大部分人用ping命令只是作為查看另一個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接是否正常的一種簡(jiǎn)單方法。

在這篇文章中，作者將介紹如何用C語(yǔ)言編寫一個(gè)模擬ping命令功能的程序。?ping命令是用來(lái)查看網(wǎng)絡(luò)上另一個(gè)主機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接是否正常的一個(gè)工具。

ping命令的工作原理是：向網(wǎng)絡(luò)上的另一個(gè)主機(jī)系統(tǒng)發(fā)送ICMP報(bào)文，

如果指定系統(tǒng)得到了報(bào)文，它將把報(bào)文一模一樣地傳回給發(fā)送者，

這有點(diǎn)象潛水艇聲納系統(tǒng)中使用的發(fā)聲裝置。?例如，在Linux終端上執(zhí)行ping　localhost命令將會(huì)看到以下結(jié)果:?PING localhost.localdomain (127.0.0.1) from 127.0.0.1 : 56(84)

bytes of data.?64 bytes from localhost.localdomain (127.0.0.1): icmp_seq=0 ttl=255

time=112 usec?64 bytes from localhost.localdomain (127.0.0.1): icmp_seq=1 ttl=255

time=79 usec?64 bytes from localhost.localdomain (127.0.0.1): icmp_seq=2 ttl=255

time=78 usec?64 bytes from localhost.localdomain (127.0.0.1): icmp_seq=3 ttl=255

time=82 usec

--- localhost.localdomain ping statistics

---?4 packets transmitted, 4 packets received, 0% packet

loss?round-trip min/avg/max/mdev = 0.078/0.087/0.112/0.018

ms

由上面的執(zhí)行結(jié)果可以看到，ping命令執(zhí)行后顯示出被測(cè)試系統(tǒng)主機(jī)名和相應(yīng)IP地址、

返回給當(dāng)前主機(jī)的ICMP報(bào)文順序號(hào)、ttl生存時(shí)間和往返時(shí)間rtt(單位是毫秒，即千分之一秒)。

要寫一個(gè)模擬ping命令，這些信息有啟示作用。

要真正了解ping命令實(shí)現(xiàn)原理，就要了解ping命令所使用到的TCP/IP協(xié)議。

ICMP(Internet Control

Message,網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議)是為網(wǎng)關(guān)和目標(biāo)主機(jī)而提供的一種差錯(cuò)控制機(jī)制，

使它們?cè)谟龅讲铄e(cuò)時(shí)能把錯(cuò)誤報(bào)告給報(bào)文源發(fā)方。ICMP協(xié)議是IP層的一個(gè)協(xié)議，

但是由于差錯(cuò)報(bào)告在發(fā)送給報(bào)文源發(fā)方時(shí)可能也要經(jīng)過(guò)若干子網(wǎng)，

因此牽涉到路由選擇等問(wèn)題，所以ICMP報(bào)文需通過(guò)IP協(xié)議來(lái)發(fā)送。

ICMP數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)發(fā)送前需要兩級(jí)封裝：首先添加ICMP報(bào)頭形成ICMP報(bào)文，

再添加IP報(bào)頭形成IP數(shù)據(jù)報(bào)。如下圖所示

IP報(bào)頭?ICMP報(bào)頭?ICMP數(shù)據(jù)報(bào)

IP報(bào)頭格式?由于IP層協(xié)議是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的協(xié)議，而非端對(duì)端的協(xié)議，

它提供無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，沒(méi)有端口的概念，因此很少使用bind()和connect()函數(shù)，

若有使用也只是用于設(shè)置IP地址。發(fā)送數(shù)據(jù)使用sendto()函數(shù)，

接收數(shù)據(jù)使用recvfrom()函數(shù)。IP報(bào)頭格式如下圖：

在Linux中，IP報(bào)頭格式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(定義如下：?struct ip?{?#if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN?unsigned int ip_hl:4; /* header length */?unsigned int ip_v:4; /* version */?#endif?#if __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN?unsigned int ip_v:4; /* version */?unsigned int ip_hl:4; /* header length */?#endif?u_int8_t ip_tos; /* type of service */?u_short ip_len; /* total length */?u_short ip_id; /* identification */?u_short ip_off; /* fragment offset field */?#define IP_RF 0x8000 /* reserved fragment flag

