ping程序的設(shè)計及實現(xiàn)報告

..XX學(xué)院課程設(shè)計報告課程名稱：計算機網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計設(shè)計題目：ping程序的設(shè)計與實現(xiàn)系別：計算機與信息工程學(xué)院專業(yè)：計算科學(xué)與技術(shù)組別：第五小組起止日期:20XX12月1日~20XX12月8日指導(dǎo)教師:計算機科學(xué)與技術(shù)系二○一一年制課程設(shè)計題目Ping程序的設(shè)計與實現(xiàn)組長學(xué)號2011220125班級計專〔2班系別計算機與信息工程學(xué)院專業(yè)計算機科學(xué)與技術(shù)組員指導(dǎo)教師課程設(shè)計目的通過設(shè)計Ping程序,理解Ping程序的實現(xiàn)原理,并初步講解了c語言網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)。本章涉及很多網(wǎng)絡(luò)編程函數(shù)和編程技巧,包括庫文件的導(dǎo)入；winsock的初始化、注銷；socket的創(chuàng)建、關(guān)閉；設(shè)置socket選項；根據(jù)主機名獲取IP地址；從堆中分配一定數(shù)量的空間、釋放從堆中分配的空間；數(shù)據(jù)報的發(fā)送；數(shù)據(jù)報的接等。課程設(shè)計所需環(huán)境WindowsXP+VisualC++6.0課程設(shè)計任務(wù)要求實現(xiàn)ping的基本功能,實現(xiàn)ping-t課程設(shè)計工作進度計劃序號起止日期工作內(nèi)容分工情況012011-12-1~2011-12-2展開思路討論工作并搜集相關(guān)資料022011-12-3~2011-12-6具體制作,編寫相關(guān)代碼,制作相關(guān)窗口并實現(xiàn),美化界面。032011-12-7~2011-12-8編寫并完成課程設(shè)計報告指導(dǎo)教師簽字：年月日教研室審核意見：教研室主任簽字：年月日課程設(shè)計任務(wù)書一．Ping程序運行原理在網(wǎng)絡(luò)層,除了IP協(xié)議之外,還有一些控制協(xié)議,如ICMP,ARP,DHCP等。ping的基礎(chǔ)知識原始套接字原始套接字是允許訪問底層傳輸協(xié)議的一種套接字類型。使用原始套接字操作IP數(shù)據(jù)報,可以進行路由跟蹤,Ping等。另外,使用原始套接字需要知道許多下層協(xié)議結(jié)構(gòu)的知識,所以下面討論ICMP,IP,UDP,TCP格式。原始套接字有兩種類型,第一種類型是在IP頭種使用預(yù)定義的協(xié)議,如ICMP；第二種類型是在IP頭種使用自定義的協(xié)議。下面使用創(chuàng)建原始套接字的方法。創(chuàng)建套接字的函數(shù)是socket<>或者WSASocket<>,只不過要將套接字類型指定為SOCK_RAW,代碼如下：SOCKETsraw=::socket<AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP>;創(chuàng)建原始套接字時socket函數(shù)的第三個參數(shù)protocol值將成為IP頭中得協(xié)議域的值。IPPROTO_ICMP指定要使用ICMP。原始套解釋提供管理下層傳輸?shù)哪芰ΑＫ麄兛赡軙粣阂饫?因此,僅Administrator組的成員能夠創(chuàng)建SOCK_RAW類型的套接字。任何人在WindowsNT下都可以創(chuàng)建原始套接字,但是沒有Administrator權(quán)限的人不能用它來做任何事情,因為bind函數(shù)將會失敗,出錯碼WSAEACCES..在上面的套接字創(chuàng)建代碼種,我們使用ICMP,也可以使用IIGMP,UDP,IP或者原始IP,對應(yīng)的宏定義分別是IPPROTO_IGMP,IPROTO_UDP,IPPROTO_IP或者IPPROTO_RAW。其中協(xié)議標志IPPROTO_UDP,IPPROTO_IP,和IPPROTO_RAW需要啟動IP_HDRINCL選項。使用恰當?shù)膮f(xié)議標志創(chuàng)建原始套接字之后,便可以在發(fā)送和接受調(diào)用種使用此套接字句柄了。無論IP_HDRINCL選項是否設(shè)置,在原始套接字上接收到的數(shù)據(jù)種都會將包含IP頭。ICMP協(xié)議與校驗和的計算互聯(lián)網(wǎng)上得操作由路由器緊緊地監(jiān)控著。當有異常飯送時候,具體事件通過ICMP報道,如目的不可到達,TTL超時等。這個協(xié)議也用來測試互聯(lián)網(wǎng)。