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类型为8表示请求3522vip靠谱吗:, 今天接到需求要实现ping的功能

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PING(Packet InterNet
Groper)中文名为因特网包探索器,是用来查看网络上另一个主机系统的网络连接是否正常的一个工具。ping命令的工作原理是:向网络上的另一个主机系统发送ICMP报文,如果指定系统得到了报文,它将把回复报文传回给发送者,这有点象潜水艇声纳系统中使用的发声装置。所以,我们想知道我这台主机能不能和另一台进行通信,我们首先需要确认的是我们两台主机间的网络是不是通的,也就是我说的话能不能传到你那里,这是双方进行通信的前提。在Linux下使用指令ping的方法和现象如下:

IP头部:

linux原始套接字(2)-icmp请求与接收,linux-icmp

一.概述                                                   

上一篇arp请求使用的是链路层的原始套接字。icmp封装在ip数据报里面,所以icmp请求可以直接使用网络层的原始套接字,即socket()第一个参数是PF_INET。如下:

1 sockfd = socket(PF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);

icmp报文不同的类型有不同的格式,我们以icmp回显请求和会显应答报文格式(即ping程序使用的报文类型)为例:

3522vip靠谱吗 1

类型为8表示请求,为0表示应答。校验和要自己计算,标识符一般为程序的进程ID号。序号自定义,一般从1开始。选项数据里面可以放时间戳,用作计算ping一次的花费时间!

icmp报文结构定义在netinet/ip_icmp.h

 1 struct icmp
 2 {
 3   u_int8_t  icmp_type;    /* type of message, see below */
 4   u_int8_t  icmp_code;    /* type sub code */
 5   u_int16_t icmp_cksum;    /* ones complement checksum of struct */
 6   union
 7   {
 8     u_char ih_pptr;        /* ICMP_PARAMPROB */
 9     struct in_addr ih_gwaddr;    /* gateway address */
10     struct ih_idseq        /* echo datagram */
11     {
12       u_int16_t icd_id;
13       u_int16_t icd_seq;
14     } ih_idseq;
15     u_int32_t ih_void;
16 
17     /* ICMP_UNREACH_NEEDFRAG -- Path MTU Discovery (RFC1191) */
18     struct ih_pmtu
19     {
20       u_int16_t ipm_void;
21       u_int16_t ipm_nextmtu;
22     } ih_pmtu;
23 
24     struct ih_rtradv
25     {
26       u_int8_t irt_num_addrs;
27       u_int8_t irt_wpa;
28       u_int16_t irt_lifetime;
29     } ih_rtradv;
30   } icmp_hun;
31 #define    icmp_pptr    icmp_hun.ih_pptr
32 #define    icmp_gwaddr    icmp_hun.ih_gwaddr
33 #define    icmp_id        icmp_hun.ih_idseq.icd_id
34 #define    icmp_seq    icmp_hun.ih_idseq.icd_seq
35 #define    icmp_void    icmp_hun.ih_void
36 #define    icmp_pmvoid    icmp_hun.ih_pmtu.ipm_void
37 #define    icmp_nextmtu    icmp_hun.ih_pmtu.ipm_nextmtu
38 #define    icmp_num_addrs    icmp_hun.ih_rtradv.irt_num_addrs
39 #define    icmp_wpa    icmp_hun.ih_rtradv.irt_wpa
40 #define    icmp_lifetime    icmp_hun.ih_rtradv.irt_lifetime
41   union
42   {
43     struct
44     {
45       u_int32_t its_otime;
46       u_int32_t its_rtime;
47       u_int32_t its_ttime;
48     } id_ts;
49     struct
50     {
51       struct ip idi_ip;
52       /* options and then 64 bits of data */
53     } id_ip;
54     struct icmp_ra_addr id_radv;
55     u_int32_t   id_mask;
56     u_int8_t    id_data[1];
57   } icmp_dun;
58 #define    icmp_otime    icmp_dun.id_ts.its_otime
59 #define    icmp_rtime    icmp_dun.id_ts.its_rtime
60 #define    icmp_ttime    icmp_dun.id_ts.its_ttime
61 #define    icmp_ip        icmp_dun.id_ip.idi_ip
62 #define    icmp_radv    icmp_dun.id_radv
63 #define    icmp_mask    icmp_dun.id_mask
64 #define    icmp_data    icmp_dun.id_data
65 };

