发送TCP数据包设计说明书一课程设计准备1.1课程设计目的TCP（传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的传输层协议。
TCP协议在网络层IP协议的基础上，向应用层用户进程提供可靠的、全双工的数据传输流。
本课程设计的目的就是设计一个发送TCP数据包的程序，并根据本设计说明TCP数据包的结构以及TCP协议与IP协议的关系，使学生对TCP 协议的工作原理有更深入的认识。
1.2课程设计的要求本程序的功能是填充一个TCP数据包，并发送给目的主机。
1）以命令行形式运行：SendTCP sourse_ip sourse_port dest_ip dest_port其中，SendTCP为程序名；sourse_ip为源端IP地址；sourse_port为源埠；dest_ip为目的IP地址；dest_port为目的埠。
2）其它的TCP头部参数请自行设定。
3）数据字段为“This is my homework of network,I am happy!”。
4）发送成功后在屏幕上输出”send OK”。
1.3相关知识编制本程序前要对TCP协议有一定的了解。
当应用程序有报文需要通过TCP发送时，它就将此应用层报文传送给执行TCP协议的传输实体。
TCP传输实体将用户数据加上TCP报头，形成TCP数据包，在TCP数据包上增加IP头部，形成IP包。
下图显示的是TCP数据包和IP包的关系。
TCP协议的传输单元为报文段，其格式如图所示。
报文段报头的长度为20B~60B。
其中固定长度为20B，报文段长度最多为40B。
TCP报文段主要包括以下字段。
·埠号：埠号字段包括源埠号和目的埠号。
每个埠号的长度是16位，分别表示发送该TCP包的应用进程的埠号和接收该TCP包的应用进程的埠号。
·序号：长度为32位。
由于TCP协议是面向数据流的，它所传送的报文段可以视为连续的数据流，因此需要给每一个字节编号。
序号字段的“序号”指的是本报文段数据的第一个字节的顺序号。
·确认号：该字段的长度为32位，它表示接收端希望接收的下一个TCP 包的第一个字节的序号。
·报头长度：该字段长度为4位。
TCP报头长度是以4B为一个单元来计算的，实际上报头长度在20B~60B子间。
因此这个字段的值在5~15之间。
·保留：长度为6位，留作今后使用，目前全部置0。
·控制：这个字段定义了6种不同的标志，每个标志占一位，在同一时间可以设置一位或多位。
URG为1时，表明有需要紧急处理的数据。
ACK为1时，表明确认号的字段有效。
PST位为1时，表明要强制切断连接。
SYN位为1时，表明有确立连接的请求，这时，把序号字段的初始值作为序号字段的值，以便开始通信。
FIN为1时，表明发送方已经没有资料发送了。
·窗口大小：长度为16位，窗口对应的数据是以字节为单位的数据，因此最多能够传送的数据为65535B。
·紧急指针：该字段的长度为16位，指向必须紧急处理的数据的位置，只有当标志URG=1时紧急指针才有效。
从TCP报头后面的报文资料开始，到紧急指针所指出的长度的数据，就是必须紧急处理的数据。
·选项：该字段可以多达40B，包括单字节选项和多字节选项。
·校验和：该字段长度多达16位，校验和的校验围包括伪头部、TCP报头以及应用层来的数据。
其计算方法与IP协议头部的校验的计算方法一样。
伪头部为12B，它本身并不是TCP数据包的真正头部，只是在计算校验和时，临时和TCP数据包连接在一起。
伪头部的格式如下图所示。
1.4工作环境软件：Microsoft Visual C++ 6.0；硬件：PC机一台。
二课程设计分析本课程设计的目标是发送一个TCP资料包，可以利用原始套接字来完成这个工作。
整个程序由初始化原始套接字和发送TCP数据包两个部分组成。
2.1使用原始套接字SOCKET sock;sock = socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP);或者：sock=WSASoccket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERL APPED);这里，我们设置了SOCK_RAW标志，表示我们声明的是一个原始套接字类型。
为使用发送接收超时设置,必须将标志位置位置为WSA_FLAG_OVERLAPPED。
在本课程设计中，发送TCP包时隐藏了自己的IP地址，因此我们要自己填充IP头，设置IP头操作选项。
其中flag设置为ture，并设定 IP_HDRINCL 选项，表明自己来构造IP头。
注意，如果设置IP_HDRINCL 选项，那么必须具有 administrator权限，要不就必须修改注册表：HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CurrentControlSet\Services\Afd\Paramete r\修改键：DisableRawSecurity（类型为DWORD），把值修改为 1。
如果没有，就添加。
BOOL Flag=TRUE;setsockopt(sock, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, (char *)&Flag, sizeof(Flag));int timeout=1000；setsockopt(sock, SOL_SOCKET,SO_SNDTIMEO,(char*)&timeout, sizeof(timeout));在这里我们使用基本套接字SOL_SOCKET，设置SO_SNDTIMEO表示使用发送超时设置，超时时间设置为1000ms。