每個ICMP消息都封裝在IP封包中,所以使用IP尋址,ICMP消息的格式如下：首8位表示ICMP的類型,通常可以分為請求消息和錯誤報告消息兩類。接下來的八位表示ICMP代碼,這個域進一步定義了請求或者是消息的類型。接下來八位表示icmp的校驗和。它提供了ICMP頭和他的實際數(shù)據(jù)。3.校驗和的計算發(fā)送ICMP報文時,必須由程序自己計算校驗和,并將它填入ICMP頭部的對應(yīng)域中。校驗和的計算方法是：將數(shù)據(jù)以資為單位累加到一個雙字中,如果數(shù)據(jù)長度為奇數(shù),最后一個字節(jié)將被擴展到字,累加的結(jié)果是一個雙字,最后將這個雙字的高16bit和低16bit相加后取反,便得到了校驗和。u_shortchecksum<u_short*buffer,intlen>{registerintnleft=len;registeru_short*w=buffer;registeru_shortanswer;registerintsum=0;//使用32位累加器,進行16位的反饋計算while<nleft>1>{sum+=*w++;nleft-=2;}//補全奇數(shù)位if<nleft==1>{u_shortu=0;*<u_char*><&u>=*<u_char*>w;sum+=u;}//將反饋的16位從高位移到低位sum=<sum>>16>+<sum&0xffff>;sum+=<sum>>16>;answer=~sum;return<answer>;}3.Ping程序設(shè)計思路：要實現(xiàn)ping程序,需要實現(xiàn)以下步驟：創(chuàng)建協(xié)議類型為IPPROTO_ICMP的原始套接字,設(shè)置套接字屬性。創(chuàng)建并初始化ICMP封包。調(diào)用sendto函數(shù)向遠程主機發(fā)送ICMP請求。調(diào)用recfrom函數(shù)接受ICMP響應(yīng)。初始化ICMP頭時先初始化消息類型和代碼域,之后是回顯請求頭。程序首先定義了ICMP頭的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)IMCP_HDR.。ICMP_HDR的定義如下：typedefstruct_ICMPHeader{u_charType;//類型u_charCode;//代碼u_shortChecksum;//首部校驗和u_shortID;//標識u_shortSeq;//序列號charData;//數(shù)據(jù)}ICMPHDR,*PICMPHDR;4.編程時,需要用到一些windows函數(shù),說明如下：<1>.intWSAStartup<WORDwVersionRequested,LPWSADATAlpWSAData>;函數(shù)說明：為了在應(yīng)用程序當中調(diào)用任何一個WinsockAPI函數(shù),首先第一件事情就是必須通過WSAStartup函數(shù)完成對Winsock服務(wù)的初始化,因此需要調(diào)用WSAStartup函數(shù)。使用Socket的程序在使用Socket之前必須調(diào)用WSAStartup函數(shù)。該函數(shù)的第一個參數(shù)指明程序請求使用的Socket版本,其中高位字節(jié)指明副版本、低位字節(jié)指明主版本；操作系統(tǒng)利用第二個參數(shù)返回請求的Socket的版本信息。當一個應(yīng)用程序調(diào)用WSAStartup函數(shù)時,操作系統(tǒng)根據(jù)請求的Socket版本來搜索相應(yīng)的Socket庫,然后綁定找到的Socket庫到該應(yīng)用程序中。以后應(yīng)用程序就可以調(diào)用所請求的Socket庫中的其它Socket函數(shù)了。<2>.SOCKETsocket<intaf,inttype,intprotocol>;函數(shù)說明：應(yīng)用程序調(diào)用socket函數(shù)來創(chuàng)建一個能夠進行網(wǎng)絡(luò)通信的套接字。第一個參數(shù)指定應(yīng)用程序使用的通信協(xié)議的協(xié)議族,對于TCP/IP協(xié)議族,該參數(shù)置AF_INET;第二個參數(shù)指定要創(chuàng)建的套接字類型,流套接字類型為SOCK_STREAM、數(shù)據(jù)報套接字類型為SOCK_DGRAM、原始套接字SOCK_RAW<WinSock接口并不適用某種特定的協(xié)議去封裝它,而是由程序自行處理數(shù)據(jù)包以 及協(xié)議首部>；第三個參數(shù)指定應(yīng)用程序所使用的通信協(xié)議。