Ipv4协议收发实验

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1、Ipv4 协议收发实验实验说明： 由于 tcp/ipv4协议已经集成在系统和网卡的驱动程序中，自己单独编写实现基 于 ipv4 协议收发的实验，要求对系统及硬件的相关接口能够理解和应用。其中 的工作量是很大的，在网上也没有相关可以利用的实现平台。只查到了基于 NetRiver2000 实验系统的 tcp 协议收发实验例程，该系统提供了操作系统和硬 件底层的接口用来实现函数的的编写及调用。这里，限于知识储备，我对相关 的函数及 ipv4 数据包的格式，分组，封装实现及收发流程做了分析和研究，对 tcp/ipv4的协议有了更好的理解。 1. 实验目的 IPv4协议是互联网的核心协议，它保证了网络节

2、点（包括网络设备和主机） 在网络层能够按照标准协议互相通信。IPv4地址唯一标识了网络节点。 在我们日 常使用的计算机的主机协议栈中，IPv4协议必不可少， 它能够接收网络中传送给 本机的分组，同时也能根据上层协议的要求将报文封装为IPv4分组发送出去。 本实验通过设计实现主机协议栈中的IPv4协议，让学生深入了解网络层协议 的基本原理，学习 IPv4协议基本的分组接收和发送流程。 另外，通过本实验，学生可以初步接触互联网协议栈的结构和计算机网络实 验系统，为后面进行更为深入复杂的实验奠定良好的基础。2. 实验原理TCP协议簇本身 4层：主机 -网络层（接口层）、互连层、传输层、应用层。IP协

3、议在第二层（ OSI的第三层：网络层） TCP 在第三层。（ OSI的第四层：传输层） Ipv4 数据包格式：3 实验要求在理解 TCP/Ipv4协议数据格式及处理流程的基础上， 根据计算机网络实验系统所 提供的上下层接口函数和协议中分组收发的主要流程，设计实现一个简单的 IPv4 分组收发模块。要求实现的主要功能包括： 1）IPv4分组的基本接收处理； 2）IPv4分组的封装发送； 3）理解对 IPv4协议中的选项和分片处理的原理4 . 实验内容 1） 实现IPv4分组的基本接收处理功能 对于接收到的 IPv4分组，检查目的地址是否为本地地址，并检查IPv4分组头 部中其它字段的合法性。 提

4、交正确的分组给上层协议继续处理，丢弃错误的分组 并说明错误类型。 2） 实现IPv4分组的封装发送 根据上层协议所提供的参数，封装IPv4分组，调用系统提供的发送接口函数 将分组发送出去。5接口函数 / system support #include “sysInclude.h“ / 这是Rivernet2000 系统软件提供的库函数 extern void ip_DiscardPkt(char* pBuffer,int type); /丢弃包 extern void ip_SendtoLower(char*pBuffer,int length); /交给下层 extern void ip_S

5、endtoUp(char *pBuffer,int length); /交给上层 extern unsigned int getIpv4Address(); / implemented by students int stud_ip_recv(char *pBuffer,unsigned short length) / 自己实现的本机 Ipv4数据 包接收函数 / 获取ip头信息 int version = pBuffer0 4; int headlength = pBuffer0 int timetolive = (int)pBuffer8; int headerChecksum = nto

6、hs(*(short unsigned int*)(pBuffer+10); int destinationAddress = ntohl(*(unsigned int*)(pBuffer+16); if (version != 4) /检查version ip_DiscardPkt(pBuffer,STUD_IP_TEST_VERSION_ERROR); return 1; if (headlength 5) /检查IHL ip_DiscardPkt(pBuffer,STUD_IP_TEST_HEADLEN_ERROR); return 1; if (timetolive = 0) / 检查

7、TTL ip_DiscardPkt(pBuffer,STUD_IP_TEST_TTL_ERROR); return 1; / 检查目的地址和本机地址是否相同 if (destinationAddress != getIpv4Address() return 1; int sum = 0; unsigned short int localCheckSum = 0; unsigned short int field; int offset; for(int i = 1;i = headlength*2; i+) /计算校验和 offset = (i-1)*2; if(i != 6) field =