二.icmp请求代码                                   

  1 /**
  2  * @file icmp_request.c
  3  */
  4 
  5 #include <stdio.h>
  6 #include <stdlib.h>
  7 #include <string.h>
  8 #include <unistd.h>
  9 #include <sys/socket.h>
 10 #include <arpa/inet.h>
 11 #include <netinet/in.h>
 12 #include <netinet/ip_icmp.h>
 13 #include <sys/time.h>
 14 
 15 /* icmp报文长度 */
 16 #define ICMP_PACKET_LEN sizeof(struct icmp)
 17 
 18 void err_exit(const char *err_msg)
 19 {
 20     perror(err_msg);
 21     exit(1);
 22 }
 23 
 24 /* 校验和 */
 25 unsigned short check_sum(unsigned short *addr, int len)
 26 {
 27     int nleft = len;
 28     int sum = 0;
 29     unsigned short *w = addr;
 30     unsigned short answer = 0;
 31 
 32     while(nleft > 1)
 33     {
 34         sum += *w++;
 35         nleft -= 2;
 36     }
 37     if(nleft == 1)
 38     {
 39         *(unsigned char *)(&answer) = *(unsigned char *)w;
 40         sum += answer;
 41     }
 42 
 43     sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff);
 44     sum += (sum >> 16);
 45     answer = ~sum;
 46 
 47     return answer;
 48 }
 49 
 50 /* 填充icmp报文 */
 51 struct icmp *fill_icmp_packet(int icmp_type, int icmp_sequ)
 52 {
 53     struct icmp *icmp_packet;
 54 
 55     icmp_packet = (struct icmp *)malloc(ICMP_PACKET_LEN);
 56     icmp_packet->icmp_type = icmp_type;
 57     icmp_packet->icmp_code = 0;
 58     icmp_packet->icmp_cksum = 0;
 59     icmp_packet->icmp_id = htons(getpid());
 60     icmp_packet->icmp_seq = icmp_sequ;
 61     /* 发送时间 */
 62     gettimeofday((struct timeval *)icmp_packet->icmp_data, NULL);
 63     /* 校验和 */
 64     icmp_packet->icmp_cksum = check_sum((unsigned short *)icmp_packet, ICMP_PACKET_LEN);
 65 
 66     return icmp_packet;
 67 }
 68 
 69 /* 发送icmp请求 */
 70 void icmp_request(const char *dst_ip, int icmp_type, int icmp_sequ)
 71 {
 72     struct sockaddr_in dst_addr;
 73     struct icmp *icmp_packet;
 74     int sockfd, ret_len;
 75     char buf[ICMP_PACKET_LEN];
 76 
 77     /* 请求的地址 */
 78     bzero(&dst_addr, sizeof(struct sockaddr_in));
 79     dst_addr.sin_family = AF_INET;
 80     dst_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(dst_ip);
 81 
 82     if ((sockfd = socket(PF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP)) == -1)
 83         err_exit("sockfd()");
 84 
 85     /* icmp包 */
 86     icmp_packet = fill_icmp_packet(icmp_type, icmp_sequ);
 87     memcpy(buf, icmp_packet, ICMP_PACKET_LEN);
 88 
 89     /* 发送请求 */
 90     ret_len = sendto(sockfd, buf, ICMP_PACKET_LEN, 0, (struct sockaddr *)&dst_addr, sizeof(struct sockaddr_in));
 91     if (ret_len > 0)
 92         printf("sendto() ok!!!\n");
 93 
 94     close(sockfd);
 95 }
 96 
 97 int main(int argc, const char *argv[])
 98 {
 99     if (argc != 2)
100     {
101         printf("usage:%s dst_ip\n", argv[0]);
102         exit(1);
103     }
104 
105     /* 发送icmp请求 */
106     icmp_request(argv[1], 8, 1);
107 
108     return 0;
109 }

流程:命令行接收icmp请求的目标IP,106行发送请求,指定icmp类型是8,序列号是1。然后通过目标IP地址创建网络地址结构,接着创建ICMP类型的原始套接字,填充icmp报文,并把发送时间填到icmp的数据结构。

三.icmp接收代码                                   

 1 /**
 2  * @file icmp_recv.c
 3  */
 4 
 5 #include <stdio.h>
 6 #include <stdlib.h>
 7 #include <string.h>
 8 #include <unistd.h>
 9 #include <sys/time.h>
10 #include <sys/socket.h>
11 #include <arpa/inet.h>
12 #include <netinet/in.h>
13 #include <netinet/ip.h>
14 #include <netinet/ip_icmp.h>
15 
16 /* IP首部长度 */
17 #define IP_HEADER_LEN sizeof(struct ip)
18 /* icmp报文长度 */
19 #define ICMP_PACKET_LEN sizeof(struct icmp)
20 /* IP + ICMP长度 */
21 #define IP_ICMP_PACKET_LEN IP_HEADER_LEN + ICMP_PACKET_LEN
22 
23 void err_exit(const char *err_msg)
24 {
25     perror(err_msg);
26     exit(1);
27 }
28 
29 /* 计算发送时间与接收时间的毫秒差 */
30 float time_interval(struct timeval *recv_time, struct timeval *send_time)
31 {
32     float msec = 0;
33 
34     /* 如果接收的时间微妙小于发送的微妙 */
35     if (recv_time->tv_usec < send_time->tv_usec)
36     {
37         recv_time->tv_sec -= 1;
38         recv_time->tv_usec += 1000000;
39     }
40     msec = (recv_time->tv_sec - send_time->tv_sec) * 1000.0 + (recv_time->tv_usec - send_time->tv_usec) / 1000.0;
41 
42     return msec;
43 }
44 
45 int main(void)
46 {
47     struct ip *ip_header;
48     struct icmp *icmp_packet;
49     char buf[IP_ICMP_PACKET_LEN];
50     struct timeval *recv_timeval, *send_timeval;
51     int sockfd, ret_len;
52 
53     if ((sockfd = socket(PF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP)) == -1)
54         err_exit("sockfd()");
55 
56     recv_timeval = malloc(sizeof(struct timeval));
57     while (1)
58     {
59         ret_len = recv(sockfd, buf, IP_ICMP_PACKET_LEN, 0);
60         if (ret_len > 0)
61         {
62             /* 接收时间 */
63             gettimeofday(recv_timeval, NULL);
64             /* 取出ip首部 */
65             /* 取出icmp报文 */
66             ip_header = (struct ip *)buf;
67             icmp_packet = (struct icmp *)(buf + IP_HEADER_LEN);
68             /* 取出发送时间 */
69             send_timeval = (struct timeval *)icmp_packet->icmp_data;
70             printf("===============================\n");
71             printf("from ip:%s\n", inet_ntoa(ip_header->ip_src));
72             printf("icmp_type:%d\n", icmp_packet->icmp_type);
73             printf("icmp_code:%d\n", icmp_packet->icmp_code);
74             printf("time interval:%.3fms\n", time_interval(recv_timeval, send_timeval));
75         }
76     }
77 
78     free(recv_timeval);
79     close(sockfd);
80     return 0;
81 }