2．2定义IP头部、TCP头部和伪头部的数据结构//定义IP首部typedef struct _iphdr{UCHAR h_lenver; //4位首部长度+4位IP版本号UCHAR tos; //8位服务类型TOSUSHORT total_len; //16位总长度（字节）USHORT ident; //16位标识USHORT frag_and_flags; //3位标志位UCHAR ttl; //8位生存时间 TTLUCHAR proto; //8位协议 (TCP, UDP 或其它) USHORT checksum; //16位IP首部校验和ULONG sourceIP; //32位源IP地址ULONG destIP; //32位目的IP地址}IP_HEADER;//定义TCP伪首部typedef struct psd_hdr {ULONG saddr; //源地址ULONG daddr; //目的地址UCHAR mbz; //没用UCHAR ptcl; //协议类型USHORT tcpl; //TCP长度}PSD_HEADER;//定义TCP首部typedef struct _tcphdr{USHORT th_sport; //16位源埠USHORT th_dport; //16位目的端口ULONG th_seq; //32位序列号ULONG th_ack; //32位确认号UCHAR th_lenres; //4位首部长度/6位保留字UCHAR th_flag; //6位标志位USHORT th_win; //16位窗口大小USHORT th_sum; //16位校验和USHORT th_urp; //16位紧急数据偏移量}TCP_HEADER;2.3计算校验和的子函数在填充数据包的过程中，需要调用计算校验和的函数checksum两次，分别用于校验IP头和TCP头部（加上伪头部），其实现代码如下：USHORT checksum(USHORT *buffer, int size){unsigned long cksum=0;while(size >1){cksum+=*buffer++;size -=sizeof(USHORT);}if(size ){cksum += *(UCHAR*)buffer;}cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff);cksum += (cksum >>16);return (USHORT)(~cksum);}2.4程序流程图三源代码#include <stdio.h>#include <winsock2.h>#include <ws2tcpip.h>#include <time.h>#include <windows.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>#include <iostream.h>#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")#define IPVER 4 //IP协议预定#define MAX_BUFF_LEN 65500 //发送缓冲区最大值typedef struct ip_hdr //定义IP首部{UCHAR h_verlen; //4位首部长度,4位IP版本号UCHAR tos; //8位服务类型TOS USHORT total_len; //16位总长度（字节）USHORT ident; //16位标识USHORT frag_and_flags; //3位标志位UCHAR ttl; //8位生存时间 TTLUCHAR proto; //8位协议 (TCP, UDP 或其它) USHORT checksum; //16位IP首部校验和ULONG sourceIP; //32位源IP地址ULONG destIP; //32位目的IP地址}IP_HEADER;typedef struct tsd_hdr //定义TCP伪首部{ULONG saddr; //源地址ULONG daddr; //目的地址UCHAR mbz; //没用UCHAR ptcl; //协议类型USHORT tcpl; //TCP长度}PSD_HEADER;typedef struct tcp_hdr //定义TCP首部{USHORT th_sport; //16位源埠USHORT th_dport; //16位目的端口ULONG th_seq; //32位序列号ULONG th_ack; //32位确认号UCHAR th_lenres; //4位首部长度/6位保留字UCHAR th_flag; //6位标志位USHORT th_win; //16位窗口大小USHORT th_sum; //16位校验和USHORT th_urp; //16位紧急数据偏移量}TCP_HEADER;//CheckSum:计算校验和的子函数USHORT checksum(USHORT *buffer, int size){unsigned long cksum=0;while(size >1){cksum+=*buffer++;size -=sizeof(USHORT);}if(size){cksum += *(UCHAR*)buffer;}cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff);cksum += (cksum >>16);return (USHORT)(~cksum);}int main(int argc, char* argv[]){WSADATA WSAData;SOCKET sock;IP_HEADER ipHeader;TCP_HEADER tcpHeader;PSD_HEADER psdHeader;char Sendto_Buff[MAX_BUFF_LEN]; //发送缓冲区unsigned short check_Buff[MAX_BUFF_LEN]; //检验和缓冲区const char tcp_send_data[]={"This is my homework of networt,I am happy!"};BOOL flag;int rect,nTimeOver;if (argc!= 5){printf("Useage: SendTcp soruce_ip source_port dest_ip dest_port \n");return false;}if (WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &WSAData)!=0){printf("WSAStartup Error!\n");return false;}if((sock=WSASocket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_RAW,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED))==INVALID_SOCKET){printf("Socket Setup Error!