计算机网络课程设计

说明书

题    目： IP数据包抓获及分析 

系    别： 计算机科学与工程学院

专    业：     软件工程        

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学    号：  **********         

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题目类型： 理论研究   实验研究   工程设计   工程技术研究   软件开发

2011年   3月  25日

1设计任务………………………………………………………………………………1

1 需求分析…………………………………………………………………………1

1.1功能需求……………………………………………………………………… 1

1.2界面需求 ………………………………………………………………………1

1.3输入输出需求……………………………………………………………………… 1

3 总体设计……………………………………………………………………… 1

3.1设计技术……………………………………………………………………… 1

3.2功能设计 ………………………………………………………………………1

3.3IP数据包结构分析……………………………………………………… 1

4 详细设计…………………………………………………………………… 2

4.1界面设计……………………………………………………………………… 2

4.2详细功能设计 ………………………………………………………………………3

5 设计总结……………………………………………………………………… 9

6 使用说明…………………………………………………………………………… 10

1设计任务

    本课程设计的内容是设计一个IP数据包的捕获解析器，将结果显示在输出设备上，并且保存为系统日志。

1 需求分析

2.1功能需求

  能够对网络上的数据包进行捕获，分析，显示结果。保存为日志文件。

2.2界面需求

  主面板，显示结果输出控制台，操作工具栏，网络端口选择界面

2.3输入输出需求

  选择网络端口，打开IE浏览器上网，接收数据，数据包分析结果在输出面板上显示。

3 总体设计

3.1设计技术

使用java来开发本次课程设计，运用Jpcap类库来解决网络数据包的捕获分析问题，JPCAP实际上并非一个真正去实现对数据链路层的控制，而是一个中间件，JPCAP调用wincap/libpcap，而给 JAVA语言提供一个公共的接口，从而实现了平台无关性。

3.2功能设计

  首先要检测本机的网络端口，选择网络端口后对其监控，当它接收或者发送数据包的时候进行捕获，对捕获的数据包进行分析，对于IP报文的结构的主要信息输出在显示界面，保存后可以随时用本程序进行查看。

3.3IP数据包结构分析

0          4          8          16          19          24        31

报头标长字段为4位,它定义了以4B为一个单位的IP包的报文长度.报头中除了选项字段和填充域字段外,其他各字段是定长的.因此,IP数据包的头长度在20—40B之间,是可变的。

服务类型(TOS)子域和3位优先级子域组成,1位为保留位,该字段结构如图

B7  b6   b5       b4        b3          b2          b1         b0

标识字段的长度为16位,用于识别IP数据包的编号.每批数据都要有一个标识值,用于让目的主机判断新来的数据属于哪个分组.

报头中的标志字段如图7-3所示.标志字段共3位,最高位是0.禁止分片标志DF(do not fragment)字段的值若为1,表示不能对数据包分片;若DF值为0,则表明可以分片.分片标志MF(    more fragment)的值为1,表示接收到的不是最后一个分片;若MF值为0,表示接收到的是最后一个分片.

片偏移字段共13位,说明分片在整个数据包中的相对位置.片偏移值是以8B为单位来记数的,因此选择的分片长度应该是8B的整数倍.

生存时间(TTL)字段为8位,用来设置数据包在互联网络的传输过程的寿命,通常是用一个数据包可以经过的最多的路由器跳步数来限定的.

协议字段为8位,表示使用此IP数据包的高层协议类型

头校验和字段为16位，用于存放检查报头错误的校验码。检验的范围是整个IP包的报头

4 详细设计

4.1界面设计

  显示网卡信息

选择网卡

4.2详细功能设计

  获得网卡配置信息

要想从网络中捕获数据包，第一件必须要做的事就是获取本机的网络接口列表。Jpcap提供了方法JpcapCaptor.getDeviceList()完成这个任务，该方法返回一组NetworkInterface对象。

    NetworkInterface接口对象包含了对应网络接口的一些信息，例如：名称、描述、IP以及MAC地址以及数据链路层名称和描述。

public NetworkInterface[] getDevices() {

devices = JpcapCaptor.getDeviceList();

return devices;

}

// 获得网卡接口list描述

public void desNetworkInterface() {

sb.append("************************网卡信息****************************************\\n");

sb.append("总共有 " + devices.length + " 个网络设备接口\\n"); 

for (int i = 0; i < devices.length; i++) {

sb.append("\\n设备接口" + (i + 1) + ":\\n"); 

sb.append("网络接口名称:" + devices[i].name+"\\n"); 

// 选中一个网卡接口进行监听

if (!(devices[i].name.contains("GenericDialupAdapter"))) {

device = devices[i];

} 

sb.append("网络接口描述:" + devices[i].description+"\\n"); 

sb.append("数据链路层名称:" + devices[i].datalink_name+"\\n");

sb.append("数据链路层描述:" + devices[i].datalink_description+"\\n");

sb.append("是否是LOOPBACK设备:" + devices[i].loopback+"\\n");

sb.append("MAC地址:"); 

int flag = 0;

for (byte b : devices[i].mac_address) {

flag++;

if (flag < devices[i].mac_address.length) {

sb.append(Integer.toHexString(b & 0xff) + ":"); 

} else

sb.append(Integer.toHexString(b & 0xff)+"\\n"); 

}

}

sb.append("**********************************************************************\\n");