流程:创建ICMP类型的原始套接字后直接接收。首先获取接收时间,然后依次取出ip首部,icmp报文,再取出icmp的请求时间。从ip首部获取源ip地址,从icmp报文获取该报文的类型,代码号,通过发送时间和接收时间计算毫秒差!

四.实验                                                   

1.打开wireshark一起观察。以root运行icmp_recv,再运行icmp_request

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可以看到icmp的类型是0,代码也是0。响应时间跟我们的程序差不多。

2.现在我们请求一个不可达的ip地址

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主机不可达时,返回的icmp报文类型是3,代码是1。报文结构不同,取出的发送时间是不正常的,所以这里计算的时间间隔也不正常。wireshark里面的结果是,本机自动广播了一个arp请求,但没有机器回答本机。

部分icmp类型:

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一.概述 上一篇arp请求使用的是 链路层
的原始套接字。icmp封装在ip数据报里面,所以icmp请求可…

一、ICMP包的封装和解封

(1) ICMP协议理解

要进行PING的开发,我们首先需要知道PING的实现是基于ICMP协议来开发的。要进行ICMP包的封装和解封,我们首先需要理解ICMP协议。ICMP位于网络层,允许主机或者路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。ICMP报文是封装在IP数据报中,作为其中的数据部分。ICMP报文作为IP层数据报的数据,加上数据报头,组成IP数据报发送出去。ICMP报文格式如下:

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ICMP报文的种类有两种,即ICMP差错报告报文和ICMP询问报文。PING程序使用的ICMP报文种类为ICMP询问报文。注意一下上面说到的ICMP报文格式中的“类型”字段,我们在组包的时候可以向该字段填写不同的值来标定该ICMP报文的类型。下面列出的是几种常用的ICMP报文类型。

3522vip靠谱吗 9

我们的PING程序需要用到的ICMP的类型是回送请求(8)。

因为ICMP报文的具体格式会因为ICMP报文的类型而各不相同,我们ping包的格式是这样的:

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(2) ICMP包的组装

对照上面的ping包格式,我们封装ping包的代码可以这么写:

void icmp_pack(struct icmp* icmphdr, int seq, int length)
{
    int i = 0;

    icmphdr->icmp_type = ICMP_ECHO;  //类型填回送请求
    icmphdr->icmp_code = 0;   
    icmphdr->icmp_cksum = 0; //注意,这里先填写0,很重要!
    icmphdr->icmp_seq = seq;  //这里的序列号我们填1,2,3,4....
    icmphdr->icmp_id = pid & 0xffff;  //我们使用pid作为icmp_id,icmp_id只是2字节,而pid有4字节
    for(i=0;i<length;i++)
    {
        icmphdr->icmp_data[i] = i;  //填充数据段,使ICMP报文大于64B
    }

    icmphdr->icmp_cksum = cal_chksum((unsigned short*)icmphdr, length); //校验和计算
}

这里再三提醒一下,icmp_cksum
必须先填写为0再执行校验和算法计算,否则ping时对方主机会因为校验和计算错误而丢弃请求包,导致ping的失败。我一个同事曾经就因为这么一个错误而排查许久,血的教训请铭记。

这里简单介绍一下checksum(校验和)。

计算机网络通信时,为了检验在数据传输过程中数据是否发生了错误,通常在传输数据的时候连同校验和一块传输,当接收端接受数据时候会从新计算校验和,如果与原校验和不同就视为出错,丢弃该数据包,并返回icmp报文。

算法基本思路:

IP/ICMP/IGMP/TCP/UDP等协议的校验和算法都是相同的,采用的都是将数据流视为16位整数流进行重复叠加计算。为了计算检验和,首先把检验和字段置为0。然后,对有效数据范围内中每个16位进行二进制反码求和,结果存在检验和字段中,如果数据长度为奇数则补一字节0。当收到数据后,同样对有效数据范围中每个16位数进行二进制反码的求和。由于接收方在计算过程中包含了发送方存在首部中的检验和,因此,如果首部在传输过程中没有发生任何差错,那么接收方计算的结果应该为全0或全1(具体看实现了,本质一样)
。如果结果不是全0或全1,那么表示数据错误。

/*校验和算法*/
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报头二进制数据以2字节为单位累加起来*/
        while(nleft>1)
        {       
            sum+=*w++;
            nleft-=2;
        }
        /*若ICMP报头为奇数个字节,会剩下最后一字节。把最后一个字节视为一个2字节数据的高字节,这个2字节数据的低字节为0,继续累加*/
        if( nleft==1)
        {       
            *(unsigned char *)(&answer)=*(unsigned char *)w;
            sum+=answer;
        }
        sum=(sum>>16)+(sum&0xffff);
        sum+=(sum>>16);
        answer=~sum;
        return answer;
}

(3) ICMP包的解包

知道怎么封装包,那解包就也不难了,注意的是,收到一个ICMP包,我们不要就认为这个包就是我们发出去的ICMP回送回答包,我们需要加一层代码来判断该ICMP报文的id和seq字段是否符合我们发送的ICMP报文的设置,来验证ICMP回复包的正确性。

int icmp_unpack(char* buf, int len)
{
    int iphdr_len;
    struct timeval begin_time, recv_time, offset_time;
    int rtt;  //round trip time

    struct ip* ip_hdr = (struct ip *)buf;
    iphdr_len = ip_hdr->ip_hl*4;
    struct icmp* icmp = (struct icmp*)(buf+iphdr_len); //使指针跳过IP头指向ICMP头
    len-=iphdr_len;  //icmp包长度
    if(len < 8)   //判断长度是否为ICMP包长度
    {
        fprintf(stderr, "Invalid icmp packet.Its length is less than 8\n");
        return -1;
    }

    //判断该包是ICMP回送回答包且该包是我们发出去的
    if((icmp->icmp_type == ICMP_ECHOREPLY) && (icmp->icmp_id == (pid & 0xffff))) 
    {
        if((icmp->icmp_seq < 0) || (icmp->icmp_seq > PACKET_SEND_MAX_NUM))
        {
            fprintf(stderr, "icmp packet seq is out of range!\n");
            return -1;
        }

        ping_packet[icmp->icmp_seq].flag = 0;
        begin_time = ping_packet[icmp->icmp_seq].begin_time;  //去除该包的发出时间
        gettimeofday(&recv_time, NULL);

        offset_time = cal_time_offset(begin_time, recv_time);
        rtt = offset_time.tv_sec*1000 + offset_time.tv_usec/1000; //毫秒为单位

        printf("%d byte from %s: icmp_seq=%u ttl=%d rtt=%d ms\n",
            len, inet_ntoa(ip_hdr->ip_src), icmp->icmp_seq, ip_hdr->ip_ttl, rtt);        

    }
    else
    {
        fprintf(stderr, "Invalid ICMP packet! Its id is not matched!\n");
        return -1;
    }
    return 0;
}

其中也遇到了很多问题,头文件包含,WSAStartup函数初始化失败。。。

四、中断处理

我们规定了一次ping发送的包的最大值为64个,若超出该数值就停止发送。作为PING的使用者,我们一般只会发送若干个包,若有这几个包顺利返回,我们就crtl+c中断ping。这里的代码主要是为中断信号写一个中断处理函数,将alive这个全局变量设置为0,进而使发送ping包的循环停止而结束程序。

void icmp_sigint(int signo)
{
    alive = 0;
    gettimeofday(&end_time, NULL);
    time_interval = cal_time_offset(start_time, end_time);
}

signal(SIGINT, icmp_sigint);

1、将检验和字段置为0

搭建这么一个ping程序的步骤如下:

  1. 创建类型为SOCK_RAW的一个套接字,同时设定协议IPPROTO_ICMP。
  2. 创建并初始化ICMP头。
  3. 调用sendto或WSASendto,将ICMP请求发给远程主机。
  4. 调用recvfrom或WSARecvfrom,以接收任何ICMP响应。
  • ICMP协议的理解
  • RAW套接字
  • 网络封包和解包技能

ping.cpp

三、收包线程的搭建

我们同样建立一个接收包的线程,这里我们采用select函数进行收包,并为select函数设置超时时间为200us,若发生超时,则进行下一个循环。同样地,我们也需要一个全局变量来记录成功接收到的ping回复包的数量。

void ping_recv()
{
    struct timeval tv;
    tv.tv_usec = 200;  //设置select函数的超时时间为200us
    tv.tv_sec = 0;
    fd_set read_fd;
    char recv_buf[512];
    memset(recv_buf, 0 ,sizeof(recv_buf));
    while(alive)
    {
        int ret = 0;
        FD_ZERO(&read_fd);
        FD_SET(rawsock, &read_fd);
        ret = select(rawsock+1, &read_fd, NULL, NULL, &tv);
        switch(ret)
        {
            case -1:
                fprintf(stderr,"fail to select!\n");
                break;
            case 0:
                break;
            default:
                {
                    int size = recv(rawsock, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0);
                    if(size < 0)
                    {
                        fprintf(stderr,"recv data fail!\n");
                        continue;
                    }

                    ret = icmp_unpack(recv_buf, size); //对接收的包进行解封
                    if(ret == -1)  //不是属于自己的icmp包,丢弃不处理
                    {
                        continue;
                    }
                    recv_count++; //接收包计数
                }
                break;
        }

