nèi)核驅(qū)動提供的高級特性。Winpcap提供了兩個不同的庫：packet.dll和wpcap.dll。前者提供了一個底層API，伴隨著一個獨立于Microsoft操作系統(tǒng)的編程接口，這些API可以直接用來訪問驅(qū)動的函數(shù)；后者導出了一組更強大的與libpcap一致的高層抓包函數(shù)庫。這些函數(shù)使得數(shù)據(jù)包的捕獲以一種與網(wǎng)絡硬件和操作系統(tǒng)無關的方式進行。3 程序代碼設計步驟根據(jù)以上設計原理可以得到流量統(tǒng)計程序的主要功能模塊如下圖1：取得網(wǎng)絡適配器列表選擇要監(jiān)控的網(wǎng)絡適配器編譯并設置過濾器將網(wǎng)絡適配器設置為統(tǒng)計模式開始主循環(huán)調(diào)用回調(diào)函數(shù)顯示網(wǎng)絡

9、流量統(tǒng)計圖 1 流量統(tǒng)計程序的主要功能圖中取得網(wǎng)絡適配器列表主要是得到網(wǎng)卡的相關信息，即網(wǎng)卡的個數(shù)、連接情況等，選擇要監(jiān)聽的網(wǎng)絡適配器就是要用戶選擇網(wǎng)卡，編譯并設置過濾器是為了只捕獲網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流的某些數(shù)據(jù)，將網(wǎng)絡適配器設置為統(tǒng)計模式就是接受所有經(jīng)過網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)包，包括不是發(fā)給本機的數(shù)據(jù)包，接下來的任務就是開始主循環(huán)調(diào)用回調(diào)函數(shù)來顯示網(wǎng)絡流量了。根據(jù)流量設計程序的主要功能，相應的算法如下：（1） 取得當前網(wǎng)絡設備列表；（2） 將用戶選擇的網(wǎng)卡以混雜模式打開，以接收到所有的數(shù)據(jù)包；（3） 設置過濾器；（4） 捕獲IP數(shù)據(jù)包的源地址進行統(tǒng)計（用鏈表結(jié)構進行實現(xiàn)）。根據(jù)以上算法得到的程序流程圖如圖2：選取

10、Ethermet網(wǎng)卡獲取網(wǎng)卡列表打開網(wǎng)卡（混雜模式）編譯設置過濾器捕獲IP包將IP 包源地址加入鏈表NY輸出鏈表內(nèi)容超時否？結(jié)束開始圖2 程序流程圖 圖中獲取網(wǎng)卡列表是為了得到網(wǎng)卡的相關信息，以便于用戶進行選擇，選取Ethermet網(wǎng)卡是用戶所選擇的網(wǎng)卡類型，編譯設置過濾器是為了編譯并設置過濾器是為了只捕獲網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流的某些數(shù)據(jù)，打開網(wǎng)卡既將網(wǎng)卡設置為混雜（統(tǒng)計）模式是為了接受所有經(jīng)過網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)包，包括不是發(fā)給本機的數(shù)據(jù)包，開始主循環(huán)以是否超時為判斷條件，循環(huán)體內(nèi)主要有捕獲IP 數(shù)據(jù)包、將IP包的源地址加入鏈表、條件判斷，循環(huán)結(jié)束后輸出鏈表內(nèi)容，程序至此結(jié)束?，F(xiàn)將其每一步的具體步驟簡述如下：3.

11、1取得網(wǎng)絡適配器列表/取得網(wǎng)絡適配器列表步驟中，alldevs是pcap_if_it指針，指向鏈表頭，errbuf是char類型數(shù)組，存儲錯誤信息3。pcap_findalldevs(&alldevs,errbuf);cout<<”網(wǎng)絡適配器列表:”<<n;for(d=alldevs;d;d=d->next) cout<<+i<<":"<<d->name;if (d->description) cout<<""<<d->descriptio

