From:?http://www.360doc.com/content/12/0429/19/1317564_207540510.shtml

大部分人用ping命令只是作為查看另一個系統(tǒng)的網(wǎng)絡連接是否正常的一種簡單方法。在這篇文章中，作者將介紹如何用C語言編寫一個模擬ping命令功能的程序。

ping命令是用來查看網(wǎng)絡上另一個主機系統(tǒng)的網(wǎng)絡連接是否正常的一個工具。ping命令的工作原理是：向網(wǎng)絡上的另一個主機系統(tǒng)發(fā)送ICMP報文，如果指定系統(tǒng)得到了報文，它將把報文一模一樣地傳回給發(fā)送者，這有點象潛水艇聲納系統(tǒng)中使用的發(fā)聲裝置。

例如，在Linux終端上執(zhí)行ping　localhost命令將會看到以下結果:

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

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由上面的執(zhí)行結果可以看到，ping命令執(zhí)行后顯示出被測試系統(tǒng)主機名和相應IP地址、返回給當前主機的ICMP報文順序號、ttl生存時間和往返時間rtt（單位是毫秒，即千分之一秒）。要寫一個模擬ping命令，這些信息有啟示作用。

要真正了解ping命令實現(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)際控制報文協(xié)議)是為網(wǎng)關和目標主機而提供的一種差錯控制機制，使它們在遇到差錯時能把錯誤報告給報文源發(fā)方。ICMP協(xié)議是IP層的一個協(xié)議，但是由于差錯報告在發(fā)送給報文源發(fā)方時可能也要經(jīng)過若干子網(wǎng)，因此牽涉到路由選擇等問題，所以ICMP報文需通過IP協(xié)議來發(fā)送。ICMP數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)發(fā)送前需要兩級封裝：首先添加ICMP報頭形成ICMP報文，再添加IP報頭形成IP數(shù)據(jù)報。如下圖所示

IP報頭

ICMP報頭

ICMP數(shù)據(jù)報

IP報頭格式

由于IP層協(xié)議是一種點對點的協(xié)議，而非端對端的協(xié)議，它提供無連接的數(shù)據(jù)報服務，沒有端口的概念，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報頭格式如下圖：

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在Linux中，IP報頭格式數(shù)據(jù)結構(<netinet/ip.h>)定義如下：

struct ip{ #if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIANunsigned int ip_hl:4; /* header length */unsigned int ip_v:4; /* version */ #endif #if __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIANunsigned int ip_v:4; /* version */unsigned int ip_hl:4; /* header length */ #endifu_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 */};

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其中ping程序只使用以下數(shù)據(jù)：

• IP報頭長度IHL（Internet Header Length）?D?D以４字節(jié)為一個單位來記錄IP報頭的長度，是上述IP數(shù)據(jù)結構的ip_hl變量。
• 生存時間TTL（Time To Live）?D?D以秒為單位，指出IP數(shù)據(jù)報能在網(wǎng)絡上停留的最長時間，其值由發(fā)送方設定，并在經(jīng)過路由的每一個節(jié)點時減一，當該值為０時，數(shù)據(jù)報將被丟棄，是上述IP數(shù)據(jù)結構的ip_ttl變量。

ICMP報頭格式

ICMP報文分為兩種，一是錯誤報告報文，二是查詢報文。每個ICMP報頭均包含類型、編碼和校驗和這三項內(nèi)容，長度為８位，８位和１６位，其余選項則隨ICMP的功能不同而不同。

Ping命令只使用眾多ICMP報文中的兩種："請求回送'(ICMP_ECHO)和"請求回應'(ICMP_ECHOREPLY)。在Linux中定義如下：

#define ICMP_ECHO 0 #define ICMP_ECHOREPLY 8

這兩種ICMP類型報頭格式如下：

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在Linux中ICMP數(shù)據(jù)結構(<netinet/ip_icmp.h>)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_lifetimeunion{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 };

使用宏定義令表達更簡潔,其中ICMP報頭為８字節(jié),數(shù)據(jù)報長度最大為64K字節(jié)。

校驗和算法?D?D這一算法稱為網(wǎng)際校驗和算法，把被校驗的數(shù)據(jù)１６位進行累加，然后取反碼，若數(shù)據(jù)字節(jié)長度為奇數(shù)，則數(shù)據(jù)尾部補一個字節(jié)的０以湊成偶數(shù)。此算法適用于IPv4、ICMPv4、IGMPV4、ICMPv6、UDP和TCP校驗和，更詳細的信息請參考RFC1071，校驗和字段為上述ICMP 數(shù)據(jù)結構的icmp_cksum變量。

標識符?D?D用于唯一標識ICMP報文, 為上述ICMP數(shù)據(jù)結構的icmp_id宏所指的變量。

順序號?D?Dping命令的icmp_seq便由這里讀出，代表ICMP報文的發(fā)送順序，為上述ICMP數(shù)據(jù)結構的icmp_seq宏所指的變量。

