计算机网络实验之Ping程序的设计与实现.doc

课程名称 计算机网络
实验序号 实验五
实验项目 Ping程序的设计与实现
2017年 03月 25 日
实验报告要求
1、实验报告封面填表说明（每份实验报告必须附上封面)
（1）课程名称：要求与实验大纲和实验指导书中的课程名称一致。
（2）实验序号：指该课程的第几个实验。
（3)实验项目：要求与实验大纲和实验指导书中的实验项目一致。
(4）实验地点:填写完成该实验项目所在的实验室名称.
（5）实验学时:要求与实验大纲和实验指导书中完成该实验项目所需学时一致。
（6)实验类型:是指演示性、操作性、验证性、综合性、设计性。
演示性：教师操作,学生观察,验证理论、说明原理和方法.
操作性：学生按要求动手拆装、调试实验装置或上机操作,掌握其基本原理和方法。
验证性:按实验指导书（教材）要求,由学生通过操作验证所学理论，加深对理论、知识的理解，掌握基本实验知识、方法、技能、数据处理等。
综合性:实验内容涉及本课程的综合知识或相关课程的知识,运用多的知识、多种方法，按要求或自拟实验方案进行实验。主要培养学生综合运用所学知识、实验方法和实验技能，以培养其分析、解决问题的能力。
设计性:给定实验目的、要求和实验条件,学生自己设计实验方案并加以实现的实验。学生独立完成从查阅资料、拟定实验方案、实验方法和步骤（或系统分析和设计）、选择仪器设备（或自行设计缺制作)进行实验并完成实验全过程，形成实验报告，培养学生自主实验的能力。
2、实验报告的格式
软件类实验报告格式
公共课实验报告格式
硬件类实验报告格式
序号
要求
序号
要求
序号
要求
1
实验目的及要求
1
实验目的及要求
1
实验预习
实验目的实验原理及内容（简明扼要，主要是实验接线图）
2
实验原理与内容
2
实验步骤
所用仪器设备
3
实验软硬件环境
3
操作要点
预习思考题
4
实验过程（实验步骤、记录、数据、分析）
4
实验结果
2
实验原始记录（经实验指导教师签名认可）
画出实验所需要的各种记录表格
5
测试/调试及实验结果分析
5
实验问题
3
实验报告
数据处理（数据表格、计算结果、误差、结果表达、曲线图等)
6
实验结论与体会
6
小结及讨论
结论

讨论
3、教师批改学生实验报告要求
（1）批改：全部批改及更正错误。
(2)评分：按百分制评分，不能评分为“优、良、中、差”或“A、B、C”。
(3）签名及批改日期:任课教师必须在每份学生实验报告中签名和写上批改日期。
（4）成绩:填写学生实验成绩表，实验成绩作为考试成绩评定的依据。
（4)评语：任课教师批改学生实验报告时，应给出简明扼要的评语.
成绩：
教师评语
指导教师签名： 批阅日期：
一、实验目的及要求
1. 加深对ICMP协议的理解
2. 熟悉原始套接字的使用方法
3. 掌握PING程序的实现流程

二、实验原理与内容
1、 一种网络诊断工具
2、 发送ICMP回送请求报文
3、 接收 ICMP回送应答报文
4、 IP报文格式
5、 WinSock原始套接字的使用方法与API函数
Winsock原始套接字编程过程中，服务器端/客户端的编程都按照以下步骤：
初始化套接字(WSAStartup)
创建套接字(socket或WSASocket)
向服务器通信（sendto/recvfrom）
关闭套接字(closesocket)
结束使用套接字（WSACleanup)
6、 三种WinSock地址结构
① 用的Winsock地址结构sockaddr ,针对各种通信域的套接字，存储它们的地址信息。
② 专门针对Internet 通信域的Winsock地址结构sockaddr_in
③ 专用于存储IP地址的结构in_addr

三、实验软硬件环境
运行Windows XP/ Windows Server 2003/Windows 7操作系统的PC一台
Visual C++6.0/ Visual Studio 2005/Visual Studio 2010开发环境