12、n; else cout<<"No description available!"<<'n' 3.2 指定要監(jiān)聽的網(wǎng)絡適配器并打開cout<<”輸入要監(jiān)聽的網(wǎng)絡適配器號:”<<I;cin>>inum;for(d=alldevs,i=0;i<inum-1;d=d->next,i+);fp=pcap_open_live(d->name,65536,1,1000,errbuf);3.3 編譯并設置過濾器/編譯過濾器，fp指向打開的網(wǎng)絡適配器，fcode為編譯完成后的過濾器存儲地址，“tc

13、p“給出了過濾條件，下一個參數(shù)表示是否被優(yōu)化（0為false,1為true），最后一個參數(shù)給出了子網(wǎng)掩碼。pcap_compile(fp,&fcode,”tcp”,1,netmask)pcap_setfilter(fp,&fcode)3.4 設置網(wǎng)絡適配器為統(tǒng)計模式 if(pcap_setmode(fp,MODE_STAT)<0) cout<<”n設置網(wǎng)絡適配器模式錯誤!n”; pcap_close(fp);3.5 開始主循環(huán)，調(diào)用回調(diào)函數(shù)顯示網(wǎng)絡流量統(tǒng)計信息/pcap_loop由Winpcap庫定義，對每個采集來的數(shù)據(jù)包都用ProcessPacket函數(shù)進行

14、處理，fp指向打開的網(wǎng)絡適配器4pcap_loop(fp,0,dispatcher_handler,(PUCHAR)&st_ts);pcap_close(fp);3.6 回調(diào)函數(shù)的實現(xiàn)/對于捕獲到的每一個數(shù)據(jù)包應用此回調(diào)函數(shù)void dispatcher_handler(u_char *state,const struct pcap_pkthdr *header,const u_char *pkt_data) struct timeval *old_ts=(struct timeval *)state; u_int delay; LARGE_INTEGER Bps,Pps; struc

15、t tm *ltime; char timestr16; time_t local_tv_sec;/計算距上一個數(shù)據(jù)包的時間延遲，以ms為單位/這個值是從與一個數(shù)據(jù)包相關的時間戳中截獲的delay=(header->ts.tv_sec-old_ts->tv_sec)*-old_ts->tv_usec+header->ts.tv_usec;/獲得每秒的比特數(shù) Bps.QuadPart=(*(LONGLONG*)(pkt_data+8)*8*)/(delay); /獲得每秒的數(shù)據(jù)包數(shù)Pps.QuadPart=(*(LONGLONG*)(pkt_data)*)/(delay)

16、;/將時間戳轉(zhuǎn)變位可讀的標準格式ltime=localtime(&header->ts.tv_sec);strftime(timestr,sizeof timestr,"%H:%M:%S",ltime);/Print timestampprintf("%s",timestr);/Print the samplesprintf("BPS=%I64u",Bps.QuadPart);printf("PPS=%I64un",Pps.QuadPart);/store current timestampold_t

17、s->tv_sec=header->ts.tv_sec;old_ts->tv_usec=header->ts.tv_usec;4 結(jié)果及分析安裝好WinPcap軟件，在VC+界面上點擊工具->選項->目錄。添加Include文件夾下的所有文件和Lib下的所有內(nèi)容，調(diào)試完程序無誤后，點擊開始>運行“cmd”進入目標文件夾Debug下運行IPI.EXE文件并加入?yún)?shù)2 bl.txt。此時程序會檢測電腦系統(tǒng)中的網(wǎng)卡數(shù)，然后選擇程序運行時的網(wǎng)絡接口,耐心等待兩分鐘后就會得到程序的運行結(jié)果.圖3 系統(tǒng)中網(wǎng)絡接口數(shù) 圖3為程序運行之后系統(tǒng)中的網(wǎng)絡接口數(shù)。圖4 選擇

18、第三個網(wǎng)絡接口 圖4為選擇第三個網(wǎng)絡接口的命令行。圖5 兩分鐘之后捕獲的IP地址和數(shù)據(jù)包 圖5為程序運行后兩分鐘之后捕獲的IP 地址和數(shù)據(jù)包的信息。5 出現(xiàn)的問題及解決方法在剛開始做此課程設計的時候我只編寫了主程序代碼，并沒有建立工程，后來通過查找資料及文獻才知道要建立一個C+應用工程，而且程序中用到的Winpcap庫文件C+中并沒有，需要自己下載WinPcap_4_1_1.exe和WpdPack_4_1_1.zip，前者是Winpcap的開發(fā)程序，后者是inlude文件和lib文件，這些都是需要自己手動添加的，這里include和lib文件夾里的東西VC+6.0里面沒有，出現(xiàn)error:Ca