8、 (pBufferoffset)8; field += pBufferoffset+1; sum += field; sum %= 65535; localCheckSum = 0xffff - (unsigned short int)sum; if(localCheckSum != headerChecksum) / 检验校验和 ip_DiscardPkt(pBuffer,STUD_IP_TEST_CHECKSUM_ERROR); return 1; ip_SendtoUp(pBuffer,length); return 0; int stud_ip_Upsend(char *pBuffer

9、,unsigned short len,unsigned int srcAddr, unsigned int dstAddr,byte protocol,byte ttl) char *sendBuffer = new char(len + 20); memset(sendBuffer, 0, len+20); / 填入各种 IP头信息sendBuffer0 = 0x45; unsigned short int totallen = htons(len + 20); memcpy(sendBuffer + 2, sendBuffer8 = ttl; sendBuffer9 = protocol

10、; unsigned int src = htonl(srcAddr); unsigned int dis = htonl(dstAddr); memcpy(sendBuffer + 12, memcpy(sendBuffer + 16, int sum = 0; unsigned short int localCheckSum = 0; for(int i = 0;i 10;i +) sum = sum + (sendBufferi*28) + (sendBufferi*2+1); sum %= 65535; localCheckSum = htons(0xffff - (unsigned

11、short int)sum); memcpy(sendBuffer + 10, memcpy(sendBuffer + 20, pBuffer, len); / 发送 ip_SendtoLower(sendBuffer,len+20); return 0; 6. 总结与心得体会 通过这次实验，我对 TCP/IPV4协议的工作原理和处理流程有了很好的理解， 学习了计算机之间的底层通信的实现。对Ipv4 的地址分类应用， 配置及网络传输 也有进一步理解。对所学的知识得以总结和综合运用。参考资料： NetRiver2000 网络实验系统的tcp/ip协议实验部分 【这里提供了编程的思路，其实也是需求

12、分析和算法，这样实现起来就比较容 易了】 在两个计算机端系统通信的环境中，网络的拓扑可以简化为两台计算机直接 相连，中间的具体连接方式可以抽象为一条简单的链路，如图所示。 IPv4分组收 发实验就是要在实验系统客户端的开发平台上，实现IPv4分组的接收和发送功能。客户端接收到测试服务器发送来的IPv4分组后，调用接收接口函数 stud_ip_recv( )。学生需要在这个函数中实现IPv4分组接收处理的功能。接收 处理完成后，调用接口函数ip_SendtoUp( ) 将需要上层协议进一步处理的信息 提交给上层协议； 或者调用函数 ip_DiscardPkt( ) 丢弃有错误的分组并报告错误 类

13、型。在上层协议需要发送分组时，会调用发送接口函数stud_ip_Upsend( )。学生需 要在这个函数中实现 IPv4分组封装发送的功能。 根据所传参数完成 IPv4分组的封 装，之后调用接口函数 ip_SendtoLower( )把分组交给下层完成发送。接收流程： 在接口函数 stud_ip_recv( )中，需要完成下列处理步骤（仅供参考）： 1) 检查接收到的 IPv4分组头部的字段， 包括版本号（Version ）、 头部长度（IP Head length ）、生存时间（ Time to live ）以及头校验和（ Header checksum）字段。 对于出错的分组调用 ip_D

14、iscardPkt( )丢弃，并说明错误类型。 2) 检查IPv4分组是否应该由本机接收。如果分组的目的地址是本机地址或广播 地址，则说明此分组是发送给本机的；否则调用ip_DiscardPkt( ) 丢弃，并说明 错误类型。 3) 如 果 IPV4分 组 应 该 由 本 机 接 收 ， 则 提 取 得 到 上 层 协 议 类 型 ， 调 用 ip_SendtoUp( )接口函数，交给系统进行后续接收处理。1.2 发送流程 在接口函数 stud_ip_Upsend( )中，需要完成下列处理步骤（仅供参考）： 1) 根据所传参数 （如数据大小） ，来确定分配的存储空间的大小并申请分组的存储 空间。 2) 按照IPv4协议标准填写 IPv4分组头部各字段，标识符（Identification）字 段可以使用一个随机数来填写。（注意：部分字段内容需要转换成网络字节序） 3) 完成IPv4分组的封装后， 调用ip_SendtoLower( ) 接口函数完成后续的发送处 理工作，最终将分组发送到网络中。