ICMP數(shù)據(jù)報

Ping命令中需要顯示的信息，包括icmp_seq和ttl都已有實現(xiàn)的辦法，但還缺rtt往返時間。為了實現(xiàn)這一功能，可利用ICMP數(shù)據(jù)報攜帶一個時間戳。使用以下函數(shù)生成時間戳：

#include int gettimeofday(struct timeval *tp,void *tzp) 其中timeval結構如下：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)送和接收報文時由gettimeofday分別生成兩個timeval結構，兩者之差即為往返時間,即 ICMP報文發(fā)送與接收的時間差，而timeval結構由ICMP數(shù)據(jù)報攜帶,tzp指針表示時區(qū)，一般都不使用，賦NULL值。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計

系統(tǒng)自帶的ping命令當它接送完所有ICMP報文后，會對所有發(fā)送和所有接收的ICMP報文進行統(tǒng)計，從而計算ICMP報文丟失的比率。為達此目的，定義兩個全局變量：接收計數(shù)器和發(fā)送計數(shù)器，用于記錄ICMP報文接受和發(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 ** 時間:2001年10月 ** 名稱：myping.c ** 說明:本程序用于演示ping命令的實現(xiàn)原理 ************************************************************/ #include <stdio.h> #include <signal.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <unistd.h> #include <netinet/in.h> #include <netinet/ip.h> #include <netinet/ip_icmp.h> #include <netdb.h> #include <setjmp.h> #include <errno.h>#define PACKET_SIZE 4096 #define MAX_WAIT_TIME 5 #define MAX_NO_PACKETS 3char 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報頭二進制數(shù)據(jù)以2字節(jié)為單位累加起來*/while(nleft>1){ sum+=*w++;nleft-=2;}/*若ICMP報頭為奇數(shù)個字節(jié)，會剩下最后一字節(jié)。把最后一個字節(jié)視為一個2字節(jié)數(shù)據(jù)的高字節(jié)，這個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; } /*設置ICMP報頭*/ 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)送時間*/icmp->icmp_cksum=cal_chksum( (unsigned short *)icmp,packsize); /*校驗算法*/return packsize; }/*發(fā)送三個ICMP報文*/ void send_packet() { int packetsize;while( nsend<MAX_NO_PACKETS){ nsend++;packetsize=pack(nsend); /*設置ICMP報頭*/if( sendto(sockfd,sendpacket,packetsize,0,(struct sockaddr *)&dest_addr,sizeof(dest_addr) )<0 ){ perror("sendto error");continue;}sleep(1); /*每隔一秒發(fā)送一個ICMP報文*/} }/*接收所有ICMP報文*/ void recv_packet() { int n,fromlen;extern int errno;signal(SIGALRM,statistics);fromlen=sizeof(from);while( nreceived<nsend){ alarm(MAX_WAIT_TIME);if( (n=recvfrom(sockfd,recvpacket,sizeof(recvpacket),0,(struct sockaddr *)&from,&fromlen)) <0){ if(errno==EINTR)continue;perror("recvfrom error");continue;}gettimeofday(&tvrecv,NULL); /*記錄接收時間*/if(unpack(recvpacket,n)==-1)continue;nreceived++;}} /*剝?nèi)CMP報頭*/ 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報頭長度,即ip報頭的長度標志乘4*/icmp=(struct icmp *)(buf+iphdrlen); /*越過ip報頭,指向ICMP報頭*/len-=iphdrlen; /*ICMP報頭及ICMP數(shù)據(jù)報的總長度*/if( len<8) /*小于ICMP報頭長度則不合理*/{ 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*/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)送的時間差*/rtt=tvrecv.tv_sec*1000+tvrecv.tv_usec/1000; /*以毫秒為單位計算rtt*//*顯示相關信息*/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權限,設置當前用戶權限*/setuid(getuid());/*擴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,若無意中ping一個廣播地址或多播地址,將會引來大量應答*/setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_RCVBUF,&size,sizeof(size) );bzero(&dest_addr,sizeof(dest_addr));dest_addr.sin_family=AF_INET;/*判斷是主機名還是ip地址*/if( inaddr=inet_addr(argv[1])==INADDR_NONE){ if((host=gethostbyname(argv[1]) )==NULL) /*是主機名*/{ 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的進程id,用于設置ICMP的標志符*/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報文*/recv_packet(); /*接收所有ICMP報文*/statistics(SIGALRM); /*進行統(tǒng)計*/return 0;} /*兩個timeval結構相減*/ 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 -----------*/

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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)行結果：

PING www.cn.ibm.com(202.95.2.148): 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-------------------

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C语言实现ICMP协议Ping命令的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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