C++ 捕获本机网卡的IP包并对其解析的实现

编程要求：捕获本机网卡的IP包，对捕获的IP包进行解析。要求必须输出以下字段：版本号、总长度、标志位、片偏移、协议、源地址和目的地址。

TCP/IP协议定义了一个在因特网上传输的包,称为IP数据报(IP Datagram).这是一个与硬件无关的虚拟包,由首部和数据两部分组成.首部的前一部分是固定长度,共 20 字节,是所有IP数据报必须具有的.在首部的固定部分的后面是一些可选字段,其长度是可变的。下面我们看一下IP数据包的格式：

具体的说明：

各个字段说明
版本	IP协议版本号, IPv4此字段值为4, IPv6此字段值为6
首部长度	取值范围5(0101)~15(1111), 单位为4字节,包括固定部分和可选部分, 因此首部最长为60字节, 最短为20字节(不包括选项和填充部分);
服务类型	长度为8位(由于该字段一直弃而不用, 因此不用考虑) 服务类型（TO S）(8 bit)字段包括一个3 bit的优先权子字段（取值可以从000-111所有值），4 bit的TO S子字段和1 bit未用位但必须置0
总长度	该字段长度为16位, 以字节为单位, 总长度包含IP的头部和数据部分, IP数据报最大长度为65535字节, 但是注意最大不要超过MTU的长度
标识	16位长度, 唯一标识一个数据报,可以将之当成一个计数器, 每发送一个数据包, 则该值加1, 如果数据报分片,则每个分片的标识都一样, 各个分片共享一个标识号
标志	3位标志中第一位不使用, 第二位为DF(Don`t Fragment不分片), 如果该位为1, 并且传输的数据报超过最大传输单元(MTU), 则该数据报会被丢弃, 并发送一个ICMP差错报文; 第三位MF(More Fragment更多分片),表示是否有更多的分片, 如果该位为1, 则说明后续还有分片, 最后一片MF为0
片偏移	用以指出该分段的第一个数据字节在原始数据报中的偏移位置(以8字节为单位),IP分片后每一个分组都具有自己的首部, 而且标志位相同, 但是片偏移值不同, 通过片偏移值接收端可以重新组装IP包
生存时间(TTL)	表示数据报最多可经过的路由器的数量. 取值0～255,每经过一个路由器, TTL值减1,为0时被丢弃, 并发送ICMP报文通知源主机, TTL可以避免数据报在路由器之间不断循环(Tranceroute程序的实现原理)
协议类型	指明IP层上承载的是哪个高级协议, 在分用的过程中, 协议栈知道该交给上层的哪个协议处理, 如1为ICMP, 2为IGMP, 6为TCP, 17为UDP等.
头部校验和	保证数据报头部的数据完整性,但校验不包括数据部分。这样做的目的有二：一是所有将数据封装在IP数据包中的高层协议均含有覆盖整个数据的校验和,因此IP数据报没有必要再对其所承载的数据部分进行校验。二是每经过一个路由器,IP数据报的头部要发生改变(如TTL),而数据部分不变,这样只对发生改变的头部进行校验,显然不会浪费太多的时间。为了减少计算时间,一般不用CRC校验码,而是采用更简单的网际校验和(Internet Checksum)。
选项与填充	增加首部的可变部分是为了增加IP数据报的功能, 如支持排错, 测量以及安全等, 选项长度从1到40字节不等, 取决于所选择的项目(选项为4字节整数倍,否则用0填充); 但这样就增加了每一个路由器处理数据的开销, 实际上这些选项很少被使用, 很多路由器都并不考虑IP首部的选项字段;