19、nnot open include file:pcap.h:No such file or directory這個問題，就需要添加。具體步驟如下：第一步：點菜單欄上的“工具“，再點擊下拉菜單中的”選項“對話框把winpcap開發(fā)包里面的lib文件添加進去。第二步：點擊菜單欄里的工程設置，選擇連接在對象/庫模塊中輸入wpcap.lib和packet.lib，再點C/C+在“預處理程序定義”下輸入WPCAP和HAVE_REMOTE,要用逗號隔開。至此，Winpcap環(huán)境已部署好了不會再出錯了。接下來出錯的是程序中的一些函數(shù)的參數(shù)，比如說int pcap_compile(pcap_t *p, str

20、uct bpf_program *fp,char *str,int optimize, bpf_u_int32 netmask)，int pcap_setfilter(pcap_t *p, struct bpf_program *fp)函數(shù)的參數(shù)在程序編譯的時候會報錯，通過搜集資料及與同學交流初步更正了錯誤，但是程序并不是很順利地運行出來。6 結(jié)束語為期兩周的課程設計在老師和自己的努力下很快地結(jié)束了，在此期間老師給了我們很大的幫助，老師的認真負責讓我們不再馬馬乎乎對待自己的學業(yè)，在課堂上老師也以同樣的責任心來督促我們認真學習，對于不懂的問題都會一一解答，現(xiàn)在也如此，這對于我們以后步入社會之后有

21、很大的幫助，無論做任何事情都要認真負責，對自己負責同時也對別人負責。在老師的指導之余我還認真學習了其它課本上未曾提到過的知識，比如說網(wǎng)絡編程方面的知識，這是我們以前所沒有接觸過的，雖然說這給了我們很大的一個問題但是也同時給了我們一個很好的挑戰(zhàn)自己的機會，以前從未聽過Winpcap，現(xiàn)在我知道了它對于捕獲網(wǎng)絡上的一些數(shù)據(jù)信息很有幫助，從而豐富了我的知識，同時也知道了如何去利用它來為自己服務，這是一個很大的進步。在自己查找資料的同時也鍛煉了我及時捕獲有用知識的能力，我想這是我現(xiàn)在乃至以后最大的一個財富，一個人最重要的就是要懂得如何去學，學習不是被動的，而是主動的，只有這樣我們才能學得到對于我們自己

22、有幫助的東西，用VC+編程實現(xiàn)IP數(shù)據(jù)報流量統(tǒng)計，開始這對于我來說是是一個很模糊的概念，但是當我在查找了很多資料之后我不再迷茫，而是慢慢跟著我所要找的資料來靠近我所要達到的目標。這是我們每個人所要學會的。這次的課程設計也使我意識到了理論與實踐相結(jié)合的重要作用，學習到知識應該應用到實踐中。在此次的課程設計過程中，熟悉IP包格式和加深對IP協(xié)議的理解,告訴我們要不斷地學習計算機方面的知識，精益求精，如今是信息化的時代，在Internet相當發(fā)達的今天，網(wǎng)絡編程技術也變的越來越重要，我們更應不斷地提高自己的水平，在每次的程序中能夠有更多的領悟。也讓自己在程序的編譯和應用上可以有更大一步的提高。要更好

23、的學習計算機網(wǎng)絡和其他方便的有關知識，做到精益求精。了解IP協(xié)議的基本內(nèi)容，對于掌握TCP/IP協(xié)議的主要內(nèi)容和學習網(wǎng)絡課程是十分重要的，通過本次課程設計，有助于熟悉IP包格式和加深對IP協(xié)議的理解。學好計算機及各種匯編語言會使我們受益匪淺。在這兩周的課程設計中我學到了很多知識，首先，要有理論做實踐的指導才會很快很好地達到自己的目的，而且勤于學習和思考是一個很好的習慣，要將知識學得很扎實才會靈活運用，這同時也是我們所必須的，一切新科技的發(fā)現(xiàn)都是這樣的；再次，一切事情都要勤于向有經(jīng)驗的人取經(jīng)，這樣才能少走彎路；最后，要珍惜和同學一起討論和思考的機會，自己的同學是自己最好的幫手，在討論和爭辯中往往