四、实验过程（实验步骤、记录、数据、分析）
1. 打开Visual Studio 2013，建立工程文件
2. 了解需求,进行需求分析:
使用winsock原始套接字编写ping程序，要求实现如下功能：
可以指定ping的目标主机IP。
每次发送4个ICMP回送请求报文，每个请求报文的数据大小为32字节，发送超时和接收超时时间设为1000ms。
对于发出的每个ICMP回送请求报文，若收到应答报文，显示每个应答报文的数据大小(byte）、源IP、序号、响应时间(ms)；若发送超时或接收超时，显示“Request time out。”
最后，显示用户名和ping的统计信息。统计信息包括发出的请求报文个数、收到的应答报文个数、丢包个数、丢包率.
3. 绘制流程框图
4. 编写各个函数代码块
5. 编译，运行
实验代码如下：（温馨提醒：意要在。cpp文件的前后添加#include ”stdafx.h" （是预编译处理器把stdafx.h文件中的内容加载到程序中来。））
#include ”stdafx.h"
#pragma pack(4)
#pragma comment( lib， "ws2_32。lib" )
#include "winsock2.h"
//#include ”stdafx.h”//增加的头文
#include "stdlib。h”
#include ”stdio。h"
#define ICMP_ECHO 8 // ICMP ECHO 请求报文类型
#define ICMP_ECHOREPLY 0 // ICMP ECHO 响应报文类型
#define ICMP_MIN 8 // 最小ICMP报文大小为8 bytes （只有ICMP首部)
＃define ICMP_PACKET_SIZE 32 //ICMP报文数据大小
#define ICMP_PACKET_NUMBER 4 //发送ICMP报文的个数
＃define MAX_PACKET 1024 // 最大ICMP报文数据长度
#define ICMP_TIMEOUT 1000 //ICMP超时时间
＃define xmalloc（s） HeapAlloc（GetProcessHeap(）,HEAP_ZERO_MEMORY，（s))
#define xfree(p) HeapFree (GetProcessHeap(),0，(p））
/＊ 定义结构体:IP 首部*/
typedef struct iphdr ｛
unsigned int h_len : 4; // 首部长度
unsigned int version ： 4; // IP版本
unsigned char tos; // 服务类型
unsigned short total_len; // 报文总长度
unsigned short ident; // IP报文标识符
unsigned short frag_and_flags; // 分片标记和片偏移
unsigned char ttl； // 生存时间
unsigned char proto； // 报文数据的协议类型
unsigned short checksum； // 首部检验和
unsigned int sourceIP; // 源IP
unsigned int destIP; // 目的IP
｝IpHeader;
/* 定义结构体:ICMP 首部＊/
typedef struct icmphdr ｛
BYTE i_type； // ICMP报文类型
BYTE i_code； // 代码
USHORT i_cksum; // 报文校验和
USHORT i_id; // ICMP报文标识符
USHORT i_seq; // 报文序号
ULONG timestamp； //时间戳，不是ICMP报文首部的标准组成部分
｝IcmpHeader；
void fill_icmp_data(char *, int); // ICMP请求报文填充函数
USHORT checksum(USHORT ＊， int）； // 校验和计算函数
int decode_resp（char ＊, int， struct sockaddr_in *); // ICMP应答报文解析函数
int main(int argc， char ＊＊argv)｛
WSADATA wsaData; //套接字信息
SOCKET sockRaw； //原始套件字
char dest_ip[16］；//目的IP（字符串）
unsigned int addr = 0; //目的IP(整型）
struct sockaddr_in dest; //目的IP（sockaddr_in结构）
struct sockaddr_in from; //源socket地址
int fromlen = sizeof（from）;//源socket地址的长度
int datasize; //报文总长度（=首部大小+数据大小）
//int bwrote， bread; //实际发送和接收数据大小
int timeout = ICMP_TIMEOUT； //超时时间
USHORT seq_no = 0；//报文序号从0开始递增
int statistic = 0； // 成功接收报文的个数
char ＊icmp_data； //指向发送缓冲区的指针
char ＊recvbuf; //指向接收缓冲区的指针
memset（dest_ip， ’\0'， sizeof（dest_ip)）;