到这里，搞清楚IP数据包的结构体设置之后，剩下的就是基本的socket编程的模式，只不过需要设置几个选项罢了。

详细见代码，有具体的注释：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS#include <iostream>
#include <winsock2.h>
#include <windows.h>
#include <string.h>
#include <mstcpip.h>
#pragma comment(lib,"Ws2_32.lib")using namespace std;//IP首部
typedef struct tIPPackHead
{BYTE ver_hlen;      //IP协议版本和IP首部长度。高4位为版本，低4位为首部的长度(单位为4bytes)BYTE byTOS;       //服务类型WORD wPacketLen; //IP包总长度。包括首部，单位为byte。[Big endian]WORD wSequence;    //标识，一般每个IP包的序号递增。[Big endian]union{WORD Flags; //标志WORD FragOf;//分段偏移};BYTE byTTL;         //生存时间 BYTE byProtocolType; //协议类型，见PROTOCOL_TYPE定义WORD wHeadCheckSum;    //IP首部校验和[Big endian]DWORD dwIPSrc;         //源地址DWORD dwIPDes;         //目的地址BYTE Options;          //选项
} IP_HEAD;int cnt;int DecodeIP(char *buf, int len)
{int n = len;if (n >= sizeof(IP_HEAD)){IP_HEAD iphead;iphead = *(IP_HEAD*)buf;cout << "第 "<<cnt++<<" 个IP数据包信息：" << endl;cout << "协议版本:" <<(iphead.ver_hlen >> 4) << endl;cout << "首部长度:" << ((iphead.ver_hlen & 0x0F) << 2) << endl;//单位为4字节cout << "服务类型:Priority: " << (iphead.byTOS >> 5) << ",Service: " << ((iphead.byTOS >> 1) & 0x0f) << endl;cout << "IP包总长度:" << ntohs(iphead.wPacketLen) << endl; //网络字节序转为主机字节序cout << "标识:" << ntohs(iphead.wSequence) << endl;cout << "标志位:" << "DF=" << ((iphead.Flags >> 14) & 0x01) << ",MF=" << ((iphead.Flags >> 13) & 0x01) << endl;cout << "片偏移:" << (iphead.FragOf & 0x1fff) << endl;cout << "生存周期:" << (int)iphead.byTTL << endl;cout << "协议类型:" << int(iphead.byProtocolType) << endl;cout << "首部校验和:" << ntohs(iphead.wHeadCheckSum) << endl;cout << "源地址:" << inet_ntoa(*(in_addr*)&iphead.dwIPSrc) << endl;cout << "目的地址:" << inet_ntoa(*(in_addr*)&iphead.dwIPDes) << endl;cout << "==============================================================" << endl << endl;}return 0;
}
void AutoWSACleanup()
{::WSACleanup();
}
int main()
{int n;WSADATA wd;n = WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wd);if (n){cout << "WSAStartup函数错误！" << endl;return -1;}atexit(AutoWSACleanup);//创建SOCKETSOCKET sock = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_IP);if (sock == INVALID_SOCKET){cout << WSAGetLastError();return 0;}//获取本机地址char  name[128];if (-1 == gethostname(name, sizeof(name))){closesocket(sock);cout << WSAGetLastError();return 0;}struct hostent * pHostent;pHostent = gethostbyname(name);//绑定本地地址到SOCKET句柄sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_addr = *(in_addr*)pHostent->h_addr_list[0]; //IPaddr.sin_port = 8888; //端口，IP层端口可随意填if (SOCKET_ERROR == bind(sock, (sockaddr *)&addr, sizeof(addr))){closesocket(sock);cout << WSAGetLastError();return 0;}//设置该SOCKET为接收所有流经绑定的IP的网卡的所有数据，包括接收和发送的数据包u_long sioarg = 1;DWORD wt = 0;if (SOCKET_ERROR == WSAIoctl(sock, SIO_RCVALL, &sioarg, sizeof(sioarg), NULL, 0, &wt, NULL, NULL)){closesocket(sock);cout << WSAGetLastError();return 0;}//我们只需要接收数据，因此设置为阻塞IO，使用最简单的IO模型u_long bioarg = 0;if (SOCKET_ERROR == ioctlsocket(sock, FIONBIO, &bioarg)){closesocket(sock);cout << WSAGetLastError();return 0;}//开始接收数据//因为前面已经设置为阻塞IO，recv在接收到数据前不会返回。cnt = 1;char buf[65535];int len = 0;do{len = recv(sock, buf, sizeof(buf), 0);if (len > 0){DecodeIP(buf, len);}} while (len > 0);closesocket(sock);return 0;
}

最后，由于本程序是需要特权用户权限的，所以我们找到debug下的exe程序，右键以管理员权限运行即可。

结果截图：

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