24、會使自己有了很好的想法。雖然課程設計結(jié)束了，但是我們的學習還沒結(jié)束，對知識的進一步學習還需要繼續(xù)。參考文獻1 謝希仁.計算機網(wǎng)絡（第五版）.北京：電子工業(yè)出版社，20092 佟震亞.現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡教程（第二版）.北京：電子工業(yè)出版社，20033 周靄如.C+程序設計基礎（第二版）.北京：電子工業(yè)出版社，20084 孟威，劉慧寧.C+程序設計教程（第三版）.北京：機械工業(yè)出版社，2009附錄1：IP包頭部結(jié)構sruct ip_headerUnsigned char ver_ihl； /版本號(4位)+頭部長度(4位)Unsigned char tos； /服務類型Unsigned short t

25、len； /總長度Unsigned short identification； /標識Unsigned short flags_fo； /標志+片偏移Unsigned char ttl； /生存時間Unsigned char proto； /協(xié)議Unsigned short crc； /校驗和 DWORD saddr； /源地址DWORD daddr； /目的地址Unsigned int op_pad /選項+填充；附錄2: Ip結(jié)點類，存放IP包的源IP地址和其發(fā)送數(shù)據(jù)包個數(shù)class IPNode private: long m_lIPAddress; long m_lCount; pub

26、lic: IPNode *pNext; /構造函數(shù) IPNode(long sourceIP) m_lIPAddress=sourceIP; m_lCount=1; /數(shù)據(jù)包個數(shù)加1 void addCount() m_lCount+; /返回數(shù)據(jù)包個數(shù) long getCount() return m_lCount; /返回IP地址 long getIPAddress() return m_lIPAddress; ; /結(jié)點鏈表 class NodeList IPNode *pHead; IPNode *pTail; public: NodeList() pHead=pTail=NULL;

27、NodeList() if(pHead!=NULL) IPNode *pTemp=pHead; pHead=pHead->pNext; delete pTemp; /IP結(jié)點加入鏈表 void addNode(long sourceIP) if(pHead=NULL) pTail=new IPNode(sourceIP); pHead=pTail; pTail->pNext=NULL; else for(IPNode *pTemp=pHead;pTemp;pTemp=pTemp->pNext) if(pTemp->getIPAddress()=sourceIP) pTe

28、mp->addCount(); break; /如果鏈表中沒有此IP，則加入鏈表 if(pTemp=NULL) pTail->pNext=new IPNode(sourceIP); pTail=pTail->pNext; pTail->pNext=NULL; ;附錄3:部分主程序void main()/取得網(wǎng)絡適配器列表,WinPcap提供了pcap_findalldevs_ex() 函數(shù)來實現(xiàn)該功能: /它返回一個pcap_if結(jié)構的鏈表，每個這樣的結(jié)構都包含了一個適配器的詳細信息。 pcap_if_t *alldevs; pcap_if_t *d; int i=0;

29、 char errbufPCAP_ERRBUF_SIZE;pcap_t *fp = NULL; struct bpf_program fcode; bpf_u_int32 netmask;int pcap_compile(pcap_t *p, struct bpf_program *fp,char *str,int optimize, bpf_u_int32 netmask); int pcap_setfilter(pcap_t *p, struct bpf_program *fp); / 獲取本地機器設備列表 if (pcap_findalldevs_ex(PCAP_SRC_IF_STRIN

30、G, NULL /* auth is not needed */, &alldevs, errbuf) = -1) cout<<stderr<<"Error in pcap_findalldevs_ex."cout<<'n'cout<<errbuf; exit(1);/ 打印列表 for(d=alldevs; d!=NULL; d=d->next) cout<<+i<<":"<<d->name; if (d->description) cout<<""<<d->description; else cout<<"No description available!"<<'n' if(i =0) cout<<"No interfaces found! Make sure WinPcap is ins