<3>.intsendto<SOCKETs,constcharFAR*buf,intlen,intflags,conststructsockaddrFAR*to,inttolen>;函數(shù)說明：返回值：實際發(fā)送數(shù)據(jù)的長度。parameter:s套接字buff待發(fā)送數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)size緩沖區(qū)長度Flags調(diào)用方式標志位,一般為0,改變Flags,將會改變Sendto發(fā)送的形式addr〔可選指針,指向目的套接字的地址lenaddr所指地址的長度<4>intrecvfrom<SOCKETs,charFAR*buf,intlen,intflags,structsockaddrFAR*from,intFAR*fromlen>;函數(shù)說明:recvfrom<>用來接收遠程主機經(jīng)指定的socket傳來的數(shù)據(jù),并把數(shù)據(jù)傳到由參數(shù)buf指向的內(nèi)存空間,參數(shù)len為可接收數(shù)據(jù)的最大長度.參數(shù)flags一般設(shè)0,其他數(shù)值定義參考recv<>.參數(shù)from用來指定欲傳送的網(wǎng)絡(luò)地址,結(jié)構(gòu)sockaddr請參考bind<>函數(shù).參數(shù)fromlen為sockaddr的結(jié)構(gòu)長度.二．程序的流程圖和源碼Ping程序的設(shè)計與實現(xiàn)大致可分為四個模塊〔見圖1-1,分別是：初始化模塊、功能控制模塊、ping模塊、mian測試模塊。PPing程序的設(shè)計與實現(xiàn)初始化模塊功能控制模塊Ping模塊main測試模塊圖1-11.初始化模塊：該模塊用于定義及初始化各個全局變量,為winsock加載winsock體?！惨妶D1-2主要包括定義IP首部格式、定義ICMP首部格式、定義ICMP回應(yīng)請求、定義ICMP回應(yīng)答復(fù)。初始化模塊初始化模塊定義IP首部格式定義ICMP首部格式定義ICMP回應(yīng)請求定義ICMP回應(yīng)答復(fù)圖1-22.功能控制模塊：該模塊是被其他模塊調(diào)用,其功能包括計算校驗和、發(fā)送回應(yīng)請求函數(shù)、接收應(yīng)答回復(fù)并進行解析、等待回應(yīng)答復(fù)〔主是要select模型。〔見圖1-3,1-4,1-5,1-6計算校驗和函數(shù)源碼：否否<將反饋的16位從高位移到低位>是<使用32位累加器,進行16位的反饋計算>Checksum<>開始定義初始化一些變量Nleft>1sum+=*w++;nleft-=2;Nleft=1是<補全奇數(shù)位>sum+=u;sum=<sum>>16>+<sum&0xffff>;sum+=<sum>>16>;answer=~sum;返回answer結(jié)束圖1-3是是SendEchoRequest<>開始定義初始化一些變量填充要發(fā)送的數(shù)據(jù)存儲發(fā)送的時間計算回應(yīng)請求的校驗和發(fā)送回應(yīng)請求返回nRet調(diào)用發(fā)送錯誤函數(shù)結(jié)束圖1-4WaitForEchoReply<>開始WaitForEchoReply<>開始定義初始化一些變量返回timeout結(jié)束是RecvEchoReply<>開始定義初始化一些變量接收應(yīng)答回復(fù)檢驗接收結(jié)果返回應(yīng)答時間調(diào)用發(fā)送錯誤函數(shù)結(jié)束圖1-6圖1-53.Ping模塊功能模塊：該模塊是本程序的核心模塊,調(diào)用其他模塊實現(xiàn)其功能,進而實現(xiàn)Ping的功能。s否否是是開始定義初始化各個局部變量判斷WSAGetLastError<>是否調(diào)用成功否檢測目標主機是否為NULL設(shè)置目標主機的IP地址,開始ping發(fā)起四次ping測試發(fā)送ICMP回應(yīng)請求等待回復(fù)的數(shù)據(jù)接收回復(fù)計算花費時間Loop是否為0輸出平均次數(shù)輸出ping結(jié)果清除殘余結(jié)束4.main<>函數(shù)模塊：向指定的域名或IP地址發(fā)送Echo請求報文；根據(jù)響應(yīng)報文顯示出Ping的結(jié)果；程序僅支持-t選項即可。否否開始WSAStartup<>是否成功截取后三位字符調(diào)用ping<>釋放資源加載失敗結(jié)束為了實現(xiàn)-t圖1-8三．運行操作及結(jié)果在VC中運行程序后會出現(xiàn)如圖4.1所示,提示你輸入IP或網(wǎng)址;2、我們先輸入校園網(wǎng)機房主機命令,看能否ping通3.試著使用ping–t命令,如下：4、再輸入外部網(wǎng)主機命令,看能否ping通,上圖為網(wǎng)絡(luò)ping不通的情形。