深入理解iputils网络工具-第2篇 ping：通路检测程序

最新推荐文章于 2025-05-30 13:39:17 发布

存储李希

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分类专栏：深入理解iputils网络工具

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/fsdev/article/details/7866096

本文详细介绍了ping程序的工作原理和使用方法，包括ICMP报文结构、IP报文选项、时间戳和路由记录。通过分析ping的命令行选项和程序流程，揭示了报文发送间隔、预发机制以及回复等待计时的实现。同时，探讨了socket选项、全局变量的作用以及重要函数的功能，为理解网络通信和故障排查提供了深入见解。

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2.1 引言

“ping”这个名字源于声纳定位操作。Ping程序由Mike Muuss编写，目的是为了测试另一台主机是否可达。该程序发送一份ICMP回显请求报文给主机，并等待返回ICMP回显应答。

2.2 ping程序的使用

敲入命令：

lixi@lixi-desktop:~$ ping -V
ping utility, iputils-sss20071127

说明本机中安装的ping程序和本文研究的ping程序一样，是最新版本。

lixi@lixi-desktop:~$ ping -T tsonly www.ustc.edu.cn -c 1
PING www.ustc.edu.cn (202.38.64.9) 56(124) bytes of data.
64 bytes from 202.38.64.9: icmp_seq=1 ttl=62 time=0.795 ms
TS: 	6123570 absolute
	493
	364
	-857378
	0
	857378
	-363
	-493


--- www.ustc.edu.cn ping statistics ---
1 packets transmitted, 1 received, 0% packet loss, time 0ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.795/0.795/0.795/0.000 ms

6123570是时间戳的绝对值，而输出的其他时间戳是相对上一个时间戳的差别。在北京时间9：42做的测试，北京时区为UTC+8，故此有9＋42/60-8=1.7

而6123570/60/60/1000＝1.7。故此出现这个结果是非常有道理的。

lixi@lixi-desktop:~$ ping www.ustc.edu.cn -R -c 1
PING www.ustc.edu.cn (202.38.64.9) 56(124) bytes of data.
64 bytes from 202.38.64.9: icmp_seq=1 ttl=62 time=0.852 ms
RR: 	lixi-desktop.local (210.45.74.25)
	202.38.96.36
	local-gw.ustc.edu.cn (202.38.64.126)
	202.38.64.9
	202.38.64.9
	202.38.96.33
	210.45.74.1
	lixi-desktop.local (210.45.74.25)

对照上面的路由信息，我们就可以分析出为什么时间戳信息里会有对称的现象，而对称轴的值是0了。

产生对称性的另一个条件是RTT很小，这里只有0.8ms。

我们可以还可以分析出202.38.64.9的系统时间和其他路由的系统时间相差很大，大约有-14分钟。

lixi@lixi-desktop:~$ ping -T tsandaddr www.ustc.edu.cn -c 1
PING www.ustc.edu.cn (202.38.64.9) 56(124) bytes of data.
64 bytes from 202.38.64.9: icmp_seq=1 ttl=62 time=1.66 ms
TS: 	lixi-desktop.local (210.45.74.25)	7375300 absolute
	210.45.74.1	828
	local-gw.ustc.edu.cn (202.38.64.126)	26
	202.38.64.9	-857405
Unrecorded hops: 3


--- www.ustc.edu.cn ping statistics ---
1 packets transmitted, 1 received, 0% packet loss, time 0ms
rtt min/avg/max/mdev = 1.664/1.664/1.664/0.000 ms

上面是同时记录路由和时间戳信息。不过这里由于IP选项长度的限制，只能存储4个路由和它对应的时间戳。

lixi@lixi-desktop:~$ ping -T tsprespec 202.38.64.9 202.38.96.33 210.45.74.1 www.ustc.edu.cn -c 1
PING www.ustc.edu.cn (202.38.64.9) 56(124) bytes of data.
64 bytes from 202.38.64.9: icmp_seq=1 ttl=62 time=0.893 ms
TS: 	202.38.64.9	6741320 absolute
	202.38.96.33	0
	210.45.74.1	857353
Unrecorded hops: 1


--- www.ustc.edu.cn ping statistics ---
1 packets transmitted, 1 received, 0% packet loss, time 0ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.893/0.893/0.893/0.000 ms

