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1、计算机网络课程设计 题 目 Ping程序与Echo程序的设计与实现 系 部 商学系 专 业 信息管理与信息系统 班 级 信息N122 学 号 学生姓名 指导教师 编写日期 2014.12.25 目录1.目的22.要求23.知识34.分析35.代码96.结果307.心得301. 目的通过设计Ping程序，讲解Ping程序的实现原理，并初步讲解了c语言网络编程技术。本章涉及很多网络编程函数和编程技巧。包括库文件的导入；winsock的初始化、注销；socket的创建、关闭；设置socket选项；根据主机名获取IP地址； 从堆中分配一定数量的空间、释放从堆中分配的空间；获取当前进程ID号；数据报的发
2、送；数据报的接等。Echo程序的功能是客户端向服务器发送一个字符串，服务器不做任何处理，直接把字符串返还给客服端，Echo程序是最为基本的客户端/服务器程序。a、 通过Echo程序是学生掌握网络编程的基本知识和基本技能；b、 通过跟踪运行java包，使学生了解网络编程实现的细节。课程设计内容：本实验要求实现Echo程序，具有内容及要求如下：a、 分析Echo程序的功能，其功能包括：客户端输入一个字符串；服务器端接收到这个字符串后，直接把这些字符串发送给客户端；客户端在接收到这个字符串后把字符串现实出来。b、 设计实现Echo程序，包括客户端和服务器程序。c、 跟踪运行java包。2. 要求（1
3、）实现ping功能。程序能实现基本的ping操作，发送ICMP回显请求报文，接收显应答报文。（2）能记录路由。程序提供了“-r”选项，用以记录从源主机到目的主机的路由。（3）能输出指定条数的记录。程序提供了“-n”选项，用以输出指定条数的记录。（4）能按照指定大小输出每条记录。程序提供了“datasize”选项，用以指定输出的数据报的大小。（5）能输出用户帮助。程序提供了用户帮助，显示程序提供的选项以及选项格式等。Echo程序的实现主要是利用java网络程序包中的服务器套接字（ServersSocket）和客户端套接字（Socket）来实现，思路如下：根据制定的端口创建服务器套接字，并阻塞客户
4、的连接；根据EchoService所以主机名和侦听端口创建客户端套接字；向客户端套接字输出流中写入一个字符串；服务器套接字接收到连接请求，从服务器套接字输入流中读取该字符串；服务器套接字不做任何修改，直接把该字符串写入服务器套接字输出流中；客户端套接字从输入流中接收到 该字符串，直接打印到终端。3. 知识ping命令是使用频率极高的一个网络测试命令，用以测试从一个主机到另一个主机间的网络上否可达。windows自带的ping命令具有强大的功能，它有很多选项用于实现不同的测试目的。本章模仿windows的ping命令，用c语言实现了一个简单的命令。本章着重讲述ping命令的实现原理和c语言的网络
5、编程方法。读者可以在本章的基础上，对本章实现的ping命令进行扩展，开发出功能更强大、更完善的ping命令，并进一步掌握网络编程的方法。4. 分析1. 功能模块图本系统共有 4 个模块，分别是初始化模块、功能控制模块、数据控制模块、数据报解读模块和ping测试模块，如图9.1所示。各模块功能描述如下。Ping程序设计初始化模块数ping命令是使用频率极高的一个网络测试命令，用以测试从一个主机到另一个主机间的网络上否可达。windows自带的ping命令具有强大的功能，它有很多选项用于实现不同的测试目的。本章模仿windows的ping命令，用c语言实现了一个简单的命令。本章着重讲述ping命令
6、的实现原理和c语言的网络编程方法。读者可以在本章的基础上，对本章实现的ping命令进行扩展，开发出功能更强大、更完善的ping命令，并进一步掌握网络编程的方法据报解读模块功能控制模块Ping测试模块图4.1系统模块图(1) 初始化模块。改模块用于初始化各个全局变量，为全局变量赋初始值；初始化，加载库。(2)功能控制模块。改模块是被其它模块调用，其功能包括获取参数、计算校验和填充数据报文、释放占用资源和显示用户帮助。(3)数据报解读模块。改模块用于解读接收到的报文和选项。(4)测试模块。改模块是本程序的核心模块，调用其他模块实现其功能，主要是实现的功能。 2系统流程图系统执行的流程图9.2所示。
7、程序首先调用IniPing()函数初始化各全局变量，然后GetArgments()函数获取用户输入的参数，检查用户输入的参数，如果参数不正确或者没有输入参数，则显示用户帮助信息(User help )，并结束程序；如果参数正确，则对指定目的地执行Ping命令，如果Ping通，则显示Ping结果并释放占用资源，如果没有Ping通，则报告错误信息，并释放占用资源。开始初始化个变量获取参数信息输入参数是否正确？Ping目的地Ping成功？输出Ping结果释放占用资源结束输出错误信息显示帮助信息图4.2 系统流程图3.参数获取（GetArgments()函数）流程图获取的参数包括“-r”（记录路由）、
