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C++ 實戰：本機網卡 IP 數據包捕獲與解析完整指南

編輯：關於C++

項目需求

編寫 C++ 程序捕獲本機網卡上的 IP 數據包，並解析輸出關鍵字段：版本號、總長度、標志位、片偏移、協議類型、源地址、目的地址。

IP 數據報頭部結構詳解

IPv4 數據報頭部固定 20 字節，包含以下關鍵字段（位域結構）：

字段	位數	說明
版本	4	IPv4 為 4，IPv6 為 6
首部長度	4	單位 4 字節，最小 5 (20 字節)，最大 15 (60 字節)
服務類型	8	含優先權、TOS 子字段，現多忽略
總長度	16	首部+數據總字節數，最大 65535
標識	16	唯一標識數據報，分片共享同一標識
標志位	3	DF(不分片)、MF(更多片段)
片偏移	13	分片在原數據報中的偏移 (單位 8 字節)
生存時間 TTL	8	最大路由躍點數，防止循環
協議類型	8	上層協議：1=ICMP, 6=TCP, 17=UDP 等
首部校驗和	16	僅校驗首部，網際校驗和算法
源/目的地址	32+32	IPv4 地址

關鍵技術點

原始套接字：socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_IP) 接收 IP 層數據。
混亂模式：WSAIoctl(sock, SIO_RCVALL, ...) 開啟接收所有經過綁定網卡的數據包。
網絡字節序轉換：ntohs(), ntohl(), inet_ntoa() 處理大端序。
結構體對齊：使用 #pragma pack(1) 或位域確保與協議頭部一致。
管理員權限：原始套接字需要提權運行。

核心代碼實現 (Windows 平台)

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include <winsock2.h>
#include <windows.h>
#include <mstcpip.h>
#pragma comment(lib, "Ws2_32.lib")
using namespace std;

// IP 首部結構體 (對應 IPv4 固定 20 字節)
typedef struct _IP_HEAD {
    BYTE  ver_hlen;       // 版本(高4位) + 首部長度(低4位)
    BYTE  tos;            // 服務類型
    WORD  total_len;      // 總長度 (網絡序)
    WORD  id;             // 標識 (網絡序)
    WORD  flags_frag;     // 標志位(高3位) + 片偏移(低13位)
    BYTE  ttl;            // 生存時間
    BYTE  protocol;       // 協議類型
    WORD  checksum;       // 首部校驗和 (網絡序)
    DWORD src_addr;       // 源地址 (網絡序)
    DWORD dst_addr;       // 目的地址 (網絡序)
} IP_HEAD;

int packet_count = 0;

void DecodeIP(char* buffer, int len) {
    if (len < sizeof(IP_HEAD)) return;
    
    IP_HEAD* ip = (IP_HEAD*)buffer;
    cout << "第 " << ++packet_count << " 個 IP 數據包信息：" << endl;
    cout << "  版本號: " << (ip->ver_hlen >> 4) << endl;
    cout << "  首部長度: " << ((ip->ver_hlen & 0x0F) * 4) << " 字節" << endl;
    cout << "  總長度: " << ntohs(ip->total_len) << " 字節" << endl;
    cout << "  標識: 0x" << hex << ntohs(ip->id) << dec << endl;
    cout << "  標志位: DF=" << ((ip->flags_frag >> 14) & 1) 
         << " MF=" << ((ip->flags_frag >> 13) & 1) << endl;
    cout << "  片偏移: " << (ip->flags_frag & 0x1FFF) * 8 << " 字節" << endl;
    cout << "  TTL: " << (int)ip->ttl << endl;
    cout << "  協議: " << (int)ip->protocol 
         << (ip->protocol==6?" (TCP)":ip->protocol==17?" (UDP)":ip->protocol==1?" (ICMP)":"") << endl;
    cout << "  源地址: " << inet_ntoa(*(in_addr*)&ip->src_addr) << endl;
    cout << "  目的地址: " << inet_ntoa(*(in_addr*)&ip->dst_addr) << endl;
    cout << "------------------------------------------------------------" << endl;
}

int main() {
    WSADATA wsaData;
    if (WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData)) {
        cerr << "WSAStartup 失敗: " << WSAGetLastError() << endl;
        return -1;
    }
    atexit(WSACleanup);

    // 創建原始套接字
    SOCKET sock = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_IP);
    if (sock == INVALID_SOCKET) {
        cerr << "Socket 創建失敗: " << WSAGetLastError() << endl;
        return -1;
    }

    // 獲取本機 IP 並綁定
    char hostname[128];
    gethostname(hostname, sizeof(hostname));
    hostent* host = gethostbyname(hostname);
    sockaddr_in addr = {AF_INET, 0, *(in_addr*)host->h_addr_list[0]};
    if (bind(sock, (sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) == SOCKET_ERROR) {
        cerr << "綁定失敗: " << WSAGetLastError() << endl;
        closesocket(sock);
        return -1;
    }

    // 開啟混亂模式
    DWORD dwValue = 1, dwBytesReturned = 0;
    if (WSAIoctl(sock, SIO_RCVALL, &dwValue, sizeof(dwValue), 
                 NULL, 0, &dwBytesReturned, NULL, NULL) == SOCKET_ERROR) {
        cerr << "SIO_RCVALL 失敗: " << WSAGetLastError() << endl;
        closesocket(sock);
        return -1;
    }

    // 設置阻塞模式
    u_long mode = 0;
    ioctlsocket(sock, FIONBIO, &mode);

    cout << "開始捕獲數據包... (Ctrl+C 停止)" << endl;
    char buffer[65535];
    int len;
    while ((len = recv(sock, buffer, sizeof(buffer), 0)) > 0) {
        DecodeIP(buffer, len);
    }

    closesocket(sock);
    return 0;
}