\n");return false;}flag=true;if(setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(char*)&flag,sizeof(flag ))==SOCKET_ERROR){printf("setsockopt IP_HDRINCL error!\n");return false;}nTimeOver=1000;if (setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, (char*)&nTimeOver, sizeof(nTimeOver))==SOCKET_ERROR){printf("setsockopt SO_SNDTIMEO error!\n");return false;}//填充IP首部ipHeader.h_verlen=(IPVER<<4 | sizeof(ipHeader)/sizeof(unsigned long));ipHeader.tos=(UCHAR)0;ipHeader.total_len=htons((unsignedshort)sizeof(ipHeader)+sizeof(tcpHeader)+sizeof(tcp_send_data)); ipHeader.ident=0; //16位标识ipHeader.frag_and_flags=0; //3位标志位ipHeader.ttl=128; //8位生存时间ipHeader.proto=IPPROTO_UDP; //协议类型ipHeader.checksum=0; //检验和暂时为0ipHeader.sourceIP=inet_addr(argv[1]); //32位源IP地址ipHeader.destIP=inet_addr(argv[3]); //32位目的IP地址//计算IP头部检验和memset(check_Buff,0,MAX_BUFF_LEN);memcpy(check_Buff,&ipHeader,sizeof(IP_HEADER));ipHeader.checksum=checksum(check_Buff,sizeof(IP_HEADER));//构造TCP伪首部psdHeader.saddr=ipHeader.sourceIP;psdHeader.daddr=ipHeader.destIP;psdHeader.mbz=0;psdHeader.ptcl=ipHeader.proto;psdHeader.tcpl=htons(sizeof(TCP_HEADER)+sizeof(tcp_send_data));//填充TCP首部tcpHeader.th_dport=htons(atoi(argv[4])); //16位目的端口号tcpHeader.th_sport=htons(atoi(argv[2])); //16位源埠号tcpHeader.th_seq=0; //SYN序列号tcpHeader.th_ack=0; //ACK序列号置为0//TCP长度和保留位tcpHeader.th_lenres=(sizeof(tcpHeader)/sizeof(unsignedlong)<<4|0);tcpHeader.th_flag=2; //修改这里来实现不同的标志位探测，2是SYN，1是//FIN，16是ACK探测等等tcpHeader.th_win=htons((unsigned short)16384); //窗口大小 tcpHeader.th_urp=0; //偏移大小tcpHeader.th_sum=0; //检验和暂时填为0//计算TCP校验和memset(check_Buff,0,MAX_BUFF_LEN);memcpy(check_Buff,&psdHeader,sizeof(psdHeader));memcpy(check_Buff+sizeof(psdHeader),&tcpHeader,sizeof(tcpHeader)) ;memcpy(check_Buff+sizeof(PSD_HEADER)+sizeof(TCP_HEADER),tcp_send_data,sizeof(tcp_send_data));tcpHeader.th_sum=checksum(check_Buff,sizeof(PSD_HEADER)+ sizeof(TCP_HEADER)+sizeof(tcp_send_data));//填充发送缓冲区memset(Sendto_Buff,0,MAX_BUFF_LEN);memcpy(Sendto_Buff,&ipHeader,sizeof(IP_HEADER));memcpy(Sendto_Buff+sizeof(IP_HEADER),&tcpHeader,sizeof(TCP_HEADER));memcpy(Sendto_Buff+sizeof(IP_HEADER)+sizeof(TCP_HEADER),tcp_send_data,sizeof(tcp_send_data));int datasize=sizeof(IP_HEADER)+sizeof(TCP_HEADER)+sizeof(tcp_send_data);//发送数据报的目的地址SOCKADDR_IN dest;memset(&dest,0,sizeof(dest));dest.sin_family=AF_INET;dest.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[3]);dest.sin_port=htons(atoi(argv[4]));rect=sendto(sock,Sendto_Buff,datasize, 0,(struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest));if (rect==SOCKET_ERROR){printf("send error!:%d\n",WSAGetLastError());return false;}elseprintf("send ok!\n");closesocket(sock);WSACleanup();return 1;}四运行结果与运行情况在Microsoft Visual C++ 6.0下编写源程序，然后调试成功后运行，生成可执行档sendtcp.exe。