8、“-n”（记录条数程序，任意的整数）和datasize(数据报大小)。程序首先判断每一个参数的第一字符，如果第一个字符是“-”（短横线），则认为是“-r”或者“-n”中的一个，然后作进一步判断。如果该参数的第二个字符是数字，则判断该参数为记录的条数，如果该参数的第二个字符是“r”，则判断该参数为“-r”， 用于记录路由；如果参数的第一个字符是数字，则认为 参数是IP地址；或者datasize,然后作进一步的判断。如果该参数中不存在非数字的字符， 则判断该参数为datasize；如果存在非数 字的字符，则判断该参数为IP地址；其他情况则判断为主机名。参数获取的流程如图所示：开始Argc=1?检查
9、第一i个参数的第一个字符是“-”？检查第一i个参数的第二个字符是数字？该参数表示要获取的记录数转换成十进制记录到全局变量packetNUM还有参数？结束是数字？该参数中有非数字字符？该参数表示IP地址该参数表示数据报大小该参数表示主机名是“r”?显示用户帮助设标志位RecordFlag为tureI=i+1记录到变量Lpdest中记录到变量Datasize中记录到变量Lpdest中 图4.3 参数获取流程图4.ping()函数流程图ping()函数是本程序的核心部分它调用其他模块的函数来实现，其主要步骤包括创建接字，设置路由选项（如果需要的话）、设置接收和发送超时值、名字解析（如果需要的话）、分
10、配内存、创建ICMP报文、发送ICMP请求报文、接收ICMP应答报文和解读ICMP报文。其执行流程如图4.4所示。开始创建原始套接字创建成功？记录路由？设置接收和发送超时值为每个ICMP设置路由选项设置成功？名字解析？根据主机名获取各种参数获取成功？设置目的地址各项字段根据ICMP报文大小分配内存分配成功创建ICMP报文发送ICMP请求发送成功？超时发送？输出超时发送接收ICMP应答输出失败信息接收成功？超时接收？输出失败信息输出超时接收读取ICMP数据报文记录数达到指定值？图4.4 Ping函数流程图5. 代码Ping的代码：#pragma comment(lib, ws2_32.lib)1
11、. 程序预处理/*导入库文件*/#pragma comment( lib, ws2_32.lib )/*加载头文件*/#include #include #include #include #include /*定义常量*/*表示要记录路由*/#define IP_RECORD_ROUTE 0x7/*默认数据报大小*/#define DEF_PACKET_SIZE 32 /*最大的ICMP数据报大小*/#define MAX_PACKET 1024 /*最大IP头长度*/#define MAX_IP_HDR_SIZE 60 /*ICMP报文类型，回显请求*/ #define ICMP_ECHO
12、 8/*ICMP报文类型，回显应答*/ #define ICMP_ECHOREPLY 0/*最小的ICMP数据报大小*/#define ICMP_MIN 8/*自定义函数原型*/void InitPing();void UserHelp();void GetArgments(int argc, char* argv); USHORT CheckSum(USHORT *buffer, int size);void FillICMPData(char *icmp_data, int datasize);void FreeRes();void DecodeIPOptions(char *buf, i
13、nt bytes);void DecodeICMPHeader(char *buf, int bytes, SOCKADDR_IN* from);void PingTest(int timeout);/*IP报头字段数据结构*/typedef struct _iphdr unsigned int h_len:4; /*IP报头长度*/ unsigned int version:4; /*IP的版本号*/ unsigned char tos; /*服务的类型*/ unsigned short total_len; /*数据报总长度*/ unsigned short ident; /*惟一的标识符
14、*/ unsigned short frag_flags; /*分段标志*/ unsigned char ttl; /*生存期*/ unsigned char proto; /*协议类型(TCP、UDP等)*/ unsigned short checksum; /*校验和*/ unsigned int sourceIP; /*源IP地址*/ unsigned int destIP; /*目的IP地址*/ IpHeader;/*ICMP报头字段数据结构*/typedef struct _icmphdr BYTE i_type; /*ICMP报文类型*/ BYTE i_code; /*该类型中的代
