Roger的小程序系列（15）SuperPing 支持TCP、UDP和ICMP的ping

导读：
　　 传统的ping通过发送ICMP ECHO包来请求远程主机的回显，以此来观察网络的延迟、跳转数目、丢包情况等等。但是出于安全的考虑，现在很多防火墙都默认阻止传输ICMP数据报文。就如Roger的博客所在的主机，明明可以访问却ping不通，于是写了这个SuperPing，它除了实现跟系统的ping.exe类似的ICMP请求回显，还支持TCP和UDP的探测。下面是Roger在公司用SuperPing来ping rogerfd.cn的结果：
　　Microsoft Windows XP [版本 5.1.2600]
　　(C) 版权所有 1985-2001 Microsoft Corp.
　　D:/Documents/Work/C/SuperPing/Release>SuperPing.exe -p TCP -a rogerfd.cn
　　Roger’s Super Ping (ICMP,TCP,UDP Supported)
　　Version: 0.1
　　Mailto:? roger99707@163.com
　　Blog:??? http://rogerfd.cn
　　Local Host Name : roger
　　Local IP Address: 192.168.1.25
　　Local Position? : 局域网–对方和您在同一内部网
　　Ping rogerfd.cn [222.73.44.108] (上海市 电信ADSL) using TCP …
　　Reply from 222.73.44.108: time=641 ms TTL=106
　　Reply from 222.73.44.108: time=1922 ms TTL=106
　　Reply from 222.73.44.108: time=719 ms TTL=106
　　Reply from 222.73.44.108: time=609 ms TTL=106
　　Ping statistics for 222.73.44.108:
　　 Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
　　Approximate round trip times in milli-seconds:
　　 Minimum = 609ms, Maximum = 1922ms, Average = 972ms
　　D:/Documents/Work/C/SuperPing/Release>
　　 很明显看得出来网络连接的状态不太好，延迟挺大。下面Roger来讲讲这个SuperPing的原理和实现。传统的ping依赖于TCP/IP协议栈中ICMP ECHO服务。任何主机收到ICMP ECHO报文都应该做出回复。Ping报文是这样的一个结构（省去前面的IP头部）：
　　 typedef struct icmp_ping_hdr
　　 {
　　 unsigned char? ih_type;
　　 unsigned char? ih_code;
　　 unsigned short ih_sum;
　　 unsigned short ih_id;
　　 unsigned short ih_seq;
　　 }ICMP_PING_HDR;
　　对于Ping请求来说，type就是8，code是0，sum是校验和，id是一个和应用程序相关的数，seq是一个应用程序指定的序列号，用来标识不同的请求。而对Ping回复来说，type和code都是0，id和seq必须和ping请求的一致；如果ping请求中有额外的数据，也必须把这些数据原样返回。关于这个的代码在《Roger的小程序系列（6）带地理位置的trace route》中也有类似的介绍，就不详述了，下面主要是讲讲如何用TCP和UDP来ping.
