95-PING 命令实现

最新推荐文章于 2020-07-22 23:46:35 发布

--Allen--

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分类专栏： linux 网络编程学习笔记(更新中...) Linux 网络编程修炼指南-内功心法文章标签： ping unp icmp 网络编程原始套接字

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Linux 网络编程修炼指南-内功心法

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学完了 ICMP 回显请求与应答报文，就可以用它来实现我们平时使用的 PING 命令了。

先来看看效果：

图1 自带的 ping 命令与我们自己实现的

1. 程序路径

本文使用的程序托管在 gitos 上：http://git.oschina.net/ivan_allen/unp

如果你已经 clone 过这个代码了，请使用 git pull 更新一下。本节程序所使用的程序路径是 unp/program/icmp/icmpecho.

2. 程序设计

ping 命令本质上就是给目标主机发送一个 ICMP 回显请求报文，然后等待对方答复 ICMP 回显应答报文，如果对方不应答，可能就是我们的主机和对方的网路不通。

ping 命令还可以计算出往返时间，其实这很简单，我们只要在发送 ICMP 报文的时候，记录一下当前时间，再接收报文的时候再记录一下时间，两个时间相减就是 RTT 时间。

ping 命令中的 ttl 字段可以从 ip 数据报首部中拿到。

程序代码如下：

#include "common.h"

#define BUF_SIZE 4096
#define ICMP_SIZE 64

char *hostname; // 主机名或 ip
char recvbuf[BUF_SIZE]; // 接收缓冲区
char sendbuf[ICMP_SIZE]; // 发送缓冲区

void run(); // ping 主程序
void handler(int sig); // 信号处理函数
int nsend, nrecv; // 用于统计
int64_t start;

int main(int argc, char* argv[]) {
  if (argc < 2) {
    ERR_QUIT("Usage: %s <hostname or ip>\n", argv[0]);
  }
  hostname = argv[1];
  registSignal(SIGALRM, handler);
  registSignal(SIGINT, handler);
  run();
}

void run() {
  struct ip *ip; // ip 首部
  struct icmp_echo *icmp_echo, *icmp_echo_reply; // 请求与应答
  struct sockaddr_in to; // 目标主机地址
  int i, len, sockfd, ret, nr;
  int64_t timerecv, timesend;
  double rtt;

  nsend = 0; // 已经发送包的个数
  nrecv = 0; // 已经接收包的个数

  // 随机初始化
  for (i = 0; i < ICMP_SIZE; ++i)
    sendbuf[i] = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"[i%26];

  // 构造套接字地址，端口并没有什么用，随便填
  ret = resolve(hostname, 0, &to);
  if (ret < 0) ERR_EXIT("resolve");


  // 创建原始套接字, 只接收承载 ICMP 协议的数据报
  sockfd = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
  if (sockfd < 0) ERR_EXIT("socket");

  // 打印信息
  WARNING("PING %s (%s) %d bytes of data.\n", hostname, inet_ntoa(to.sin_addr), ICMP_SIZE);

  icmp_echo = (struct icmp_echo*)sendbuf;
  ip = (struct ip*)recvbuf;

  // 用于时间统计
  start = now();

  // 填充 icmp 回显请求报文, 这三个字段以后都不用再改，放在循环外面
  icmp_echo->icmp_type = 8;
  icmp_echo->icmp_code = 0;
  icmp_echo->icmp_id = getpid() & 0xffff;

  while(1) {
    icmp_echo->icmp_cksum = 0;
    icmp_echo->icmp_seq = nsend + 1; // 序号, 起始序号为 1
    *((int64_t*)icmp_echo->icmp_data) = now(); // 当前时间，微秒
    icmp_echo->icmp_cksum = cksum((unsigned short*)sendbuf, ICMP_SIZE); // 指定大小为 64

    // 发送数据
    ret = sendto(sockfd, sendbuf, ICMP_SIZE, 0, (struct sockaddr*)&to, sizeof(to));
    if (ret < 0) {
      if (errno == EINTR) continue;
      ERR_EXIT("sendto");
    }
    ++nsend; // 序号加 1

again:
    // 接收 ip 数据报，超时时间设置为 5 秒。
    alarm(5);
    nr = recvfrom(sockfd, recvbuf, BUF_SIZE, 0, NULL, NULL);
    if (nr < 0) {
      if (errno == EINTR) {
        ERR_PRINT("TIMEDOUT.\n");
        continue; // 超时，丢包
      }
      ERR_EXIT("recvfrom");
    }

    // 从 ip 数据报里拿到 icmp 报文
    icmp_echo_reply = (struct icmp_echo*)((char*)ip + (ip->ip_hl << 2));
    if (icmp_echo_reply->icmp_type != 0 || icmp_echo_reply->icmp_code != 0
        || icmp_echo_reply->icmp_id != (getpid() & 0xffff)) {
      // 收到的不是我们想要的包，重来继续收，不能使用 continue 是因为我们不能判定包就丢失了
      goto again;
    }
    // 执行到这里说明收到了自己的包，将接收个数递增
    ++nrecv;
    // 计算往返时间
    timerecv = now();
    timesend = *((int64_t*)icmp_echo_reply->icmp_data);
    rtt = (timerecv - timesend) / 1000.0;
    LOG("%d bytes from %s (%s): icmp_seq=%d ttl=%d time=%.1f ms\n",
        ICMP_SIZE, hostname, inet_ntoa(to.sin_addr), icmp_echo_reply->icmp_seq, ip->ip_ttl, rtt);
    sleep(1);
  }
}

void handler(int sig) {
  int64_t end;
  if (sig == SIGINT) {
    end = now();
    WARNING("\n--- %s ping statistics ---\n", hostname);
    WARNING("%d packets transmitted, %d received, %d%% packet loss, time %dms\n",
        nsend, nrecv, (nsend - nrecv) * 100 / nsend, (int)(end - start) / 1000);
    exit(0);
  }
}