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知识储备
此题为我计算机网络期末课程设计的第二题。由于我对GUI的掌握度不高，先暂时不做图形界面。
关于ICMP报文和IP报文的详解请阅读教材。
以下为需要强调学习的知识：
ICMP数据报包括ICMP数据头及ICMP数据部分，IP数据报包括IP数据头及IP数据部分，ICMP数据报将会作为IP数据报的数据部分。
ICMP接收的报文种类中其中有两种为：回显应答报文及超时差错报文。利用这两种报文可判断出路由途中的某主机是可达的还是超时的。
Tracert的重点是对接收到的数据进行解码，与发送的数据进行对比，判断是否为当前进程发送的数据，以及是否为目的主机返回的数据。
代码
#include <iostream>
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <string>
#include <cstring>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
using namespace std;
#pragma comment(lib, "Ws2_32.lib")
//IP 报头
typedef struct
{
unsigned char hdr_len:4; //4 位头部长度
unsigned char version:4; //4 位版本号
unsigned char tos; //8 位服务类型
unsigned short total_len; //16 位总长度
unsigned short identifier; //16 位标识符
unsigned short frag_and_flags; //3 位标志加 13 位片偏移
unsigned char ttl; //8 位生存时间
unsigned char protocol; //8 位上层协议号
unsigned short checksum; //16 位校验和
unsigned long sourceIP; //32 位源 IP 地址
unsigned long destIP; //32 位目的 IP 地址
} IP_HEADER;
//ICMP 报头
typedef struct
{
BYTE type; //8 位类型字段
BYTE code; //8 位代码字段
USHORT cksum; //16 位校验和
USHORT id; //16 位标识符
USHORT seq; //16 位序列号
} ICMP_HEADER;
//报文解码结构
typedef struct
{
USHORT usSeqNo; //序列号
DWORD dwRoundTripTime; //往返时间
in_addr dwIPaddr; //返回报文的 IP 地址
} DECODE_RESULT;
//计算网际校验和函数
USHORT checksum(USHORT *pBuf,int iSize)
{
unsigned long cksum=0;
while(iSize>1)
{
cksum+=*pBuf++;
iSize-=sizeof(USHORT);
}
if(iSize)
{
cksum+=*(UCHAR *)pBuf;
}
cksum=(cksum>>16)+(cksum&0xffff);
cksum+=(cksum>>16);
return (USHORT)(~cksum);
}
//对数据包进行解码，结果封装到Decode当中
/*
buf:接收到的buf，字符串
ipacketsize:接收到的数据长度
解析结果封装到DecodeResult
ICMP类型， echo_reply是一个常量，放到全局也行
ICMP类型
*/
BOOL DecodeIcmpResponse(char * pBuf,int iPacketSize,DECODE_RESULT &DecodeResult,BYTE ICMP_ECHO_REPLY,BYTE ICMP_TIMEOUT)
{
//检查数据报大小的合法性
IP_HEADER* pIpHdr = (IP_HEADER*)pBuf; //将接收到的数据转换成ip抱头
int iIpHdrLen = pIpHdr->hdr_len * 4;//计算报文长度
//如果接收的报文长度小于IP报文长度，就退出
if (iPacketSize < (int)(iIpHdrLen+sizeof(ICMP_HEADER)))
return FALSE;
//根据 ICMP 报文类型提取 ID 字段和序列号字段
ICMP_HEADER *pIcmpHdr=(ICMP_HEADER *)(pBuf+iIpHdrLen); //根据字符串结构体指针自动匹配长度
USHORT usID,usSquNo;
//如果返回的是回显应答报文
if(pIcmpHdr->type==ICMP_ECHO_REPLY) //ICMP 回显应答报文
{
usID=pIcmpHdr->id; //报文 ID
usSquNo=pIcmpHdr->seq; //报文序列号
}
//如果返回的是超时差错报文
else if(pIcmpHdr->type==ICMP_TIMEOUT)//ICMP 超时差错报文
{
char * pInnerIpHdr=pBuf+iIpHdrLen+sizeof(ICMP_HEADER); //载荷中的 IP 头
int iInnerIPHdrLen=((IP_HEADER *)pInnerIpHdr)->hdr_len*4; //载荷中的 IP 头长
ICMP_HEADER * pInnerIcmpHdr=(ICMP_HEADER *)(pInnerIpHdr+iInnerIPHdrLen);//载荷中的 ICMP 头