　　首先要明确我们需要从“ping”里边得到什么信息。一个是往返的延迟，包括超时；另一个是TTL，表示网络上的距离。至于ping还可以获取路由表，这个功能太鸡肋了，完全不如trace route，估计现在也没人用。那要获取TCP的一个响应，最简单的办法自然是发送一个TCP的连接请求，然后检测有没有回应。如果收到一个回应，不管是 SYN+ACK标志的表示可以建立连接，还是RST标志的端口不开放拒绝连接，我们都可以从这个回应的IP包中提取TTL以及计算延迟。
　　 为了更好的处理接收的报文，Roger决定采用Raw socket来接收。但是在Windows XP下面是禁止用Raw socket来发送TCP报文的，我们当然可以通过winpcap来发（具体见《Roger的小程序系列（13） 快速TCP端口扫描》一文），但是太复杂了；于是Roger想了个办法，用异步的普通的TCP socket去connect；然后用raw socket来接收，接收成功或者超时之后再把那个普通的TCP socket关闭。
　　 这个是发送TCP请求的函数
　　 int send_tcp_packet (unsigned long dstIP,
　　unsigned short port,
　　unsigned char sendTTL,
　　SOCKET* pSocket
　　 )
　　 {
　　 SOCKET???????????? sendSocket;
　　 unsigned int?????? flag = 1;
　　 //int??????????????? ttl;
　　 struct sockaddr_in addr;
　　 int??????????????? ret, err;
　　 if ((sendSocket = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) == INVALID_SOCKET) {
　　 return WSAGetLastError ();
　　 }
　　 // set non-block mode
　　 if (SOCKET_ERROR == ioctlsocket (sendSocket, FIONBIO, &flag))
　　 {
　　 closesocket (sendSocket);
　　 return WSAGetLastError ();
　　 }
　　 //but it does not work …TTL is always 128 on windows xp
　　 /*ttl = sendTTL;
　　 if (SOCKET_ERROR == setsockopt (sendSocket, IPPROTO_IP, IP_TTL, (char*)&ttl, sizeof(ttl)))
　　 {
　　 closesocket (sendSocket);
　　 return WSAGetLastError ();
　　 }*/
　　 addr.sin_family?????????? = AF_INET;
　　 addr.sin_port???????????? = htons(port);
　　 addr.sin_addr.S_un.S_addr = dstIP;
　　 ret = connect (sendSocket, (struct sockaddr*)&addr, sizeof (addr));
　　 err = WSAGetLastError ();
　　 if (ret == 0 || WSAEWOULDBLOCK == err){
　　 *pSocket = sendSocket;
　　 return 0;
　　 }
　　 return err;
　　 }
　　 结构有点不雅因为返回了一个socket。接下来是接收的代码：
　　 int send_recv_tcp_packet (unsigned long? localIP,
　　unsigned long? dstIP,
　　unsigned short port,
　　unsigned long? maxwait,
　　unsigned char sendTTL,
　　unsigned char* pTTL
　　 )
　　 {
　　 SOCKET????????? sock;
　　 SOCKADDR_IN???? addr;
　　 IP_HEADER????? *ipHeader;?
　　 TCP_HEADER???? *tcpHeader;
　　 fd_set????????? fd;
　　 int???????????? ret;
　　 char??????????? recvBuffer[2048] = {0};
　　 unsigned int??? flag = 1;
　　 struct timeval? timeout = {0, 100000};
　　 unsigned long?? ulStartTime;
　　 SOCKET????????? sockSend;
　　 if ((sock = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_IP)) == INVALID_SOCKET){
　　 return WSAGetLastError ();
　　 }
　　 addr.sin_family????? = AF_INET;
　　 addr.sin_port??????? = htons(0);
　　 addr.sin_addr.s_addr = localIP;
　　 if (SOCKET_ERROR == bind (sock, (PSOCKADDR)&addr, sizeof(addr))){
　　 return WSAGetLastError ();
　　 }
　　 ulStartTime = GetTickCount ();
　　 ret = send_tcp_packet (dstIP, port, sendTTL, &sockSend);
　　 if (ret){
　　 return ret;
　　 }
　　 if (1)
　　 {
　　 //很奇怪不设置混杂模式就收不到
　　 //百思不得其解
　　 DWORD dwBufferLen [10] ;
　　 DWORD dwBufferInLen = 1 ;
　　 DWORD dwBytesReturned = 0 ;
　　 WSAIoctl(sock,SIO_RCVALL,&dwBufferInLen,sizeof(dwBufferInLen),
　　 &dwBufferLen,sizeof(dwBufferLen),&dwBytesReturned,NULL,NULL);
　　 }
　　 while(1)
　　 {
　　 memset(recvBuffer , 0 , sizeof(recvBuffer));
　　 FD_ZERO(&fd);
　　 FD_SET(sock, &fd);
　　 ret = select (0, &fd, 0, 0, &timeout);
　　 if (ret == SOCKET_ERROR){
　　 return WSAGetLastError ();
　　 }
　　 if (ret == 0)
　　 {???
