用C语言实现Ping程序功能---转

由于IP层协议是一种点对点的协议，而非端对端的协议，它提供无连接的数据报服务，没有端口的概念，因此很少使用bind()和connect()函数，若有使用也只是用于设置IP地址。发送数据使用sendto()函数，接收数据使用recvfrom()函数。IP报头格式如下图：

在Linux中，IP报头格式数据结构()定义如下：

其中ping程序只使用以下数据：

IP报头长度IHL（Internet Header Length）?D?D以４字节为一个单位来记录IP报头的长度，是上述IP数据结构的ip_hl变量。
• 生存时间TTL（Time To Live）?D?D以秒为单位，指出IP数据报能在网络上停留的最长时间，其值由发送方设定，并在经过路由的每一个节点时减一，当该值为０时，数据报将被丢弃，是上述IP数据结构的ip_ttl变量。

ICMP报文分为两种，一是错误报告报文，二是查询报文。每个ICMP报头均包含类型、编码和校验和这三项内容，长度为８位，８位和１６位，其余选项则随ICMP的功能不同而不同。

Ping命令只使用众多ICMP报文中的两种："请求回送'(ICMP_ECHO)和"请求回应'(ICMP_ECHOREPLY)。在Linux中定义如下：

这两种ICMP类型报头格式如下：

在Linux中ICMP数据结构()定义如下：

使用宏定义令表达更简洁,其中ICMP报头为８字节,数据报长度最大为64K字节。

1. 校验和算法?D?D这一算法称为网际校验和算法，把被校验的数据１６位进行累加，然后取反码，若数据字节长度为奇数，则数据尾部补一个字节的０以凑成偶数。此算法适用于IPv4、ICMPv4、IGMPV4、ICMPv6、UDP和TCP校验和，更详细的信息请参考RFC1071，校验和字段为上述ICMP数据结构的icmp_cksum变量。
2. 标识符?D?D用于唯一标识ICMP报文,为上述ICMP数据结构的icmp_id宏所指的变量。
3. 顺序号?D?Dping命令的icmp_seq便由这里读出，代表ICMP报文的发送顺序，为上述ICMP数据结构的icmp_seq宏所指的变量。

Ping命令中需要显示的信息，包括icmp_seq和ttl都已有实现的办法，但还缺rtt往返时间。为了实现这一功能，可利用ICMP数据报携带一个时间戳。使用以下函数生成时间戳：

其中tv_sec为秒数，tv_usec微秒数。在发送和接收报文时由gettimeofday分别生成两个timeval结构，两者之差即为往返时间,即ICMP报文发送与接收的时间差，而timeval结构由ICMP数据报携带,tzp指针表示时区，一般都不使用，赋NULL值。

系统自带的ping命令当它接送完所有ICMP报文后，会对所有发送和所有接收的ICMP报文进行统计，从而计算ICMP报文丢失的比率。为达此目的，定义两个全局变量：接收计数器和发送计数器，用于记录ICMP报文接受和发送数目。丢失数目=发送总数-接收总数，丢失比率=丢失数目/发送总数。

现给出模拟Ping程序功能的代码如下：

#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 lostn",nsend,nreceived,(nsend-nreceived)/nsend*100); close(sockfd); exit(1); } /*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;
}
/设置ICMP报头/
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); /记录发送时间/
icmp->icmp_cksum=cal_chksum( (unsigned short )icmp,packsize); /校验算法/
return packsize;
}
/发送三个ICMP报文/
void send_packet()
{ int packetsize;
while( nsend<MAX_NO_PACKETS)
{ nsend++;
packetsize=pack(nsend); /设置ICMP报头/
if( sendto(sockfd,sendpacket,packetsize,(struct sockaddr )&dest_addr,sizeof(dest_addr) )<0 )
{ perror("sendto error");
continue;
}
sleep(1); /每隔一秒发送一个ICMP报文/
}
}
/接收所有ICMP报文/
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),(struct sockaddr )&from,&fromlen)) <0)
{ if(errno==EINTR)continue;
perror("recvfrom error");
continue;
}
gettimeofday(&tvrecv,NULL); /记录接收时间/
if(unpack(recvpacket,n)==-1)continue;
nreceived++;
}
}
/剥去ICMP报头/
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报头长度,即ip报头的长度标志乘4/
icmp=(struct icmp )(buf+iphdrlen); /越过ip报头,指向ICMP报头/
len-=iphdrlen; /ICMP报头及ICMP数据报的总长度/
if( len<8) /小于ICMP报头长度则不合理/
{ printf("ICMP packets's length is less than 8n");
return -1;
}
/确保所接收的是我所发的的ICMP的回应/
if( (icmp->icmp_type==ICMP_ECHOREPLY) && (icmp->icmp_id==pid) )
{ tvsend=(struct timeval )icmp->icmp_data;
tv_sub(&tvrecv,tvsend); /接收和发送的时间差/
rtt=tvrecv.tv_sec1000+tvrecv.tv_usec/1000; /以毫秒为单位计算rtt/
/显示相关信息/
printf("%d byte from %s: icmp_seq=%u ttl=%d rtt=%.3f msn",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=501024;
if(argc<2)
{ printf("usage:%s hostname/IP addressn",argv[0]);
exit(1);
}
if( (protocol=getprotobyname("icmp") )==NULL)
{ perror("getprotobyname");
exit(1);
}
/生成使用ICMP的原始套接字,这种套接字只有root才能生成/
if( (sockfd=socket(AF_INET,SOCK_RAW,protocol->p_proto) )<0)
{ perror("socket error");
exit(1);
}
/ 回收root权限,设置当前用户权限/
setuid(getuid());
/扩大套接字接收缓冲区到50K这样做主要为了减小接收缓冲区溢出的
的可能性,若无意中ping一个广播地址或多播地址,将会引来大量应答/
setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_RCVBUF,&size,sizeof(size) );
bzero(&dest_addr,sizeof(dest_addr));
dest_addr.sin_family=AF_INET;
/判断是主机名还是ip地址/
if( inaddr=inet_addr(argv[1])==INADDR_NONE)
{ if((host=gethostbyname(argv[1]) )==NULL) /是主机名/
{ 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);
/获取main的进程id,用于设置ICMP的标志符/
pid=getpid();
printf("PING %s(%s): %d bytes data in ICMP packets.n",argv[1],inet_ntoa(dest_addr.sin_addr),datalen);
send_packet(); /发送所有ICMP报文/
recv_packet(); /接收所有ICMP报文/
statistics(SIGALRM); /进行统计/
return 0;
}
/两个timeval结构相减/
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 -----------*/

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 -o myping myping.c，其目的有二：一是编译，二是让myping属于root用户。

再执行chmod u+s myping，目的是把myping程序设成SUID的属性。

退出root，用一般用户登陆，执行./myping www.cn.ibm.com，有以下执行结果：

由于myping.c是发送完所有的ICMP报文才去接收，因此第一、第二和第三个ICMP报文的往返时间依此是3秒，２秒，１秒，上述结果中rtt信息正反映这一事实。

（编辑：李大同）

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