if (argc<2） {
printf(”Please input destination host IP（请输入目的IP)：”）;
scanf（”%s”, &dest_ip);
}
else
memcpy(dest_ip, argv[1]， strlen（argv［1］）)；
/＊ 初始化函数 ＊/
if （WSAStartup（MAKEWORD（2， 2)， ＆wsaData） != 0){//第一处
printf（"WSAStartup failed: ％d\n”, GetLastError(））;
return —1;
}
/* 创建传输ICMP协议数据的原始套接字 */
sockRaw = WSASocket（AF_INET， SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP， NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED)；//第二/* raw—protocol interface ＊/第三处
if (sockRaw == INVALID_SOCKET） {
printf（”WSASocket(） failed： ％d\n", WSAGetLastError（））；
return -1；
}
/* 设置套接字的接收超时选项（即设置SO_RCVTIMEO） */
if （setsockopt（sockRaw, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char*）＆timeout， sizeof(timeout)） == SOCKET_ERROR）｛
printf("failed to set recv timeout： ％d\n”， WSAGetLastError(））;
return —1;
｝
/* 设置套接字的发送超时选项（即设置SO_SNDTIMEO) */
if （setsockopt(sockRaw, SOL_SOCKET， SO_SNDTIMEO, (char＊)＆timeout, sizeof(timeout)） == SOCKET_ERROR){
printf（”failed to set send timeout: ％d\n"， WSAGetLastError(）)；
return —1；
｝
/＊ 转换指定的目的IP为winsocket地址结构＊/
addr = inet_addr(dest_ip)；//第四处inet_addr(）的功能是将一个点分十进制的IP转换成一个长整数型数（u_long类型)
dest。sin_addr。s_addr = addr；
dest.sin_family = AF_INET;
/* 创建发送缓冲区，分配内存*/
datasize = ICMP_PACKET_SIZE + sizeof(IcmpHeader）；
icmp_data = （char*）xmalloc(MAX_PACKET);
if （！icmp_data) {
printf（"HeapAlloc failed %d\n”, GetLastError(））；
return -1;
｝
/* 创建接收缓冲区，分配内存＊/
recvbuf = （char*)xmalloc（MAX_PACKET）；
if （!recvbuf) {
printf("HeapAlloc failed ％d\n”, GetLastError(）)；
return -1;
}
/＊ 填充待发送的ICMP请求报文*/
memset(icmp_data, 0， MAX_PACKET）;
fill_icmp_data（icmp_data， datasize)；
/* 显示ping提示信息＊/
printf（"\nPinging %s ....\n\n", dest_ip）;
/＊ 发送4个ICMP请求报文，并接收应答报文*/
for (int i = 0； i<ICMP_PACKET_NUMBER; i++）
{
int bwrote = 0, bread = 0; //实际发送和接收数据大小
（(IcmpHeader*)icmp_data)—>i_cksum = 0； //校验和字段置0
（(IcmpHeader*)icmp_data)—>timestamp = GetTickCount（）; //时间戳字段置为当前系统时间
(（IcmpHeader*）icmp_data）—〉i_seq = seq_no++； //序号字段每次递增1
(（IcmpHeader*）icmp_data）-〉i_cksum = checksum((USHORT＊)icmp_data， datasize)；//计算校验和
/＊ 发送ICMP请求报文*/
bwrote = sendto（sockRaw, icmp_data, datasize， 0， (struct sockaddr＊）&dest, sizeof(dest));//第五第六处
if (bwrote == SOCKET_ERROR){
if (WSAGetLastError(） == WSAETIMEDOUT） ｛
printf（"Request timed out.\n”）;
continue；
｝
printf（"sendto failed： %d\n"， WSAGetLastError（)）;
return -1；
｝