*/?#define IP_DF 0x4000 /* dont fragment flag

*/?#define IP_MF 0x2000 /* more fragments flag

*/?#define IP_OFFMASK 0x1fff /* mask for fragmenting bits

*/?u_int8_t ip_ttl; /* time to live */?u_int8_t ip_p; /* protocol */?u_short ip_sum; /* checksum */?struct in_addr ip_src, ip_dst; /* source and dest address

*/?};

其中ping程序只使用以下數(shù)據(jù)：

IP報(bào)頭長(zhǎng)度IHL(Internet Header

Length)――以４字節(jié)為一個(gè)單位來(lái)記錄IP報(bào)頭的長(zhǎng)度，

是上述IP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的ip_hl變量。?生存時(shí)間TTL(Time To

Live)――以秒為單位，指出IP數(shù)據(jù)報(bào)能在網(wǎng)絡(luò)上停留的最長(zhǎng)時(shí)間，

其值由發(fā)送方設(shè)定，并在經(jīng)過(guò)路由的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)減一，當(dāng)該值為０時(shí)，數(shù)據(jù)報(bào)將被丟棄，

是上述IP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的ip_ttl變量。

ICMP報(bào)頭格式?ICMP報(bào)文分為兩種，一是錯(cuò)誤報(bào)告報(bào)文，二是查詢報(bào)文。每個(gè)ICMP報(bào)頭均包含類型、

編碼和校驗(yàn)和這三項(xiàng)內(nèi)容，長(zhǎng)度為８位，８位和１６位，其余選項(xiàng)則隨ICMP的功能不同而不同。

Ping命令只使用眾多ICMP報(bào)文中的兩種："請(qǐng)求回送'(ICMP_ECHO)和"請(qǐng)求回應(yīng)'(ICMP_ECHOREPLY)。

在Linux中定義如下：?#define ICMP_ECHO 0?#define ICMP_ECHOREPLY 8

這兩種ICMP類型報(bào)頭格式如下：

在Linux中ICMP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(定義如下：?struct icmp?{?u_int8_t icmp_type; /* type of message, see below

*/?u_int8_t icmp_code; /* type sub code */?u_int16_t icmp_cksum; /* ones complement checksum of struct

*/?union?{?u_char ih_pptr; /* ICMP_PARAMPROB */?struct in_addr ih_gwaddr; /* gateway address

*/?struct ih_idseq /* echo datagram */?{?u_int16_t icd_id;?u_int16_t icd_seq;?} ih_idseq;?u_int32_t ih_void;

/* ICMP_UNREACH_NEEDFRAG -- Path MTU Discovery (RFC1191)

*/?struct ih_pmtu?{?u_int16_t ipm_void;?u_int16_t ipm_nextmtu;?} ih_pmtu;

struct ih_rtradv?{?u_int8_t irt_num_addrs;?u_int8_t irt_wpa;?u_int16_t irt_lifetime;?} ih_rtradv;?} icmp_hun;?#define icmp_pptr icmp_hun.ih_pptr?#define icmp_gwaddr icmp_hun.ih_gwaddr?#define icmp_id icmp_hun.ih_idseq.icd_id?#define icmp_seq icmp_hun.ih_idseq.icd_seq?#define icmp_void icmp_hun.ih_void?#define icmp_pmvoid

icmp_hun.ih_pmtu.ipm_void?#define icmp_nextmtu

icmp_hun.ih_pmtu.ipm_nextmtu?#define icmp_num_addrs

icmp_hun.ih_rtradv.irt_num_addrs?#define icmp_wpa icmp_hun.ih_rtradv.irt_wpa?#define icmp_lifetime

icmp_hun.ih_rtradv.irt_lifetime?union?{?struct?{?u_int32_t its_otime;?u_int32_t its_rtime;?u_int32_t its_ttime;?} id_ts;?struct?{?struct ip idi_ip;?/* options and then 64 bits of data */?} id_ip;?struct icmp_ra_addr id_radv;?u_int32_t id_mask;?u_int8_t id_data[1];?} icmp_dun;?#define icmp_otime icmp_dun.id_ts.its_otime?#define icmp_rtime icmp_dun.id_ts.its_rtime?#define icmp_ttime icmp_dun.id_ts.its_ttime?#define icmp_ip icmp_dun.id_ip.idi_ip?#define icmp_radv icmp_dun.id_radv?#define icmp_mask icmp_dun.id_mask?#define icmp_data icmp_dun.id_data?};