usID=pInnerIcmpHdr->id; //报文 ID
usSquNo=pInnerIcmpHdr->seq; //序列号
}
//如果都不是，则退出
else
{
return false;
}
//检查 ID 和序列号以确定收到期待数据报
//检查ID是否为当前进程ID，获取的序列号是否为指定序列号
if(usID!=(USHORT)GetCurrentProcessId()||usSquNo!=DecodeResult.usSeqNo)
{
return false;
}
//记录 IP 地址并计算往返时间
DecodeResult.dwIPaddr.s_addr=pIpHdr->sourceIP;
DecodeResult.dwRoundTripTime=GetTickCount()-DecodeResult.dwRoundTripTime;
//处理正确收到的 ICMP 数据报
if (pIcmpHdr->type == ICMP_ECHO_REPLY ||pIcmpHdr->type == ICMP_TIMEOUT)
{
//输出往返时间信息
if(DecodeResult.dwRoundTripTime)
cout<<" "<<DecodeResult.dwRoundTripTime<<"ms"<<flush;
else
cout<<" "<<"<1ms"<<flush;
}
return true;
}
//跳转到下一个IP地址
char *toNextIp(char *tempIp)
{
char temp[4][4];
int ip1=0;
int ip2=0;
for(int i=0; i< strlen(tempIp); i++)
{
if(tempIp[i]=='.')
{
temp[ip1][ip2] = '\0';
ip1++;
ip2=0;
continue;
}
temp[ip1][ip2] = tempIp[i];
ip2++;
}
temp[ip1][ip2] ='\0';
if(atoi(temp[3])==254)
{
strcpy(temp[3],"1");
}
else
{
int t1 = atoi(temp[3])+1;
itoa(t1,temp[3],10);
}
char tip[17];
strcpy(tip,temp[0]);
for(int i=1; i<4; i++)
{
strcat(tip,".");
strcat(tip,temp[i]);
}
//puts(tip);
return tip;
}
int main()
{
//初始化 Windows sockets 网络环境
WSADATA wsa;
WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsa);
char begin_ip[17];
char IpAddress[17];
char end_ip[17];
cout<<"请输入起始IP地址 ：";
cin>>begin_ip;
cout<<"请输入终止IP地址：";
cin>>end_ip;
strcpy(IpAddress,begin_ip);
while(strcmp(IpAddress,end_ip)!=0)
{
bool is_reach = false;
//得到 IP 地址
u_long ulDestIP=inet_addr(IpAddress);
//转换不成功时按域名解析
if(ulDestIP==INADDR_NONE)
{
hostent * pHostent=gethostbyname(IpAddress);
if(pHostent)
{
ulDestIP=(*(in_addr*)pHostent->h_addr).s_addr;
}
else
{
cout<<"输入的 IP 地址或域名无效!"<<endl;
WSACleanup();
return 0;
}
}
cout<<"\nTracing route to "<<IpAddress<<" with a maximum of 30 hops.\n"<<endl;
//填充目地端 socket 地址
sockaddr_in destSockAddr;
ZeroMemory(&destSockAddr,sizeof(sockaddr_in));
destSockAddr.sin_family=AF_INET;//协议IPV4
destSockAddr.sin_addr.s_addr=ulDestIP;//目的IP地址
//创建原始套接字
SOCKET sockRaw=WSASocket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED);
//超时时间
int iTimeout=3000;
//接收超时
setsockopt(sockRaw,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,(char *)&iTimeout,sizeof(iTimeout));
//发送超时
setsockopt(sockRaw,SOL_SOCKET,SO_SNDTIMEO,(char *)&iTimeout,sizeof(iTimeout));
//构造 ICMP 回显请求消息，并以 TTL 递增的顺序发送报文
//ICMP 类型字段
const BYTE ICMP_ECHO_REQUEST=8; //请求回显
const BYTE ICMP_ECHO_REPLY=0; //回显应答
const BYTE ICMP_TIMEOUT=11; //传输超时
//其他常量定义
const int DEF_ICMP_DATA_SIZE=32; //ICMP 报文默认数据字段长度