源代碼源代碼如下：#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<winsock.h>#include<conio.h>#pragmacomment<lib,"ws2_32.lib">//導(dǎo)入庫文件#defineICMP_ECHOREPLY0//ICMP回應(yīng)答復(fù)#defineICMP_ECHOREQ8//ICMP回應(yīng)請求#defineREQ_DATASIZE32//請求數(shù)據(jù)報大小#include<iostream>/*******************/usingnamespacestd;//定義IP首部格式typedefstruct_IPHeader{ u_charVIHL;//版本和首部長度 u_charToS;//服務(wù)類型 u_shortTotalLen;//總長度 u_shortID;//標識號 u_shortFrag_Flags;//片偏移量 u_charTTL;//生存時間 u_charProtocol;//協(xié)議 u_shortChecksum;//首部校驗和 structin_addrSrcIP;//源IP地址 structin_addrDestIP;//目的地址}IPHDR,*PIPHDR;//定義ICMP首部格式typedefstruct_ICMPHeader{ u_charType;//類型 u_charCode;//代碼 u_shortChecksum;//首部校驗和 u_shortID;//標識 u_shortSeq;//序列號 charData;//數(shù)據(jù)}ICMPHDR,*PICMPHDR;//定義ICMP回應(yīng)請求typedefstruct_ECHOREQUEST{ ICMPHDRicmpHdr; DWORDdwTime; charcData[REQ_DATASIZE];}ECHOREQUEST,*PECHOREQUEST;//定義ICMP回應(yīng)答復(fù)typedefstruct_ECHOREPLY{ IPHDRipHdr; ECHOREQUESTechoRequest; charcFiller[256];}ECHOREPLY,*PECHOREPLY;/**********************************************************************************///計算校驗和u_shortchecksum<u_short*buffer,intlen>{ registerintnleft=len; registeru_short*w=buffer; registeru_shortanswer; registerintsum=0; //使用32位累加器,進行16位的反饋計算 while<nleft>1> { sum+=*w++; nleft-=2; } //補全奇數(shù)位 if<nleft==1> { u_shortu=0; *<u_char*><&u>=*<u_char*>w; sum+=u; } //將反饋的16位從高位移到低位 sum=<sum>>16>+<sum&0xffff>; sum+=<sum>>16>; answer=~sum; return<answer>;}/**********************************************************************************************///發(fā)送回應(yīng)請求函數(shù)intSendEchoRequest<SOCKETs,structsockaddr_in*lpstToAddr>{ staticECHOREQUESTechoReq; staticnId=1; staticnSeq=1; intnRet; //填充回應(yīng)請求消息 echoReq.icmpHdr.Type=ICMP_ECHOREQ; echoReq.icmpHdr.Code=0; echoReq.icmpHdr.Checksum=0; echoReq.icmpHdr.ID=nId++; echoReq.icmpHdr.Seq=nSeq++; //填充要發(fā)送的數(shù)據(jù) for<nRet=0;nRet<REQ_DATASIZE;nRet++> { echoReq.cData[nRet]='1'+nRet; } //存儲發(fā)送的時間 echoReq.dwTime=GetTickCount<>; //計算回應(yīng)請求的校驗和 echoReq.icmpHdr.Checksum=checksum<<u_short*>&echoReq,sizeof<ECHOREQUEST>>; //發(fā)送回應(yīng)請求 nRet=sendto<s,<LPSTR>&echoReq,sizeof<ECHOREQUEST>, 