使用宏定義令表達(dá)更簡(jiǎn)潔,其中ICMP報(bào)頭為８字節(jié),數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度最大為64K字節(jié)。

校驗(yàn)和算法――這一算法稱為網(wǎng)際校驗(yàn)和算法，把被校驗(yàn)的數(shù)據(jù)１６位進(jìn)行累加，

然后取反碼，若數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度為奇數(shù)，則數(shù)據(jù)尾部補(bǔ)一個(gè)字節(jié)的０以湊成偶數(shù)。

此算法適用于IPv4、ICMPv4、IGMPV4、ICMPv6、UDP和TCP校驗(yàn)和，

更詳細(xì)的信息請(qǐng)參考RFC1071，校驗(yàn)和字段為上述ICMP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的icmp_cksum變量。?標(biāo)識(shí)符――用于唯一標(biāo)識(shí)ICMP報(bào)文,

為上述ICMP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的icmp_id宏所指的變量。?順序號(hào)――ping命令的icmp_seq便由這里讀出，代表ICMP報(bào)文的發(fā)送順序，

為上述ICMP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的icmp_seq宏所指的變量。

ICMP數(shù)據(jù)報(bào)?Ping命令中需要顯示的信息，包括icmp_seq和ttl都已有實(shí)現(xiàn)的辦法，但還缺rtt往返時(shí)間。

為了實(shí)現(xiàn)這一功能，可利用ICMP數(shù)據(jù)報(bào)攜帶一個(gè)時(shí)間戳。使用以下函數(shù)生成時(shí)間戳：?#include?int gettimeofday(struct timeval *tp,void

*tzp)?其中timeval結(jié)構(gòu)如下：?struct timeval{?long tv_sec;?long tv_usec;?}

其中tv_sec為秒數(shù)，tv_usec微秒數(shù)。在發(fā)送和接收?qǐng)?bào)文時(shí)由gettimeofday分別生成兩個(gè)timeval結(jié)構(gòu)，

兩者之差即為往返時(shí)間,即ICMP報(bào)文發(fā)送與接收的時(shí)間差，而timeval結(jié)構(gòu)由ICMP數(shù)據(jù)報(bào)攜帶,

tzp指針表示時(shí)區(qū)，一般都不使用，賦NULL值。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)?系統(tǒng)自帶的ping命令當(dāng)它接送完所有ICMP報(bào)文后，會(huì)對(duì)所有發(fā)送和所有接收的ICMP報(bào)文進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，

從而計(jì)算ICMP報(bào)文丟失的比率。為達(dá)此目的，定義兩個(gè)全局變量：接收計(jì)數(shù)器和發(fā)送計(jì)數(shù)器，

用于記錄ICMP報(bào)文接受和發(fā)送數(shù)目。丟失數(shù)目=發(fā)送總數(shù)-接收總數(shù)，丟失比率=丟失數(shù)目/發(fā)送總數(shù)。

現(xiàn)給出模擬Ping程序功能的代碼如下：?/***********************************************************?* 作者:梁俊輝 *?* 時(shí)間:2001年10月 *?* 名稱：myping.c *?* 說(shuō)明:本程序用于演示ping命令的實(shí)現(xiàn)原理 *?***********************************************************/?#include ?#include ?#include ?#include ?#include ?#include ?#include ?#include ?#include ?#include ?#include ?#include

#define PACKET_SIZE 4096?#define MAX_WAIT_TIME 5?#define MAX_NO_PACKETS 3

char sendpacket[PACKET_SIZE];?char recvpacket[PACKET_SIZE];?int sockfd,datalen=56;?int nsend=0,nreceived=0;?struct sockaddr_in dest_addr;?pid_t pid;?struct sockaddr_in from;?struct timeval tvrecv;

void statistics(int signo);?unsigned short cal_chksum(unsigned short *addr,int

len);?int pack(int pack_no);?void send_packet(void);?void recv_packet(void);?int unpack(char *buf,int len);?void tv_sub(struct timeval *out,struct timeval