15、码号*/ USHORT i_cksum; /*校验和*/ USHORT i_id; /*惟一的标识符*/ USHORT i_seq; /*序列号*/ ULONG timestamp; /*时间戳*/ IcmpHeader;/*IP选项头字段数据结构*/typedef struct _ipoptionhdr unsigned char code; /*选项类型*/ unsigned char len; /*选项头长度*/ unsigned char ptr; /*地址偏移长度*/ unsigned long addr9; /*记录的IP地址列表*/ IpOptionHeader;/*定义全局变量
16、*/SOCKET m_socket;IpOptionHeader IpOption;SOCKADDR_IN DestAddr;SOCKADDR_IN SourceAddr;char *icmp_data;char *recvbuf;USHORT seq_no ;char *lpdest;int datasize;BOOL RecordFlag;double PacketNum;BOOL SucessFlag;初始化模块/*初始化变量函数*/ void InitPing() WSADATA wsaData; icmp_data = NULL; seq_no = 0; recvbuf = NULL
17、; RecordFlag = FALSE; lpdest = NULL; datasize = DEF_PACKET_SIZE; PacketNum = 5; SucessFlag = FALSE; /*Winsock初始化*/ if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) /*如果初始化不成功则报错，GetLastError()返回发生的错误信息*/ printf(WSAStartup() failed: %dn, GetLastError(); return ; m_socket = INVALID_SOCKET;功能控制模块/*显示信息函数
18、*/void UserHelp() printf(UserHelp: ping -r data sizen); printf( -r record routen); printf( -n record amountn); printf( host remote machine to pingn); printf( datasize can be up to 1KBn); ExitProcess(-1); /*获取ping选项函数*/void GetArgments(int argc,char* argv) int i; int j; int exp; int len; int m; /*如果没
19、有指定目的地地址和任何选项*/ if(argc = 1) printf(nPlease specify the destination IP address and the ping option as follow!n); UserHelp(); for(i = 1; i =1;j-,exp+) /*根据argvij中的ASCII值计算要获取的记录条数(十进制数)*/ PacketNum += (double)(argvij-48)*pow(10,exp); else switch (tolower(argvi1) /*选项指示要获取路由信息*/ case r: RecordFlag = T
20、RUE; break; /*没有按要求提供选项*/ default: UserHelp(); break; /*参数是数据报大小或者IP地址*/ else if (isdigit(argvi0) for(m=1;m 1) cksum += *buffer+; size -= sizeof(USHORT); if (size) cksum += *(UCHAR*)buffer; /*对每个16bit进行二进制反码求和*/ cksum = (cksum 16) + (cksum & 0xffff); cksum += (cksum 16); return (USHORT)(cksum);/*填充I
21、CMP数据报字段函数*/void FillICMPData(char *icmp_data, int datasize) IcmpHeader *icmp_hdr = NULL; char *datapart = NULL; icmp_hdr = (IcmpHeader*)icmp_data; /*ICMP报文类型设置为回显请求*/ icmp_hdr-i_type = ICMP_ECHO; icmp_hdr-i_code = 0; /*获取当前进程IP作为标识符*/ icmp_hdr-i_id = (USHORT)GetCurrentProcessId(); icmp_hdr-i_cksum