0,<structsockaddr*>lpstToAddr,sizeof<SOCKADDR_IN>>; if<nRet==SOCKET_ERROR> { printf<"sendto<>error:%d\n",WSAGetLastError<>>; }return<nRet>;}/*******************************************************************************///接收應(yīng)答回復(fù)并進行解析DWORDRecvEchoReply<SOCKETs,LPSOCKADDR_INlpsaFrom,u_char*pTTL>{ ECHOREPLYechoReply; intnRet; intnAddrLen=sizeof<structsockaddr_in>; //接收應(yīng)答回復(fù) nRet=recvfrom<s,<LPSTR>&echoReply,sizeof<ECHOREPLY>, 0,<LPSOCKADDR>lpsaFrom,&nAddrLen>; //檢驗接收結(jié)果 if<nRet==SOCKET_ERROR> { printf<"recvfrom<>error:%d\n",WSAGetLastError<>>; } //記錄返回的TTL *pTTL=echoReply.ipHdr.TTL; //返回應(yīng)答時間 return<echoReply.echoRequest.dwTime>;}/********************************************************************************///等待回應(yīng)答復(fù),使用select模型intWaitForEchoReply<SOCKETs>{ structtimevaltimeout; fd_setreadfds; readfds.fd_count=1; readfds.fd_array[0]=s; timeout.tv_sec=1; timeout.tv_usec=0; return<select<1,&readfds,NULL,NULL,&timeout>>;}/******************************************************************************///PING功能實現(xiàn)voidPing<char*pstrHost,boollogic>{ charc; SOCKETrawSocket; LPHOSTENTlpHost; structsockaddr_indestIP; structsockaddr_insrcIP; DWORDdwTimeSent; DWORDdwElapsed; u_charcTTL; intnLoop,k=4; intnRet,minimum=100000,maximum=0,average=0; intsent=4,reveived=0,lost=0; //創(chuàng)建原始套接字,ICMP類型 rawSocket=socket<AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP>;//第二個注釋函數(shù)socket if<rawSocket==SOCKET_ERROR> { printf<"socket<>error:%d\n",WSAGetLastError<>>; return; } //檢測目標主機 lpHost=gethostbyname<pstrHost>; if<lpHost==NULL> { printf<"Hostnotfound:%s\n",pstrHost>; return; } //設(shè)置目標機地址 destIP.sin_addr.s_addr=*<<u_longFAR*><lpHost->h_addr>>;//設(shè)置目標IP destIP.sin_family=AF_INET;//地址規(guī)格 destIP.sin_port=0; //提示開始進行PING printf<"\nPinging%s[%s]with%dbytesofdata:\n",pstrHost,inet_ntoa<destIP.sin_addr>,REQ_DATASIZE>; //發(fā)起多次PING測試 for<nLoop=0;nLoop<k;nLoop++>{ if<logic>k=k+1; //發(fā)送ICMP回應(yīng)請求 