*in);

void statistics(int signo)?{ printf("\n--------------------PING

statistics-------------------\n");?printf("%d packets transmitted, %d received , %%%d

lost\n",nsend,nreceived,?(nsend-nreceived)/nsend*100);?close(sockfd);?exit(1);?}?/*校驗(yàn)和算法*/?unsigned short cal_chksum(unsigned short *addr,int

len)?{ int nleft=len;?int sum=0;?unsigned short *w=addr;?unsigned short answer=0;

/*把ICMP報(bào)頭二進(jìn)制數(shù)據(jù)以2字節(jié)為單位累加起來(lái)*/?while(nleft>1)?{ sum+=*w++;?nleft-=2;?}?/*若ICMP報(bào)頭為奇數(shù)個(gè)字節(jié)，會(huì)剩下最后一字節(jié)。把最后一個(gè)字節(jié)視為一個(gè)2字節(jié)數(shù)據(jù)的高字節(jié)，這個(gè)2字節(jié)數(shù)據(jù)的低字節(jié)為0，繼續(xù)累加*/?if( nleft==1)?{ *(unsigned char *)(&answer)=*(unsigned char

*)w;?sum+=answer;?}?sum=(sum>>16)+(sum&0xffff);?sum+=(sum>>16);?answer=~sum;?return answer;?}?/*設(shè)置ICMP報(bào)頭*/?int pack(int pack_no)?{ int i,packsize;?struct icmp *icmp;?struct timeval *tval;

icmp=(struct icmp*)sendpacket;?icmp->icmp_type=ICMP_ECHO;?icmp->icmp_code=0;?icmp->icmp_cksum=0;?icmp->icmp_seq=pack_no;?icmp->icmp_id=pid;?packsize=8+datalen;?tval= (struct timeval *)icmp->icmp_data;?gettimeofday(tval,NULL); /*記錄發(fā)送時(shí)間*/?icmp->icmp_cksum=cal_chksum( (unsigned short *)icmp,packsize);

/*校驗(yàn)算法*/?return packsize;?}

/*發(fā)送三個(gè)ICMP報(bào)文*/?void send_packet()?{ int packetsize;?while( nsend

<0?{ perror("sendto error");?continue;?}?sleep(1); /*每隔一秒發(fā)送一個(gè)ICMP報(bào)文*/?}?}

/*接收所有ICMP報(bào)文*/?void recv_packet()?{ int n,fromlen;?extern int errno;

signal(SIGALRM,statistics);?fromlen=sizeof(from);?while( nreceived

(n=recvfrom(sockfd,recvpacket,sizeof(recvpacket),0,?(struct sockaddr *)&from,&fromlen))

<0)?{ if(errno==EINTR)continue;?perror("recvfrom error");?continue;?}?gettimeofday(&tvrecv,NULL);

/*記錄接收時(shí)間*/?if(unpack(recvpacket,n)==-1)continue;?nreceived++;?}

}?/*剝?nèi)CMP報(bào)頭*/?int unpack(char *buf,int len)?{ int i,iphdrlen;?struct ip *ip;?struct icmp *icmp;?struct timeval *tvsend;?double rtt;

ip=(struct ip *)buf;?iphdrlen=ip->ip_hl<<2;

/*求ip報(bào)頭長(zhǎng)度,即ip報(bào)頭的長(zhǎng)度標(biāo)志乘4*/?icmp=(struct icmp *)(buf+iphdrlen);

/*越過(guò)ip報(bào)頭,指向ICMP報(bào)頭*/?len-=iphdrlen;

/*ICMP報(bào)頭及ICMP數(shù)據(jù)報(bào)的總長(zhǎng)度*/?if( len< /*小于ICMP報(bào)頭長(zhǎng)度則不合理*/?{ printf("ICMP packets\'s length is less than

8\n");?return -1;?}?/*確保所接收的是我所發(fā)的的ICMP的回應(yīng)*/?if( (icmp->icmp_type==ICMP_ECHOREPLY) &&

(icmp->icmp_id==pid)?{ tvsend=(struct timeval

*)icmp->icmp_data;?tv_sub(&tvrecv,tvsend);

/*接收和發(fā)送的時(shí)間差*/?rtt=tvrecv.tv_sec*1000+tvrecv.tv_usec/1000;