    }
}

PING的实现看起来并不复杂,我想自己写代码实现这个功能,需要些什么知识储备?我简单罗列了一下:

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  1. ICMP包的封装和解封
  2. 创建一个线程用于ICMP包的发送
  3. 创建一个线程用于ICMP包的接收
  4. 原始套接字编程

     

五、总体实现

各模块介绍完了,现在贴出完整代码。

#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/ip_icmp.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <sys/time.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <pthread.h>

#define PACKET_SEND_MAX_NUM 64

typedef struct ping_packet_status
{
    struct timeval begin_time;
    struct timeval end_time;
    int flag;   //发送标志,1为已发送
    int seq;     //包的序列号
}ping_packet_status;

ping_packet_status ping_packet[PACKET_SEND_MAX_NUM];

int alive;
int rawsock;
int send_count;
int recv_count;
pid_t pid;
struct sockaddr_in dest;
struct timeval start_time;
struct timeval end_time;
struct timeval time_interval;

/*校验和算法*/
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报头二进制数据以2字节为单位累加起来*/
        while(nleft>1)
        {       
            sum+=*w++;
            nleft-=2;
        }
        /*若ICMP报头为奇数个字节,会剩下最后一字节。把最后一个字节视为一个2字节数据的高字节,这个2字节数据的低字节为0,继续累加*/
        if( nleft==1)
        {       
            *(unsigned char *)(&answer)=*(unsigned char *)w;
            sum+=answer;
        }
        sum=(sum>>16)+(sum&0xffff);
        sum+=(sum>>16);
        answer=~sum;
        return answer;
}

struct timeval cal_time_offset(struct timeval begin, struct timeval end)
{
    struct timeval ans;
    ans.tv_sec = end.tv_sec - begin.tv_sec;
    ans.tv_usec = end.tv_usec - begin.tv_usec;
    if(ans.tv_usec < 0) //如果接收时间的usec小于发送时间的usec,则向sec域借位
    {
        ans.tv_sec--;
        ans.tv_usec+=1000000;
    }
    return ans;
}

void icmp_pack(struct icmp* icmphdr, int seq, int length)
{
    int i = 0;

    icmphdr->icmp_type = ICMP_ECHO;
    icmphdr->icmp_code = 0;
    icmphdr->icmp_cksum = 0;
    icmphdr->icmp_seq = seq;
    icmphdr->icmp_id = pid & 0xffff;
    for(i=0;i<length;i++)
    {
        icmphdr->icmp_data[i] = i;
    }

    icmphdr->icmp_cksum = cal_chksum((unsigned short*)icmphdr, length);
}

int icmp_unpack(char* buf, int len)
{
    int iphdr_len;
    struct timeval begin_time, recv_time, offset_time;
    int rtt;  //round trip time

    struct ip* ip_hdr = (struct ip *)buf;
    iphdr_len = ip_hdr->ip_hl*4;
    struct icmp* icmp = (struct icmp*)(buf+iphdr_len);
    len-=iphdr_len;  //icmp包长度
    if(len < 8)   //判断长度是否为ICMP包长度
    {
        fprintf(stderr, "Invalid icmp packet.Its length is less than 8\n");
        return -1;
    }

    //判断该包是ICMP回送回答包且该包是我们发出去的
    if((icmp->icmp_type == ICMP_ECHOREPLY) && (icmp->icmp_id == (pid & 0xffff))) 
    {
        if((icmp->icmp_seq < 0) || (icmp->icmp_seq > PACKET_SEND_MAX_NUM))
        {
            fprintf(stderr, "icmp packet seq is out of range!\n");
            return -1;
        }

        ping_packet[icmp->icmp_seq].flag = 0;
        begin_time = ping_packet[icmp->icmp_seq].begin_time;
        gettimeofday(&recv_time, NULL);

        offset_time = cal_time_offset(begin_time, recv_time);
        rtt = offset_time.tv_sec*1000 + offset_time.tv_usec/1000; //毫秒为单位

        printf("%d byte from %s: icmp_seq=%u ttl=%d rtt=%d ms\n",
            len, inet_ntoa(ip_hdr->ip_src), icmp->icmp_seq, ip_hdr->ip_ttl, rtt);        