22、= 0; icmp_hdr-i_seq = 0; datapart = icmp_data + sizeof(IcmpHeader); /*以数字0填充剩余空间*/ memset(datapart,0,datasize-sizeof(IcmpHeader);/*释放资源函数*/void FreeRes() /*关闭创建的套接字*/ if (m_socket != INVALID_SOCKET) closesocket(m_socket); /*释放分配的内存*/ HeapFree(GetProcessHeap(), 0, recvbuf); HeapFree(GetProcessHeap(),
23、 0, icmp_data); /*注销WSAStartup()调用*/ WSACleanup(); return ;数据报解读模块/*解读IP选项头函数*/void DecodeIPOptions(char *buf, int bytes) IpOptionHeader *ipopt = NULL; IN_ADDR inaddr; int i; HOSTENT *host = NULL; /*获取路由信息的地址入口*/ ipopt = (IpOptionHeader *)(buf + 20); printf(RR: ); for(i = 0; i ptr / 4) - 1; i+) inad
24、dr.S_un.S_addr = ipopt-addri; if (i != 0) printf( ); /*根据IP地址获取主机名*/ host = gethostbyaddr(char *)&inaddr.S_un.S_addr,sizeof(inaddr.S_un.S_addr), AF_INET); /*如果获取到了主机名，则输出主机名*/ if (host) printf(%-15s) %sn, inet_ntoa(inaddr), host-h_name); /*否则输出IP地址*/ else printf(%-15s)n, inet_ntoa(inaddr); return;/*
25、解读ICMP报头函数*/void DecodeICMPHeader(char *buf, int bytes, SOCKADDR_IN *from) IpHeader *iphdr = NULL; IcmpHeader *icmphdr = NULL; unsigned short iphdrlen; DWORD tick; static int icmpcount = 0; iphdr = (IpHeader *)buf; /*计算IP报头的长度*/ iphdrlen = iphdr-h_len * 4; tick = GetTickCount(); /*如果IP报头的长度为最大长度(基本长
26、度是20字节)，则认为有IP选项，需要解读IP选项*/ if (iphdrlen = MAX_IP_HDR_SIZE) & (!icmpcount) /*解读IP选项，即路由信息*/ DecodeIPOptions(buf, bytes); /*如果读取的数据太小*/ if (bytes sin_addr); icmphdr = (IcmpHeader*)(buf + iphdrlen); /*如果收到的不是回显应答报文则报错*/ if (icmphdr-i_type != ICMP_ECHOREPLY) printf(nonecho type %d recvdn, icmphdr-i_typ
27、e); return; /*核实收到的ID号和发送的是否一致*/ if (icmphdr-i_id != (USHORT)GetCurrentProcessId() printf(someone elses packet!n); return ; SucessFlag = TRUE; /*输出记录信息*/ printf(%d bytes from %s:, bytes, inet_ntoa(from-sin_addr); printf( icmp_seq = %d. , icmphdr-i_seq); printf( time: %d ms, tick - icmphdr-timestamp)
28、; printf(n); icmpcount+; return;Ping 测试模块/*ping函数*/void PingTest(int timeout) int ret; int readNum; int fromlen; struct hostent *hp = NULL; /*创建原始套接字，该套接字用于ICMP协议*/ m_socket = WSASocket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP, NULL, 0,WSA_FLAG_OVERLAPPED); /*如果套接字创建不成功*/ if (m_socket = INVALID_SOCKET) print
29、f(WSASocket() failed: %dn, WSAGetLastError(); return ; /*若要求记录路由选项*/ if (RecordFlag) /*IP选项每个字段用0初始化*/ ZeroMemory(&IpOption, sizeof(IpOption); /*为每个ICMP包设置路由选项*/ IpOption.code = IP_RECORD_ROUTE; IpOption.ptr = 4; IpOption.len = 39; ret = setsockopt(m_socket, IPPROTO_IP, IP_OPTIONS,(char *)&IpOption,
