用C语言实现Ping程序功能

C语言实现Ping命令详解
最新推荐文章于 2025-07-30 14:45:25 发布
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分类专栏： C/C++
本文介绍了如何使用C语言编写一个模拟ping命令功能的程序，详细解析了ping命令的工作原理和涉及的ICMP协议，包括IP报头和ICMP报头的格式，以及在Linux中的实现细节。

大部分人用ping命令只是作为查看另一个系统的网络连接是否正常的一种简单方法。在这篇文章中，作者将介绍如何用C语言编写一个模拟ping命令功能的程序。 
ping命令是用来查看网络上另一个主机系统的网络连接是否正常的一个工具。ping命令的工作原理是：向网络上的另一个主机系统发送ICMP报文，如果指定系统得到了报文，它将把报文一模一样地传回给发送者，这有点象潜水艇声纳系统中使用的发声装置。

例如，在Linux终端上执行ping　localhost命令将会看到以下结果: 
PING localhost.localdomain (127.0.0.1) from 127.0.0.1 : 56(84) bytes of data. 
64 bytes from localhost.localdomain (127.0.0.1): icmp_seq=0 ttl=255 time=112 usec 
64 bytes from localhost.localdomain (127.0.0.1): icmp_seq=1 ttl=255 time=79 usec 
64 bytes from localhost.localdomain (127.0.0.1): icmp_seq=2 ttl=255 time=78 usec 
64 bytes from localhost.localdomain (127.0.0.1): icmp_seq=3 ttl=255 time=82 usec

--- localhost.localdomain ping statistics --- 
4 packets transmitted, 4 packets received, 0% packet loss 
round-trip min/avg/max/mdev = 0.078/0.087/0.112/0.018 ms

 


由上面的执行结果可以看到，ping命令执行后显示出被测试系统主机名和相应IP地址、返回给当前主机的ICMP报文顺序号、ttl生存时间和往返时间rtt（单位是毫秒，即千分之一秒）。要写一个模拟ping命令，这些信息有启示作用。

要真正了解ping命令实现原理，就要了解ping命令所使用到的TCP/IP协议。

ICMP(Internet Control Message,网际控制报文协议)是为网关和目标主机而提供的一种差错控制机制，使它们在遇到差错时能把错误报告给报文源发方。ICMP协议是IP层的一个协议，但是由于差错报告在发送给报文源发方时可能也要经过若干子网，因此牵涉到路由选择等问题，所以ICMP报文需通过IP协议来发送。ICMP数据报的数据发送前需要两级封装：首先添加ICMP报头形成ICMP报文，再添加IP报头形成IP数据报。如下图所示

IP报头 
ICMP报头 
ICMP数据报


IP报头格式 
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： 
struct ip 
{ 
#if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN 
unsigned int ip_hl:4; /* header length */ 
unsigned int ip_v:4; /* version */ 
#endif 
#if __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN 
unsigned int ip_v:4; /* version */ 
unsigned int ip_hl:4; /* header length */ 
#endif 
u_int8_t ip_tos; /* type of service */ 
u_short ip_len; /* total length */ 
u_short ip_id; /* identification */ 
u_short ip_off; /* fragment offset field */ 
#define IP_RF 0x8000 /* reserved fragment flag */ 
#define IP_DF 0x4000 /* dont fragment flag */ 
#define IP_MF 0x2000 /* more fragments flag */ 
#define IP_OFFMASK 0x1fff /* mask for fragmenting bits */ 
u_int8_t ip_ttl; /* time to live */ 
u_int8_t ip_p; /* protocol */ 
u_short ip_sum; /* checksum */ 
struct in_addr ip_src, ip_dst; /* source and dest address */ 
};

 

其中ping程序只使用以下数据：

IP报头长度IHL（Internet Header Length）――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）――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报头格式 
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： 
#define ICMP_ECHO 0 
#define ICMP_ECHOREPLY 8

 

这两种ICMP类型报头格式如下：

在Linux中ICMP数据结构( )定义如下： 
struct icmp 
{ 
u_int8_t icmp_type; /* type of message, see below */ 
u_int8_t icmp_code; /* type sub code */ 
u_int16_t icmp_cksum; /* _disibledevent="http://www.cn.ibm.com">www.cn.ibm.com，有以下执行结果： 
PING www.cn.ibm.com(202.95.2.148): 56 bytes data in ICMP packets. 
64 byte from 202.95.2.148: icmp_seq=1 ttl=242 rtt=3029.000 ms 
64 byte from 202.95.2.148: icmp_seq=2 ttl=242 rtt=2020.000 ms 
64 byte from 202.95.2.148: icmp_seq=3 ttl=242 rtt=1010.000 ms

--------------------PING statistics------------------- 
3 packets transmitted, 3 received , %0 lost

 


由于myping.c是发送完所��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。

作者简介 
梁俊辉,对Linux的网络应用和程序设计有浓厚兴趣,并且专注于这一方面研究，在IBM developerWorks――Linux专区上发表过《NEWT程序设计指南》一文。