    }
    else
    {
        fprintf(stderr, "Invalid ICMP packet! Its id is not matched!\n");
        return -1;
    }
    return 0;
}

void ping_send()
{
    char send_buf[128];
    memset(send_buf, 0, sizeof(send_buf));
    gettimeofday(&start_time, NULL); //记录第一个ping包发出的时间
    while(alive)
    {
        int size = 0;
        gettimeofday(&(ping_packet[send_count].begin_time), NULL);
        ping_packet[send_count].flag = 1; //将该标记为设置为该包已发送

        icmp_pack((struct icmp*)send_buf, send_count, 64); //封装icmp包
        size = sendto(rawsock, send_buf, 64, 0, (struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest));
        send_count++; //记录发出ping包的数量
        if(size < 0)
        {
            fprintf(stderr, "send icmp packet fail!\n");
            continue;
        }

        sleep(1);
    }
}

void ping_recv()
{
    struct timeval tv;
    tv.tv_usec = 200;  //设置select函数的超时时间为200us
    tv.tv_sec = 0;
    fd_set read_fd;
    char recv_buf[512];
    memset(recv_buf, 0 ,sizeof(recv_buf));
    while(alive)
    {
        int ret = 0;
        FD_ZERO(&read_fd);
        FD_SET(rawsock, &read_fd);
        ret = select(rawsock+1, &read_fd, NULL, NULL, &tv);
        switch(ret)
        {
            case -1:
                fprintf(stderr,"fail to select!\n");
                break;
            case 0:
                break;
            default:
                {
                    int size = recv(rawsock, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0);
                    if(size < 0)
                    {
                        fprintf(stderr,"recv data fail!\n");
                        continue;
                    }

                    ret = icmp_unpack(recv_buf, size); //对接收的包进行解封
                    if(ret == -1)  //不是属于自己的icmp包,丢弃不处理
                    {
                        continue;
                    }
                    recv_count++; //接收包计数
                }
                break;
        }

    }
}

void icmp_sigint(int signo)
{
    alive = 0;
    gettimeofday(&end_time, NULL);
    time_interval = cal_time_offset(start_time, end_time);
}

void ping_stats_show()
{
    long time = time_interval.tv_sec*1000+time_interval.tv_usec/1000;
    /*注意除数不能为零,这里send_count有可能为零,所以运行时提示错误*/
    printf("%d packets transmitted, %d recieved, %d%c packet loss, time %ldms\n",
        send_count, recv_count, (send_count-recv_count)*100/send_count, '%', time);
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    int size = 128*1024;//128k
    struct protoent* protocol = NULL;
    char dest_addr_str[80];
    memset(dest_addr_str, 0, 80);
    unsigned int inaddr = 1;
    struct hostent* host = NULL;

    pthread_t send_id,recv_id;

    if(argc < 2)
    {
        printf("Invalid IP ADDRESS!\n");
        return -1;
    }

    protocol = getprotobyname("icmp"); //获取协议类型ICMP
    if(protocol == NULL)
    {
        printf("Fail to getprotobyname!\n");
        return -1;
    }

    memcpy(dest_addr_str, argv[1], strlen(argv[1])+1);

    rawsock = socket(AF_INET,SOCK_RAW,protocol->p_proto);
    if(rawsock < 0)
    {
        printf("Fail to create socket!\n");
        return -1;
    }

    pid = getpid();

    setsockopt(rawsock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &size, sizeof(size)); //增大接收缓冲区至128K

    bzero(&dest,sizeof(dest));

    dest.sin_family = AF_INET;

    inaddr = inet_addr(argv[1]);
    if(inaddr == INADDR_NONE)   //判断用户输入的是否为IP地址还是域名
    {
        //输入的是域名地址
        host = gethostbyname(argv[1]);
        if(host == NULL)
        {
            printf("Fail to gethostbyname!\n");
            return -1;
        }

        memcpy((char*)&dest.sin_addr, host->h_addr, host->h_length);
    }
    else
    {
        memcpy((char*)&dest.sin_addr, &inaddr, sizeof(inaddr));//输入的是IP地址
    }
    inaddr = dest.sin_addr.s_addr;
    printf("PING %s, (%d.%d.%d.%d) 56(84) bytes of data.\n",dest_addr_str,
        (inaddr&0x000000ff), (inaddr&0x0000ff00)>>8, 
        (inaddr&0x00ff0000)>>16, (inaddr&0xff000000)>>24);

    alive = 1;  //控制ping的发送和接收

    signal(SIGINT, icmp_sigint);

    if(pthread_create(&send_id, NULL, (void*)ping_send, NULL))
    {
        printf("Fail to create ping send thread!\n");
        return -1;
    }

    if(pthread_create(&recv_id, NULL, (void*)ping_recv, NULL))
    {
        printf("Fail to create ping recv thread!\n");
        return -1;
    }

    pthread_join(send_id, NULL);//等待send ping线程结束后进程再结束
    pthread_join(recv_id, NULL);//等待recv ping线程结束后进程再结束

    ping_stats_show();

    close(rawsock);
    return 0;

}

编译以及实验现象如下:

我的实验环境是两台服务器,发起ping的主机是172.0.5.183,被ping的主机是172.0.5.182,以下是我的两次实验现象(ping
IP和ping 域名)。

特别注意: 

只有root用户才能利用socket()函数生成原始套接字,要让Linux的一般用户能执行以上程序,需进行如下的特别操作:用root登陆,编译以上程序gcc
-lpthread -o ping ping.c

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实验现象可以看出,PING是成功的,表明两主机间的网络是通的,发出的所有ping包都收到了回复。

下面是Linux系统自带的PING程序,我们可以对比一下我们设计的PING程序跟系统自带的PING程序有何不同。

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ICMP中检验和的计算算法为:

PING的流程如下:

2、把需校验的数据看成以16位为单位的数字组成,依次进行求和,并存到32位的整型中

二、发包线程的搭建

根据PING程序的框架,我们需要建立一个线程用于ping包的发送,我的想法是这样的:使用sendto进行发包,发包速率我们维持在1秒1发,我们需要用一个全局变量记录第一个ping包发出的时间,除此之外,我们还需要一个全局变量来记录我们发出的ping包到底有几个,这两个变量用于后来收到ping包回复后的数据计算。

void ping_send()
{
    char send_buf[128];
    memset(send_buf, 0, sizeof(send_buf));
    gettimeofday(&start_time, NULL); //记录第一个ping包发出的时间
    while(alive)
    {
        int size = 0;
        gettimeofday(&(ping_packet[send_count].begin_time), NULL);
        ping_packet[send_count].flag = 1; //将该标记为设置为该包已发送

        icmp_pack((struct icmp*)send_buf, send_count, 64); //封装icmp包
        size = sendto(rawsock, send_buf, 64, 0, (struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest));
        send_count++; //记录发出ping包的数量
        if(size < 0)
        {
            fprintf(stderr, "send icmp packet fail!\n");
            continue;
        }

        sleep(1);
    }
}

ICMP响应请求/应答报文头部:

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在收到应答报文时,取出这个时间戳与当前的时间对比即可。

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Type:类型,type=8表示响应请求报文,type=0表示响应应答报文。

 

Code:代码,与type组合,表示具体的信息,参考这里。

Identifier:标识符,这个一般填入本进程的标识符。

#include "ping.h"
#include <iostream>
USHORT CPing::s_usPacketSeq = 0;

CPing::CPing() :m_szICMPData(NULL),m_bIsInitSucc(FALSE)
{
    WSADATA WSAData;
    //WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &WSAData);
    if (WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &WSAData) != 0)
    {
        /*如果初始化不成功则报错,GetLastError()返回发生的错误信息*/
        printf("WSAStartup() failed: %d\n", GetLastError());
        return;
    }
    m_event = WSACreateEvent();
    m_usCurrentProcID = (USHORT)GetCurrentProcessId();
    //setsockopt(m_sockRaw);
    /*if ((m_sockRaw = WSASocket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP, NULL, 0, 0)) != SOCKET_ERROR)
    {
        WSAEventSelect(m_sockRaw, m_event, FD_READ);
        m_bIsInitSucc = TRUE;

        m_szICMPData = (char*)malloc(DEF_PACKET_SIZE + sizeof(ICMPHeader));

        if (m_szICMPData == NULL)
        {
            m_bIsInitSucc = FALSE;
        }
    }*/
    m_sockRaw = WSASocket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP, NULL, 0, 0);
    if (m_sockRaw == INVALID_SOCKET)
    {
        std::cerr << "WSASocket() failed:" << WSAGetLastError ()<< std::endl;  //10013 以一种访问权限不允许的方式做了一个访问套接字的尝试。
    }
    else
    {
        WSAEventSelect(m_sockRaw, m_event, FD_READ);
        m_bIsInitSucc = TRUE;

        m_szICMPData = (char*)malloc(DEF_PACKET_SIZE + sizeof(ICMPHeader));

        if (m_szICMPData == NULL)
        {
            m_bIsInitSucc = FALSE;
        }
    }
}

CPing::~CPing()
{
    WSACleanup();

    if (NULL != m_szICMPData)
    {
        free(m_szICMPData);
        m_szICMPData = NULL;
    }
}

BOOL CPing::Ping(DWORD dwDestIP, PingReply *pPingReply, DWORD dwTimeout)
{
    return PingCore(dwDestIP, pPingReply, dwTimeout);
}

BOOL CPing::Ping(char *szDestIP, PingReply *pPingReply, DWORD dwTimeout)
{
    if (NULL != szDestIP)
    {
        return PingCore(inet_addr(szDestIP), pPingReply, dwTimeout);
    }
    return FALSE;
}

BOOL CPing::PingCore(DWORD dwDestIP, PingReply *pPingReply, DWORD dwTimeout)
{
    //判断初始化是否成功
    if (!m_bIsInitSucc)
    {
        return FALSE;
    }

    //配置SOCKET
    sockaddr_in sockaddrDest;
    sockaddrDest.sin_family = AF_INET;
    sockaddrDest.sin_addr.s_addr = dwDestIP;
    int nSockaddrDestSize = sizeof(sockaddrDest);