/*以毫秒為單位計(jì)算rtt*/?/*顯示相關(guān)信息*/?printf("%d byte from %s: icmp_seq=%u ttl=%d rtt=%.3f

ms\n",?len,?inet_ntoa(from.sin_addr),?icmp->icmp_seq,?ip->ip_ttl,?rtt);?}?else return -1;?}

main(int argc,char *argv[])?{ struct hostent *host;?struct protoent *protocol;?unsigned long inaddr=0l;?int waittime=MAX_WAIT_TIME;?int size=50*1024;

if(argc<2)?{ printf("usage:%s hostname/IP

address\n",argv[0]);?exit(1);?}

if( (protocol=getprotobyname("icmp")

==NULL)?{ perror("getprotobyname");?exit(1);?}?/*生成使用ICMP的原始套接字,這種套接字只有root才能生成*/?if( (sockfd=socket(AF_INET,SOCK_RAW,protocol->p_proto)

<0)?{ perror("socket error");?exit(1);?}?/* 回收root權(quán)限,設(shè)置當(dāng)前用戶權(quán)限*/?setuid(getuid());?/*擴(kuò)大套接字接收緩沖區(qū)到50K這樣做主要為了減小接收緩沖區(qū)溢出的?的可能性,若無(wú)意中ping一個(gè)廣播地址或多播地址,將會(huì)引來(lái)大量應(yīng)答*/?setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_RCVBUF,&size,sizeof(size)

;?bzero(&dest_addr,sizeof(dest_addr));?dest_addr.sin_family=AF_INET;

/*判斷是主機(jī)名還是ip地址*/?if( inaddr=inet_addr(argv[1])==INADDR_NONE)?{ if((host=gethostbyname(argv[1]) ==NULL)

/*是主機(jī)名*/?{ perror("gethostbyname error");?exit(1);?}?memcpy( (char

*)&dest_addr.sin_addr,host->h_addr,host->h_length);?}?else /*是ip地址*/?memcpy( (char *)&dest_addr,(char

*)&inaddr,host->h_length);?/*獲取main的進(jìn)程id,用于設(shè)置ICMP的標(biāo)志符*/?pid=getpid();?printf("PING %s(%s): %d bytes data in ICMP

packets.\n",argv[1],?inet_ntoa(dest_addr.sin_addr),datalen);?send_packet(); /*發(fā)送所有ICMP報(bào)文*/?recv_packet(); /*接收所有ICMP報(bào)文*/?statistics(SIGALRM); /*進(jìn)行統(tǒng)計(jì)*/

return 0;

}?/*兩個(gè)timeval結(jié)構(gòu)相減*/?void tv_sub(struct timeval *out,struct timeval

*in)?{ if(

(out->tv_usec-=in->tv_usec)<0)?{ --out->tv_sec;?out->tv_usec+=1000000;?}?out->tv_sec-=in->tv_sec;?}?/*------------- The End -----------*/

特別注意?只有root用戶才能利用socket()函數(shù)生成原始套接字，要讓Linux的一般用戶能執(zhí)行以上程序，

需進(jìn)行如下的特別操作：

用root登陸，編譯以上程序：gcc -o myping

myping.c，其目的有二：一是編譯，

二是讓myping屬于root用戶。

再執(zhí)行chmod u+s

myping，目的是把myping程序設(shè)成SUID的屬性。

退出root，用一般用戶登陸，執(zhí)行./myping www.cn.ibm.com，有以下執(zhí)行結(jié)果：?PING www.cn.ibm.com(202.95.2.14:

56 bytes data in ICMP packets.?64 byte from 202.95.2.148: icmp_seq=1 ttl=242 rtt=3029.000

ms?64 byte from 202.95.2.148: icmp_seq=2 ttl=242 rtt=2020.000

ms?64 byte from 202.95.2.148: icmp_seq=3 ttl=242 rtt=1010.000

ms

--------------------PING

statistics-------------------?3 packets transmitted, 3 received , %0 lost

由于myping.c是發(fā)送完所有的ICMP報(bào)文才去接收，

因此第一、第二和第三個(gè)ICMP報(bào)文的往返時(shí)間依此是3秒，２秒，１秒，

上述結(jié)果中rtt信息正反映這一事實(shí)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的用C语言实现linux的ping,用C语言实现Ping程序功能的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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