获得一个网卡的接口连接

一旦有了网络接口列表就可以从选定用于捕获数据包的网络接口，可以使用方法JpcapCaptor.openDevice()来打开网络接口。

调用JpcapCaptor.openDevice()方法必须指定下列参数：

名称                        目的

NetworkInterderface       要打开的网络接口。

intrface                    

int snaplen                一次捕获数据包的最大byte数。

boolean prommics            是否采用混乱模式

混乱模式中，可以捕获所有数据包，即便源MAC或目的MAC地址与打开的网络接口的MAC地址不相同。而非混乱模式中只能捕获由宿主机发送和接收的数据包。

int to_ms                    捕获的数据包的超时设置（数量级为毫秒）。

//获得一个网卡接口的连接

public void getCap(NetworkInterface nInterface, boolean mixMode,String filter){ 

try {

jCaptor = JpcapCaptor.openDevice(nInterface, 2048, mixMode, 5000);

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

}

开始捕获数据包

首先定义一个实现PacketReceiver接口的类。PacketReceiver接口中定义了receivePacket()方法，只需实现receivePacket()这个方法。在类定义的时候继承PacketReceiver,然后在类中实现

public void receivePacket(Packet packet) {

packets.add(packet); //捕获包并保存到链表中

analysis(packet);//分析包

}

数据包分析

  分析IP数据包

if(packet instanceof IPPacket){        //分析IP

IPPacket iPacket = (IPPacket)packet;

sb.append("---IP版本: "+iPacket.version+" ---\\n"); 

if(iPacket.version==4){                //分析IPv4协议

sb.append("Type of service:"+iPacket.rsv_tos+"\\n");

sb.append("Priority:"+iPacket.priority+"\\n");

sb.append("Packet Length:"+iPacket.length+"\\n");

sb.append("Identification:"+iPacket.ident+"\\n");

sb.append("Don't Frag? "+iPacket.dont_frag+"\\n");

sb.append("More Frag? "+iPacket.more_frag+"\\n"); 

sb.append("Frag Offset:"+iPacket.offset+"\\n");

sb.append("Time to Live:"+iPacket.hop_limit+"\\n");

sb.append("Protocol:"+iPacket.protocol+"        (TCP = 6; UDP = 17)\\n");

sb.append("Source address:"+iPacket.src_ip.toString()+"\\n");

sb.append("Destination address:"+iPacket.dst_ip.toString()+"\\n");

sb.append("Options:"+iPacket.option+"\\n");

sb.append("------------------\\n"); 

}

分析以太网帧信息

if(dPacket instanceof EthernetPacket){                //分析以太网帧

EthernetPacket ePacket = (EthernetPacket)dPacket;

sb.append("src_mac:"); 

int flag1 = 0;

for(byte b:ePacket.src_mac){

flag1++;

if(flag1sb.append(Integer.toHexString(b & 0xff)+":"); 

}else

sb.append(Integer.toHexString(b & 0xff)+"\\n"); 

}

sb.append("dst_mac:"); 

int flag2 = 0;

for(byte b:ePacket.dst_mac){

flag2++;

if(flag2sb.append(Integer.toHexString(b & 0xff)+":"); 

}else

sb.append(Integer.toHexString(b & 0xff)+"\\n"); 

}

sb.append("frametype:"+Integer.toHexString(ePacket.frametype & 0xffff)+"\\n");

sb.append("------------------\\n");

}else{

sb.append(dPacket+"\\n");

sb.append("------------------\\n");

}

将数据保存

// 保存捕获包于文件中

public void saveFile(String fileName) {

if(jCaptor == null){

JOptionPane.showMessageDialog(null, "No Packet yet!

}else{

try {

writer = JpcapWriter.openDumpFile(jCaptor, fileName);

while (packets.size() != 0) {

writer.writePacket(packets.removeFirst());

}

writer.close();

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

} 

} 

}

这里传送的参数fileName在主窗口的代码中生成：

else if(e.getSource()==F_save){

JFileChooser chooser = new JFileChooser();

int returnType = chooser.showSaveDialog(null);

if(returnType==JFileChooser.APPROVE_OPTION){

File file = chooser.getSelectedFile(); 

                String fileName = file.getAbsolutePath();

                cPacket.saveFile(fileName);                

}

用线程对端口进行实时监控

public CatchPacket cPacket ;

Thread thread = new Thread(cPacket);

public void run() {

while(true){

try { 

Thread.sleep(5000);

beginCatch(); 

} catch (InterruptedException e) { 

e.printStackTrace();

}

}

}

5 设计总结

  本次课程设计用时大概4天左右，主要的时间是在前期对JPCAP的了解，查询了相关的资料，编写简单的测试程序用于测试JPCAP的方法使用，然后还要比较深入的去了解IP报文的格式，知道JPCAP里的用JPCAPTOR来得到包的各项数据，解决了这些基本的操作的技术之后开始做界面设计，由于局限于功能的简单，本次设计的界面也很简单，主要包括一个主要的操作界面，用菜单工具栏开操作。经过这次课程设计以后，我觉得最主要的是更加的了解了IP报文的结构，对JPCAP的使用还是次要，因为它都已经封装好了方法，只需要调用就可以了，另外在对端口的监控的时候也运用了线程的方法，在设计的过程中还涉及到了其他方面的知识，如ARP以及UDP等协议的解析，还有了解到数据包在网络传输中的安全性问题。

6 使用说明

  首先运行程序，可以看到菜单栏中有文件和选项2项，文件包括了打开，保存，退出。选项包括了显示本机网卡信息，网络端口选择，开始，停止。先选择网络端口，模式，报文类型

单击GO

然后单击选项中的开始，程序开始对选择的端口检测

可以打开本机的浏览器，浏览一个网站，可以看到程序开始显示捕获数据包的分析结果，单击选项中的停止终止对端口的监控。

文件->保存

输入文件名后就可以保存了，用本程序的打开功能就可以打开保存后的文件下载本文