扯谈网络编程之自己实现ping

最新推荐文章于 2024-06-13 20:24:14 发布

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#操作系统

本文详细解析了Ping命令的工作原理，包括Ping如何通过ICMP协议实现网络连通性测试，Ping命令如何计算请求耗时，以及操作系统如何区分不同的Ping进程。此外，还提供了自行实现Ping命令的示例代码。

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ping是基于ICMP（Internet Control Message Protocol）协议实现的。而ICMP协议是在IP层实现的。

ping实际上是发起者发送一个Echo Request(type = 8)的，远程主机回应一个Echo Reply(type = 0)的过程。

为什么用ping不能測试某一个port

刚開始接触网络的时候，可能非常多人都有疑问，怎么用ping来測试远程主机的某个特定port？

事实上假设看下ICMP协议，就能够发现ICMP里根本没有port这个概念，也就根本无法实现測试某一个port了。

ICMP协议的包格式（来自wiki）：

	Bits 0–7	Bits 8–15	Bits 16–23
IP Header (20 bytes)	Version/IHL	Type of service	Length
	Identification		flags and offset
	Time To Live (TTL)	Protocol	Checksum
	Source IP address
	Destination IP address
ICMP Header (8 bytes)	Type of message	Code	Checksum
ICMP Header (8 bytes)	Header Data
ICMP Payload (optional)	Payload Data

Echo Request的ICMP包格式（from wiki）：

00	08	16
Type = 8	Code = 0	Header Checksum
Identifier		Sequence Number
Data

Ping怎样计算请问耗时

在ping命令的输出上，能够看到有显示请求的耗时。那么这个耗时是怎么得到的呢？

64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=6.28 ms

从Echo Request的格式里，看到不时间相关的东东，可是由于是Echo，即远程主机会原样返回Data数据。所以Ping的发起方把时间放到了Data数据里，当得到Echo Reply里，取到发送时间。再和当前时间比較，就能够得到耗时了。

当然，还有其他的思路，比方记录每个包的发送时间。当得到返回时。再计算得到时间差，但显然这种实现太复杂了。

Ping怎样区分不同的进程？

我们都知道本机IP。远程IP，本机port，远程port，四个元素才干够确定唯的一个信道。而ICMP里没有port，那么一个ping程序怎样知道哪些包才是发给自己的？或者说操作系统怎样差别哪个Echo Reply是要发给哪个进程的？

实际上操作系统不能差别，全部的本机IP。远程IP同样的ICMP程序都能够接收到同一份数据。

程序自己要依据Identifier来区分究竟一个ICMP包是不是发给自己的。在Linux下，Ping发出去的Echo Request包里Identifier就是进程pid，远程主机会返回一个Identifier同样的Echo Reply包。

能够接以下的方法简单验证：

启动系统自带的ping程序，查看其pid。

设定自己实现的ping程序的identifier为上面得到的pid。然后发Echo Request包。

能够发现系统ping程序会接收到远程主机的回应。

自己实现ping

自己实现ping要用到rawsocket，在linux下须要root权限。

网上有非常多实现的程序，可是有非常多地方不太对的。自己总结实现了一个（最好用g++编绎）：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/time.h>

unsigned short csum(unsigned short *ptr, int nbytes) {
	register long sum;
	unsigned short oddbyte;
	register short answer;

	sum = 0;
	while (nbytes > 1) {
		sum += *ptr++;
		nbytes -= 2;
	}
	if (nbytes == 1) {
		oddbyte = 0;
		*((u_char*) &oddbyte) = *(u_char*) ptr;
		sum += oddbyte;
	}

	sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff);
	sum = sum + (sum >> 16);
	answer = (short) ~sum;

	return (answer);
}

inline double countMs(timeval before, timeval after){
	return (after.tv_sec - before.tv_sec)*1000 + (after.tv_usec - before.tv_usec)/1000.0;
}

#pragma pack(1)
struct EchoPacket {
	u_int8_t type;
	u_int8_t code;
	u_int16_t checksum;
	u_int16_t identifier;
	u_int16_t sequence;
	timeval timestamp;
	char data[40];   //sizeof(EchoPacket) == 64
};
#pragma pack()

void ping(in_addr_t source, in_addr_t destination) {
	static int sequence = 1;
	static int pid = getpid();
	static int ipId = 0;

	char sendBuf[sizeof(iphdr) + sizeof(EchoPacket)] = { 0 };

	struct iphdr* ipHeader = (iphdr*)sendBuf;
	ipHeader->version = 4;
	ipHeader->ihl = 5;

	ipHeader->tos = 0;
	ipHeader->tot_len = htons(sizeof(sendBuf));

	ipHeader->id = htons(ipId++);
	ipHeader->frag_off = htons(0x4000);  //set Flags: don't fragment

	ipHeader->ttl = 64;
	ipHeader->protocol = IPPROTO_ICMP;
	ipHeader->check = 0;
	ipHeader->saddr = source;
	ipHeader->daddr = destination;

	ipHeader->check = csum((unsigned short*)ipHeader, ipHeader->ihl * 2);

	EchoPacket* echoRequest = (EchoPacket*)(sendBuf + sizeof(iphdr));
	echoRequest->type = 8;
	echoRequest->code = 0;
	echoRequest->checksum = 0;
	echoRequest->identifier = htons(pid);
	echoRequest->sequence = htons(sequence++);
	gettimeofday(&(echoRequest->timestamp), NULL);
	u_int16_t ccsum = csum((unsigned short*)echoRequest, sizeof(sendBuf) - sizeof(iphdr));

	echoRequest->checksum = ccsum;

	struct sockaddr_in sin;
	sin.sin_family = AF_INET;
	sin.sin_port = htons(0);
	sin.sin_addr.s_addr = destination;

	int s = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
	if (s == -1) {
		perror("socket");
		return;
	}

	//IP_HDRINCL to tell the kernel that headers are included in the packet
	if (setsockopt(s, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, "1",sizeof("1")) < 0) {
		perror("Error setting IP_HDRINCL");
		exit(0);
	}

	sendto(s, sendBuf, sizeof(sendBuf), 0, (struct sockaddr *) &sin, sizeof(sin));

	char responseBuf[sizeof(iphdr) + sizeof(EchoPacket)] = {0};

	struct sockaddr_in receiveAddress;
	socklen_t len = sizeof(receiveAddress);
	int reveiveSize = recvfrom(s, (void*)responseBuf, sizeof(responseBuf), 0, (struct sockaddr *) &receiveAddress, &len);

	if(reveiveSize == sizeof(responseBuf)){
		EchoPacket* echoResponse = (EchoPacket*) (responseBuf + sizeof(iphdr));
		//TODO check identifier == pid ?
		if(echoResponse->type == 0){
			struct timeval tv;
			gettimeofday(&tv, NULL);

			in_addr tempAddr;
			tempAddr.s_addr = destination;
			printf("%d bytes from %s : icmp_seq=%d ttl=%d time=%.2f ms\n",
					sizeof(EchoPacket),
					inet_ntoa(tempAddr),
					ntohs(echoResponse->sequence),
					((iphdr*)responseBuf)->ttl,
					countMs(echoResponse->timestamp, tv));
		}else{
			printf("response error, type:%d\n", echoResponse->type);
		}
	}else{
		printf("error, response size != request size.\n");
	}

	close(s);
}

int main(void) {
	in_addr_t source = inet_addr("192.168.1.100");
	in_addr_t destination = inet_addr("192.168.1.1");
	for(;;){
		ping(source, destination);
		sleep(1);
	}

	return 0;
}