SendEchoRequest<rawSocket,&destIP>; //等待回復(fù)的數(shù)據(jù) nRet=WaitForEchoReply<rawSocket>; if<nRet==SOCKET_ERROR> { printf<"select<>error:%d\n",WSAGetLastError<>>; break; } if<!nRet> { lost++; printf<"\nRequesttimeout.">; continue; } //接收回復(fù) dwTimeSent=RecvEchoReply<rawSocket,&srcIP,&cTTL>; reveived++; //計算花費的時間 dwElapsed=GetTickCount<>-dwTimeSent; if<dwElapsed>maximum>maximum=dwElapsed; if<dwElapsed<minimum>minimum=dwElapsed; average+=dwElapsed; printf<"\nReplyfrom%s:bytes=%dtime=%ldmsTTL=%d", inet_ntoa<srcIP.sin_addr>,REQ_DATASIZE,dwElapsed,cTTL>; if<_kbhit<>>/*Use_getchtothrowkeyaway.*/ {if<<c=_getch<>>==0x2>//crrl-bbreak; }else Sleep<1000>; } printf<"\n\n">; printf<"Pingstatisticsfor%s:\n",inet_ntoa<srcIP.sin_addr>>; printf<"Packets:Sent=%d,Received=%d,Lost=%d<%.f%%loss>,\n", sent,reveived,lost,<float><lost*1.0/sent>*100>; if<lost==0> { printf<"Approximateroundtriptimesinmilli-seconds:\n">; printf<"Minimum=%dms,Maximum=%dms,Average=%dms\n",minimum,maximum,average/sent>; } printf<"\n\n">; nRet=closesocket<rawSocket>; if<nRet==SOCKET_ERROR> { printf<"closesocket<>error:%d\n",WSAGetLastError<>>; }}//主程序voidmain<>{ printf<"WelcometothePingTest\n">; while<1> { WSADATAwsd;//檢測輸入的參數(shù) //初始化Winsock if<WSAStartup<MAKEWORD<1,1>,&wsd>!=0>{//第一個函數(shù)說明WSAStartup<> printf<"加載Winsock失敗!\n">; } charopt1[100]; char*ptr=opt1; boollog=false; printf<"Ping">; cin.getline<opt1,100,'\n'>;//ping的地址字符串 if<strstr<opt1,"-t">!=NULL> { log=true; strncpy<ptr,opt1+0,strlen<opt1>-3>;//把原字符串的最后三位截取 ptr[strlen<opt1>-2]=0;//printf<"%s",ptr>; } //開始PING Ping<ptr,log>; //程序釋放Winsock資源 WSACleanup<>; }}/*函數(shù)說明為了在應(yīng)用程序當中調(diào)用任何一個WinsockAPI函數(shù),首先第一件事情就是必須通過WSAStartup函數(shù)完成對Winsock服務(wù)的初始化,因此需要調(diào)用WSAStartup函數(shù)。使用Socket的程序在使用Socket之前必須調(diào)用WSAStartup函數(shù)。該函數(shù)的第一個參數(shù)指明程序請求使用的Socket版本,其中高位字節(jié)指明副版本、低位字節(jié)指明主版本；操作系統(tǒng)利用第二個參數(shù)返回請求的Socket的版本信息。當一個應(yīng)用程序調(diào)用WSAStartup函數(shù)時,操作系統(tǒng)根據(jù)請求的Socket版本來搜索相應(yīng)的Socket庫,然后綁定找到的Socket庫到該應(yīng)用程序中。以后應(yīng)用程序就可以調(diào)用所請求的Socket庫中的其它Socket函數(shù)了。*//*函數(shù)說明SOCKETsocket<intaf,inttype,intprotocol>;應(yīng)用程序調(diào)用socket函數(shù)來創(chuàng)建一個能夠進行網(wǎng)絡(luò)通信的套接字。第一個參數(shù)指定應(yīng)用程序使用的通信協(xié)議的協(xié)議族,對于TCP/IP協(xié)議族,該參數(shù)置AF_INET;第二個參數(shù)指定要創(chuàng)建的套接字