transroute命令原理

raceroute命令的原理是利用IP数据报的生存时间(TTL)字段和因特网控制报文协议(ICMP)。

TTL字段是一个8位的整数，表示数据报在网络中可以经过的最大跳数。每当数据报经过一个路由器，TTL字段就会减一，直到减到零为止。此时，路由器会丢弃数据报，并向源主机发送一个ICMP超时错误报文。

traceroute命令通过发送一系列TTL值逐渐增加的IP数据报，来探测从源主机到目的主机之间的所有路由器。例如，首先发送一个TTL为1的数据报，该数据报会被第一个路由器丢弃，并返回一个ICMP超时错误报文。然后发送一个TTL为2的数据报，该数据报会被第二个路由器丢弃，并返回一个ICMP超时错误报文。依次类推，直到发送一个TTL值足够大的数据报，该数据报能够到达目的主机，并得到一个ICMP端口不可达错误报文。

traceroute命令根据收到的ICMP错误报文，记录下每个路由器的IP地址和往返时间，并显示出来。通常每个路由器会测量三次，以得到更准确和稳定的结果。

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>  
#include <unistd.h>  
#include <sys/socket.h>  
#include <netinet/in.h>  
#include <arpa/inet.h>  
#include <netdb.h>  
#include <sys/types.h>  
#include <netinet/ip.h>  
#include <netinet/icmp.h>  
  
// 定义最大尝试次数和最大跳数  
#define MAX_ATTEMPTS 3  
#define MAX_HOP 30  
  
int main(int argc, char *argv[]) {  
    if (argc != 2) {  
        printf("Usage: %s <target>\n", argv[0]);  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
  
    // 获取目标主机信息  
    struct hostent *host;  
    if ((host = gethostbyname(argv[1])) == NULL) {  
        fprintf(stderr, "Could not find host %s\n", argv[1]);  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
  
    // 创建原始套接字并绑定到任意端口  
    int sockfd;  
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW)) < 0) {  
        perror("socket");  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
  
    // 设置目标主机的IP地址和端口号为0（系统会自动选择合适的端口号）  
    struct sockaddr_in addr;  
    memset(&addr, 0, sizeof(addr));  
    addr.sin_family = AF_INET;  
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(inet_ntoa(*(struct in_addr*)*host->h_addr_list));  
    addr.sin_port = htons(0); // 使用系统自动选择的端口号  
  
    // 发送ICMP回显请求报文，并记录每个跳点的往返时间  
    for (int i = 1; i <= MAX_HOP; i++) {  
        char buf[1024]; // 存储ICMP报文和IP报文头部的缓冲区  
        struct ip *iph = (struct ip*)buf; // IP报文头部指针  
        struct icmp *icmp = (struct icmp*)((char*)iph + sizeof(struct ip)); // ICMP报文指针  
        icmp->icmp_type = ICMP_ECHO; // 设置ICMP类型为回显请求（ping）  
        icmp->icmp_code = 0; // 设置ICMP代码为0（表示回显请求）  
        icmp->icmp_cksum = 0; // 设置ICMP校验和为0（将由系统计算）  
        icmp->icmp_seq = htons(i); // 设置序列号（每个跳点递增）  
        strcpy(icmp->icmp_data, "Traceroute"); // 设置ICMP数据字段（可以是任意数据）  
        iph->ip_v = IPVERSION; // 设置IP版本为4（IPv4）和头部长度为5（以32位为单位）  
        iph->ip_hl = sizeof(struct ip) / sizeof(unsigned char); // 设置IP头部长度（以字节为单位）  
        iph->ip_tos = 0; // 设置服务类型字段（可以是任意值）  
        iph->ip_off = 0; // 设置标志和分片偏移量字段（不进行分片）  
        iph->ip_ttl = i; // 设置生存时间字段（每跳递增）  
        iph->ip_p = IPPROTO_ICMP; // 设置下一个协议字段为ICMP（对于原始套接字来说是必要的）  
        iph->ip_src.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 设置源IP地址为本机环回地址（用于测试）  
        iph->ip_dst.s_addr = inet_addr(inet_ntoa(*(struct in_addr*)*host->h_addr_list)); // 设置目标IP地址为目标主机的IP地址  
        iph->ip_len = htons(sizeof(struct icmp) + strlen("Traceroute")); // 设置IP报文长度（包括ICMP报文和数据字段的长度）  
        iph->ip_sum = 0; // 设置IP校验和为0（将由系统计算）  
  
        // 发送ICMP报文并记录往返时间
        if (sendto(sockfd, buf, sizeof(struct icmp) + strlen("Traceroute"), 0, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0) {  
        perror("sendto");  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
 
    // 等待接收ICMP回显应答  
    char recvbuf[1024];  
    struct sockaddr_in recvaddr;  
    socklen_t recvlen = sizeof(recvaddr);  
    int recvfd = recvfrom(sockfd, recvbuf, sizeof(recvbuf), MSG_WAITALL, (struct sockaddr*)&recvaddr, &recvlen);  
    if (recvfd < 0) {  
        perror("recvfrom");  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
 
    // 解析接收到的ICMP回显应答  
    struct ip *recviph = (struct ip*)recvbuf;  
    struct icmp *recvicmp = (struct icmp*)((char*)recviph + sizeof(struct ip));  
    if (recviph->ip_p != IPPROTO_ICMP || recvicmp->icmp_type != ICMP_ECHOREPLY) {  
        printf("Not a ICMP echo reply\n");  
        continue;  
    }  
 
    // 计算往返时间并输出结果  
    int rtt = (int)(recvicmp->icmp_cksum + recviph->ip_len - ntohs(recviph->ip_len));  
    printf("RTT: %d ms\n", rtt);  
}  
 
    // 关闭原始套接字  
    close(sockfd);  
    return 0;
}