/＊ 接收ICMP应答报文＊/
bread = recvfrom(sockRaw, recvbuf， MAX_PACKET, 0, (struct sockaddr＊）＆from, ＆fromlen)；//第七处
if (bread == SOCKET_ERROR）{
if （WSAGetLastError（） == WSAETIMEDOUT） {
printf（"Request timed out。\n");
continue;
}
printf（"recvfrom failed: %d\n"， WSAGetLastError()）；
return -1;
｝
/＊ 如果解析成功，递增成功接收的数目++ */
if （!decode_resp（recvbuf， bread， &from）)
statistic++;
Sleep(1000）； //间隔1000ms后再发下一个请求报文
}
/* 显示用户名和统计结果＊/
printf（"\nPing statistics collected by XXX for %s \n", dest_ip);
printf（" Packets： Sent = ％d,Received = ％d， Lost = %d （%2。0f%% loss）\n”，
ICMP_PACKET_NUMBER, //发送报文个数
statistic,//接收报文个数
（ICMP_PACKET_NUMBER - statistic）,//丢失报文个数
（float)（ICMP_PACKET_NUMBER - statistic) / ICMP_PACKET_NUMBER * 100)；//丢包率
/＊ 关闭套接字 ＊/
closesocket(sockRaw);//第九处
/＊ 注销函数 ＊/
WSACleanup(）；
return 0;
}
/＊ ICMP回送请求报文填充函数 ＊/
void fill_icmp_data（char ＊ icmp_data， int datasize)｛
IcmpHeader ＊icmp_hdr；
char *datapart;
icmp_hdr = （IcmpHeader＊)icmp_data;
icmp_hdr-〉i_type = ICMP_ECHO;
icmp_hdr—〉i_code = 0；
icmp_hdr—>i_id = （USHORT）GetCurrentProcessId（）；
icmp_hdr-〉i_cksum = 0；
icmp_hdr->i_seq = 0；
datapart = icmp_data + sizeof（IcmpHeader);
memset（datapart, 'E', datasize - sizeof(IcmpHeader))；
｝
/＊ ICMP回送应答报文解析函数 */
int decode_resp（char ＊buf, int bytes, struct sockaddr_in *from)
｛
IpHeader ＊iphdr;
IcmpHeader *icmphdr；
unsigned short iphdrlen;
iphdr = (IpHeader ＊)buf;
iphdrlen = (iphdr-〉h_len) * 4;
if (bytes < iphdrlen + ICMP_MIN) ｛
printf("Too few bytes from %s\n”， inet_ntoa(from—>sin_addr））；
return —1;
｝
icmphdr = (IcmpHeader＊）(buf + iphdrlen)；
if （icmphdr—〉i_type != ICMP_ECHOREPLY) {
printf(”non—echo type %d recvd\n”， icmphdr-〉i_type）;
return —1；
}
if (icmphdr->i_id != (USHORT）GetCurrentProcessId（)） {
printf(”someone else'’s packet!\n”）;
return -1；
｝
printf（"％d bytes from ％s:”, bytes - iphdrlen — sizeof(IcmpHeader), inet_ntoa（from-〉sin_addr）);
printf(" icmp_seq = %d. ”, icmphdr->i_seq）;
printf(” time: ％d ms ”, bytes）;
printf（"\n”）；
return 0;
}
/* 校验和计算函数 */
USHORT checksum(USHORT ＊buffer， int size） ｛
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);
}
#include ”stdafx。h"
6. 按Crtl+F5编译、运行，结果如图所示:

五、测试/调试及实验结果分析
实验结果如上所示

六、实验结论与体会
1. 通过本次实验，加深了对WinSock套接字的了解
2. 加深了对CIMP协议的了解
3. 对IP报文格式有了更好的理解
4. 掌握了Ping程序的实现流程
5. 所用的软件有些配置没有配置好，导致编译会出错，要善于利用百度解决问题
2017年 03 月 25日

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