    //构建ICMP包
    int nICMPDataSize = DEF_PACKET_SIZE + sizeof(ICMPHeader);
    ULONG ulSendTimestamp = GetTickCountCalibrate();
    USHORT usSeq = ++s_usPacketSeq;
    memset(m_szICMPData, 0, nICMPDataSize);
    ICMPHeader *pICMPHeader = (ICMPHeader*)m_szICMPData;
    pICMPHeader->m_byType = ECHO_REQUEST;
    pICMPHeader->m_byCode = 0;
    pICMPHeader->m_usID = m_usCurrentProcID;
    pICMPHeader->m_usSeq = usSeq;
    pICMPHeader->m_ulTimeStamp = ulSendTimestamp;
    pICMPHeader->m_usChecksum = CalCheckSum((USHORT*)m_szICMPData, nICMPDataSize);

    //发送ICMP报文
    if (sendto(m_sockRaw, m_szICMPData, nICMPDataSize, 0, (struct sockaddr*)&sockaddrDest, nSockaddrDestSize) == SOCKET_ERROR)
    {
        return FALSE;
    }

    //判断是否需要接收相应报文
    if (pPingReply == NULL)
    {
        return TRUE;
    }

    char recvbuf[256] = { "\0" };
    while (TRUE)
    {
        //接收响应报文
        if (WSAWaitForMultipleEvents(1, &m_event, FALSE, 100, FALSE) != WSA_WAIT_TIMEOUT)
        {
            WSANETWORKEVENTS netEvent;
            WSAEnumNetworkEvents(m_sockRaw, m_event, &netEvent);

            if (netEvent.lNetworkEvents & FD_READ)
            {
                ULONG nRecvTimestamp = GetTickCountCalibrate();
                int nPacketSize = recvfrom(m_sockRaw, recvbuf, 256, 0, (struct sockaddr*)&sockaddrDest, &nSockaddrDestSize);
                if (nPacketSize != SOCKET_ERROR)
                {
                    IPHeader *pIPHeader = (IPHeader*)recvbuf;
                    USHORT usIPHeaderLen = (USHORT)((pIPHeader->m_byVerHLen & 0x0f) * 4);
                    ICMPHeader *pICMPHeader = (ICMPHeader*)(recvbuf + usIPHeaderLen);

                    if (pICMPHeader->m_usID == m_usCurrentProcID //是当前进程发出的报文
                        && pICMPHeader->m_byType == ECHO_REPLY //是ICMP响应报文
                        && pICMPHeader->m_usSeq == usSeq //是本次请求报文的响应报文
                        )
                    {
                        pPingReply->m_usSeq = usSeq;
                        pPingReply->m_dwRoundTripTime = nRecvTimestamp - pICMPHeader->m_ulTimeStamp;
                        pPingReply->m_dwBytes = nPacketSize - usIPHeaderLen - sizeof(ICMPHeader);
                        pPingReply->m_dwTTL = pIPHeader->m_byTTL;
                        return TRUE;
                    }
                }
            }
        }
        //超时
        if (GetTickCountCalibrate() - ulSendTimestamp >= dwTimeout)
        {
            return FALSE;
        }
    }
}

USHORT CPing::CalCheckSum(USHORT *pBuffer, int nSize)
{
    unsigned long ulCheckSum = 0;
    while (nSize > 1)
    {
        ulCheckSum += *pBuffer++;
        nSize -= sizeof(USHORT);
    }
    if (nSize)
    {
        ulCheckSum += *(UCHAR*)pBuffer;
    }

    ulCheckSum = (ulCheckSum >> 16) + (ulCheckSum & 0xffff);
    ulCheckSum += (ulCheckSum >> 16);

    return (USHORT)(~ulCheckSum);
}

ULONG CPing::GetTickCountCalibrate()
{
    static ULONG s_ulFirstCallTick = 0;
    static LONGLONG s_ullFirstCallTickMS = 0;

    SYSTEMTIME systemtime;
    FILETIME filetime;
    GetLocalTime(&systemtime);
    SystemTimeToFileTime(&systemtime, &filetime);
    LARGE_INTEGER liCurrentTime;
    liCurrentTime.HighPart = filetime.dwHighDateTime;
    liCurrentTime.LowPart = filetime.dwLowDateTime;
    LONGLONG llCurrentTimeMS = liCurrentTime.QuadPart / 10000;

    if (s_ulFirstCallTick == 0)
    {
        s_ulFirstCallTick = GetTickCount();
    }
    if (s_ullFirstCallTickMS == 0)
    {
        s_ullFirstCallTickMS = llCurrentTimeMS;
    }

    return s_ulFirstCallTick + (ULONG)(llCurrentTimeMS - s_ullFirstCallTickMS);
}

ping的过程是向目的IP发送一个type=8的ICMP响应请求报文,目标主机收到这个报文之后,会向源IP(发送方,我)回复一个type=0的ICMP响应应答报文。

Sequence Number:序号

     要实现这样的功能:

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