出处：http://blog.youkuaiyun.com/rainbolide/archive/2006/03/16/625840.aspx

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Ping命令是用于查看网络上另一个主机系统的网络连接是否正常的工具，其工作原理是向网络上的另一个主机系统发送ICMP报文，若指定系统收到报文，会将报文原样传回给发送者，类似潜水艇声纳系统中的发声装置。以下是用C语言实现Ping程序功能的一般步骤及相关要点： ### 1. 了解Ping工作原理 Ping的原理是首先建立通道，然后发送包，对方接收后返回信息。发送的包包含对方的IP地址、自己的地址和序列数；回送的包包含双方地址和时间等，主要由接收方在操作系统内核里处理，内核时刻在监听。Ping程序生成一个ICMP“回送请求”，将其发送给目的主机，通过检测是否能收到目标主机的应答，来判断网络的连通性 [^2]。 ### 2. 实现思路及关键代码示例 #### 2.1 定义全局变量用于统计 为了统计ICMP报文的发送和接收情况，定义两个全局变量：接收计数器和发送计数器，用于记录ICMP报文的接受和发送数目。丢失数目 = 发送总数 - 接收总数，丢失比率 = 丢失数目 / 发送总数 [^4]。 ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> #include <netinet/ip.h> #include <netinet/ip_icmp.h> #include <unistd.h> #include <signal.h> #include <sys/time.h> // 全局变量用于统计 int sent_count = 0; int received_count = 0; // 计算校验和 unsigned short checksum(unsigned short *buf, int len) { unsigned long sum; for (sum = 0; len > 1; len -= 2) sum += *buf++; if (len == 1) sum += *(unsigned char *)buf; sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff); sum += (sum >> 16); return (unsigned short)(~sum); } // 发送ICMP回送请求 void send_icmp_request(int sockfd, struct sockaddr_in *dest_addr, int seq) { struct icmp icmp_packet; memset(&icmp_packet, 0, sizeof(icmp_packet)); icmp_packet.icmp_type = ICMP_ECHO; icmp_packet.icmp_code = 0; icmp_packet.icmp_id = getpid(); icmp_packet.icmp_seq = seq; gettimeofday((struct timeval *)&icmp_packet.icmp_data, NULL); icmp_packet.icmp_cksum = checksum((unsigned short *)&icmp_packet, sizeof(icmp_packet)); sendto(sockfd, &icmp_packet, sizeof(icmp_packet), 0, (struct sockaddr *)dest_addr, sizeof(*dest_addr)); sent_count++; } // 接收ICMP回送应答 void receive_icmp_reply(int sockfd) { char recv_buf[1024]; struct sockaddr_in src_addr; socklen_t addr_len = sizeof(src_addr); ssize_t recv_len = recvfrom(sockfd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0, (struct sockaddr *)&src_addr, &addr_len); if (recv_len > 0) { struct ip *ip_hdr = (struct ip *)recv_buf; struct icmp *icmp_hdr = (struct icmp *)(recv_buf + (ip_hdr->ip_hl << 2)); if (icmp_hdr->icmp_type == ICMP_ECHOREPLY && icmp_hdr->icmp_id == getpid()) { received_count++; // 可以在这里处理接收到的应答信息，如计算往返时间等 } } } // 信号处理函数，用于结束程序时输出统计信息 void sigint_handler(int signo) { int lost_count = sent_count - received_count; float lost_ratio = (float)lost_count / sent_count * 100; printf("\n--- Ping statistics ---\n"); printf("%d packets transmitted, %d received, %.2f%% packet loss\n", sent_count, received_count, lost_ratio); exit(0); } int main(int argc, char *argv[]) { if (argc != 2) { fprintf(stderr, "Usage: %s <destination_ip>\n", argv[0]); return 1; } int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP); if (sockfd < 0) { perror("socket"); return 1; } struct sockaddr_in dest_addr; memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr)); dest_addr.sin_family = AF_INET; if (inet_pton(AF_INET, argv[1], &dest_addr.sin_addr) <= 0) { perror("inet_pton"); close(sockfd); return 1; } signal(SIGINT, sigint_handler); int seq = 0; while (1) { send_icmp_request(sockfd, &dest_addr, seq++); receive_icmp_reply(sockfd); sleep(1); } close(sockfd); return 0; } ``` ### 3. 代码解释 - **checksum函数**：用于计算ICMP报文的校验和，确保数据在传输过程中未被篡改。 - **send_icmp_request函数**：生成ICMP“回送请求”报文，并将其发送给目的主机，同时更新发送计数器。 - **receive_icmp_reply函数**：接收目标主机返回的ICMP“回送应答”报文，若接收到正确的应答，更新接收计数器。 - **sigint_handler函数**：处理`SIGINT`信号（通常由用户按下`Ctrl+C`触发），在程序结束时输出ICMP报文的发送、接收和丢失统计信息。 - **main函数**：创建套接字，解析命令行参数获取目标IP地址，设置信号处理函数，循环发送ICMP请求并接收应答。 ### 4. 注意事项 - 运行此程序需要root权限，因为使用了原始套接字（`SOCK_RAW`）。 - 代码中只是一个简单的示例，实际应用中可能需要处理更多的错误情况和异常。 ### 5. ICMP报文长度相关 ICMP报文的总长度为84字节，其中IP部分为20字节，剩下的64字节为ICMP的报头和数据，其中28字节为ICMP的报头，剩下的54字节为数据部分。目的地址方在接收到ICMP查询时，会将20字节的IP头去掉，所以对于目的地址方来说，它收到了64字节的内容 [^5]。
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