const int MAX_ICMP_PACKET_SIZE=1024;//ICMP 报文最大长度（包括报头）
const DWORD DEF_ICMP_TIMEOUT=3000; //回显应答超时时间
const int DEF_MAX_HOP=30; //最大跳站数
//填充 ICMP 报文中每次发送时不变的字段
//发送缓冲区
char IcmpSendBuf[sizeof(ICMP_HEADER)+DEF_ICMP_DATA_SIZE];//发送缓冲区
memset(IcmpSendBuf, 0, sizeof(IcmpSendBuf)); //初始化发送缓冲区，用0填充
//接收缓冲区
char IcmpRecvBuf[MAX_ICMP_PACKET_SIZE]; //接收缓冲区
memset(IcmpRecvBuf, 0, sizeof(IcmpRecvBuf)); //初始化接收缓冲区，用0填充
ICMP_HEADER * pIcmpHeader=(ICMP_HEADER*)IcmpSendBuf; //发送报头
pIcmpHeader->type=ICMP_ECHO_REQUEST; //类型为请求回显,8
pIcmpHeader->code=0; //代码字段为 0
pIcmpHeader->id=(USHORT)GetCurrentProcessId(); //ID 字段为当前进程号
memset(IcmpSendBuf+sizeof(ICMP_HEADER),'E',DEF_ICMP_DATA_SIZE);//数据字段，用'E'填充
USHORT usSeqNo=0; //ICMP 报文序列号
int iTTL=1; //TTL 初始值为 1
BOOL bReachDestHost=FALSE; //循环退出标志
int iMaxHot=DEF_MAX_HOP; //循环的最大次数 30
DECODE_RESULT DecodeResult; //传递给报文解码函数的结构化参数
while(!bReachDestHost&&iMaxHot--)
{
//设置 IP 报头的 TTL 字段
setsockopt(sockRaw,IPPROTO_IP,IP_TTL,(char *)&iTTL,sizeof(iTTL));
cout<<iTTL<<flush; //输出当前序号
//填充 ICMP 报文中每次发送变化的字段
((ICMP_HEADER *)IcmpSendBuf)->cksum=0; //校验和先置为 0
((ICMP_HEADER *)IcmpSendBuf)->seq=htons(usSeqNo++); //填充序列号
((ICMP_HEADER *)IcmpSendBuf)->cksum=checksum((USHORT *)IcmpSendBuf,sizeof(ICMP_HEADER)+DEF_ICMP_DATA_SIZE); //计算校验和
//记录序列号和当前时间
DecodeResult.usSeqNo=((ICMP_HEADER*)IcmpSendBuf)->seq; //当前序号
DecodeResult.dwRoundTripTime=GetTickCount(); //当前时间
//发送 TCP 回显请求信息
sendto(sockRaw,IcmpSendBuf,sizeof(IcmpSendBuf),0,(sockaddr*)&destSockAddr,sizeof(destSockAddr));
//接收 ICMP 差错报文并进行解析处理
sockaddr_in from; //对端 socket 地址
int iFromLen=sizeof(from); //地址结构大小
int iReadDataLen; //接收数据长度
while(1)
{
//接收数据
iReadDataLen=recvfrom(sockRaw,IcmpRecvBuf,MAX_ICMP_PACKET_SIZE,0,(sockaddr*)&from,&iFromLen);
if(iReadDataLen!=SOCKET_ERROR)//有数据到达
{
//对数据包进行解码
if(DecodeIcmpResponse(IcmpRecvBuf,iReadDataLen,DecodeResult,ICMP_ECHO_REPLY,ICMP_TIMEOUT))
{
//到达目的地，退出循环
if(DecodeResult.dwIPaddr.s_addr==destSockAddr.sin_addr.s_addr)bReachDestHost=true;
//输出 IP 地址
cout<<'\t'<<inet_ntoa(DecodeResult.dwIPaddr)<<endl;
if(DecodeResult.dwIPaddr.s_addr == destSockAddr.sin_addr.s_addr)
{
//cout << inet_ntoa(destSockAddr.sin_addr)<<"可达！"<<endl;
is_reach = true;
}
break;
}
}
else if(WSAGetLastError()==WSAETIMEDOUT) //接收超时，输出*号
{
cout<<" *"<<'\t'<<"Request timed out."<<endl;
break;
}
else
{
break;
}
}
iTTL++; //递增 TTL 值
}
cout << "主机号："<<IpAddress << (is_reach? " 在线":" 不在线") <<endl;
strcpy(IpAddress,toNextIp(IpAddress));
}
}运行演示
注意：范围测试只适用于局域网。输入ip范围为 *.*.*.1~*.*.*.254 。 255为广播地址。
返回结果为对每个地址的tracert路径，及目的IP地址是否在线。