30、 sizeof(IpOption); if (ret = SOCKET_ERROR) printf(setsockopt(IP_OPTIONS) failed: %dn,WSAGetLastError(); /*设置接收的超时值*/ readNum = setsockopt(m_socket, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO,(char*)&timeout, sizeof(timeout); if(readNum = SOCKET_ERROR) printf(setsockopt(SO_RCVTIMEO) failed: %dn,WSAGetLastError(); retur
31、n ; /*设置发送的超时值*/ timeout = 1000; readNum = setsockopt(m_socket, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO,(char*)&timeout, sizeof(timeout); if (readNum = SOCKET_ERROR) printf(setsockopt(SO_SNDTIMEO) failed: %dn,WSAGetLastError(); return ; /*用0初始化目的地地址*/ memset(&DestAddr, 0, sizeof(DestAddr); /*设置地址族，这里表示使用IP地址族*/ Des
32、tAddr.sin_family = AF_INET; if (DestAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(lpdest) = INADDR_NONE) /*名字解析，根据主机名获取IP地址*/ if (hp = gethostbyname(lpdest) != NULL) /*将获取到的IP值赋给目的地地址中的相应字段*/ memcpy(&(DestAddr.sin_addr), hp-h_addr, hp-h_length); /*将获取到的地址族值赋给目的地地址中的相应字段*/ DestAddr.sin_family = hp-h_addrtype; pri
33、ntf(DestAddr.sin_addr = %sn, inet_ntoa(DestAddr.sin_addr); /*获取不成功*/ else printf(gethostbyname() failed: %dn,WSAGetLastError(); return ; /*数据报文大小需要包含ICMP报头*/ datasize += sizeof(IcmpHeader); /*根据默认堆句柄，从堆中分配MAX_PACKET内存块，新分配内存的内容将被初始化为0*/ icmp_data =(char*) HeapAlloc(GetProcessHeap(), HEAP_ZERO_MEMORY
34、,MAX_PACKET); recvbuf =(char*) HeapAlloc(GetProcessHeap(), HEAP_ZERO_MEMORY,MAX_PACKET); /*如果分配内存不成功*/ if (!icmp_data) printf(HeapAlloc() failed: %dn, GetLastError(); return ; /* 创建ICMP报文*/ memset(icmp_data,0,MAX_PACKET); FillICMPData(icmp_data,datasize); while(1) static int nCount = 0; int writeNum
35、; /*超过指定的记录条数则退出*/ if (nCount+ = PacketNum) break; /*计算校验和前要把校验和字段设置为0*/ (IcmpHeader*)icmp_data)-i_cksum = 0; /*获取操作系统启动到现在所经过的毫秒数，设置时间戳*/ (IcmpHeader*)icmp_data)-timestamp = GetTickCount(); /*设置序列号*/ (IcmpHeader*)icmp_data)-i_seq = seq_no+; /*计算校验和*/ (IcmpHeader*)icmp_data)-i_cksum = CheckSum(USHORT*)icmp_data, datasize); /*开始发送ICMP请求 */ writeNum = sendto(m_socket, icmp_data, datasize, 0,(struct sockaddr*)&DestAddr, sizeof(DestAddr); /*如果发送不成功*/ if (wr