如果我们一定要得到以后的几个路由和时间戳，我们可以采用上述的办法。

这里在北京时间10：07分的时候进行的测试，202.38.64.9的时间戳是6741320，而我们上面的分析，202.38.64.9的系统时间大约比北京时间晚14分钟。10-8-14/60=1.87。6741320/60/60/1000=1.87。故此出现这个时间戳也是很有道理的。

ping程序的选项解释如下：

-a

可听见的ping。

所谓可听见,不过是在ping.c文件的parse_reply的函数中,输出ASCII码'/a',beep一下。

-A

自适应的ping。调整报文间隔时间，使其适应于RTT，这样非常有效率地使得网络中传输的不超过一个（如果-l参数设置了就为多个）。对于非超级用户，最小的时间间隔为200毫秒，在一个RTT比较得下的网络中，这个模式和-f的洪泛模式基本相同。

为了调整报文时间间隔,使用update_interval()函数来调整时间间隔。

-b

允许ping广播地址。

设置broadcast_pings为1，当判断到这个选项设为1之后，且地址是广播地址，那么就设置setsockopt(icmp_sock, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST,&broadcast_pings, sizeof(broadcast_pings))。

-B

不允许ping改变报文的源主机地址，该地址在ping开始运行的时候就已经指定了。

为了指定源主机地址,ping.c使用函数bind()来把套接字和本地套接字地址绑定，即在已创建的套接字上加上本地套接字地址。

-c <count>

在发送<count>个ECHO_REQUEST报文。当和-w <deadline>一起设置时，ping等待收到<count>个ECHO_REPLY报文，直到超出时间限制为止。

设置npackets选项为<count>就可以了。在没有设置deadline的情况下，当nreceived + nerrors >=npackets时就可以退出循环，完成ping的任务了。

-d

设置socket中的SO_DEBUG选项，使能调试跟踪。实质上Linux内核中没有使用这个套接字选项。

设置方法：setsockopt(icmp_sock,SOL_SOCKET, SO_DEBUG, (char *)&hold, sizeof(hold));

-F <flow> <label>

这个选项只有ping6才有。

-f

洪泛模式。对每一个ECHO_REQUEST报文的发送，打印一个“.”，当接受到ECHO_REPLY报文时，打印一个backspace字符。这样能够快速地表明网络丢失了多少个报文。如果interval没有设置，则设置interval为0，并按照报文接受的速度和一百次每秒的速度来发送报文（看哪个速度快）。只有超级用户能够和-i 0选项一起使用这个选项。

-i <interval>

在发送每个报文之间等待<interval>秒。默认设置是等待一秒，在洪泛模式下则不等待。只有超级用户才能将<interval>设置为小于0.2秒的数。

interval为<interval>*1000，程序的实现决定了<interval>输入整型数和浮点数都能被正确接受。

-I <interface/address>

设置发送的地址或者网络设备。

程序首先尝试用intinet_pton(int af, const char *src, void *dst)函数由将src代表的字符串转化为dst中的IP地址。如果不能正确转换，则意味着这个选项不是地址，例如210.45.74.25，而是设备名如eth0。如果是后者，则设置device为<interface>，并用bind(icmp_sock, (structsockaddr*)&source, sizeof(source)) setsockopt(probe_fd,SOL_SOCKET, SO_BINDTODEVICE, device, strlen(device)+1)来将套接字和本地套接字地址进行绑定。

-l <preload>

<preload>是在没有接受到回复报文之前能发送的最多报文。非超级用户最多只能设置为3。

尽可能快地发送预载的报文，然后再返回到正常发送模式。

将<preload>值赋到preload变量中。如果不赋值preload默认为1。

-L

禁止多播数据包的回环，只有在ping的目的主机是广播地址时才管用。

-n

只有数字形式ip地址值的输出，不通过查询DNS获知IP地址对应的主机名，以节省时间。

设置F_NUMERIC，不用调用gethostbyaddr来查询DNS主机名了。

用gethostbyaddr的由查询目的主机的IP地址。

-p <pattern>

允许为传输的回显报文中包含的内容指定字节模式。这对于诊断与传输数据有关的网络问题可能很有用。数据采用16进制，例如“-p ff”可将传输的报文填充为全1。