　　 if (GetTickCount() - ulStartTime destIP != localIP
　　 || ipHeader->sourceIP != dstIP
　　 || ipHeader->proto != IPPROTO_TCP){
　　 continue;
　　 }
　　 tcpHeader = (TCP_HEADER *) (recvBuffer + sizeof(IP_HEADER));
　　 if (tcpHeader->th_sport != htons (port)){
　　 continue;
　　 }
　　 *pTTL = ipHeader->ttl;
　　 closesocket (sock);
　　 closesocket (sockSend);
　　 return 0;
　　 }
　　 return 1; // never run to here
　　 }
　　 注意这里没有检查收到的TCP回应。尽管我们不需要区分是SYN还是RST，但是还是应该区别一下收到的回应是不是我们所发的请求。如果能检查一下回应的ACK所指的序号是不是我们发送的Seq就可以了，但是获取之前发的Seq有点麻烦，Roger就先偷懒啦。
　　UDP的Ping原理又不一样。当发送一个UDP数据包到某一个主机的某个端口。而没有任何一个应用程序在这个端口上面接收数据，主机的TCP/IP协议栈就会默认回复一个ICMP报文指示：端口不可达。我们就专门接收这个回复。那万一这个端口有进程在监听呢？既然那么巧，咱也没办法，换一个端口咯。UDP的发送很简单，和TCP的差别就是socket创建的类型
　　 sendSocket = socket (AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
　　 以及发送的时候用sendto
　　 ret = sendto (sendSocket, (char*)&seq, sizeof seq, 0, (struct sockaddr*)&addr, sizeof (addr));
　　 Roger在这里发送了一个4字节的序列号作为数据，如果目标主机发送了端口不可达的ICMP报文，这个报文的数据段将包含我们发送的UDP报文，这样Roger就可以确认收到的ICMP报文确实是我们发的UDP报文的回应了。
　　 下面这个是检测UDP回应的代码片断，接收部分和ICMP Ping是几乎一样的
　　 icmpHeader = (ICMP_HDR *) (recvBuffer + sizeof(IP_HEADER));
　　 if ( icmpHeader->ih_type == 3 /* dest unreachable */
　　 &&icmpHeader->ih_code == 3 /* port unreachable */)
　　 {
　　 // simply check seq
　　 unsigned long seqRecvd = *(unsigned long*)(recvBuffer+ret-4);
　　 if (seq == seqRecvd)
　　 {
　　 // that is what we need
　　 *pTTL = ipHeader->ttl;
　　 return 0;
　　 }
　　 }
　　 其余细节看完整代码吧，下面是这个SuperPing的用法
　　Roger’s Super Ping (ICMP,TCP,UDP Supported)
　　 Version: 0.1
　　 Mailto:? roger99707@163.com
　　 Blog:??? http://rogerfd.cn
　　 Usage: SuperPing.exe [-p proto] [-a] [-n count] [-i TTL][-w timeout] target
　　 Options:
　　 -p proto?????? ICMP,TCP or UDP to use, ICMP is default
　　 -a???????????? Resolve addresses to position.
　　 -n count?????? Number of requests to send,default 4, max 1024.
　　 -i TTL???????? Time To Live, default is 64
　　 -w timeout???? Timeout in milliseconds to wait for, default 3000
　　 -P port??????? Port of packet, for TCP and UDP, default 80
　　 target???????? The target could be ip or domain name???
　　有一个已知的问题是，TTL的设置在TCP中无效，原因未明，有知道的跟Roger说一声啊，嘿嘿。-a 选项将查询本机IP和目标IP的地理位置，需要有ipsearcher.dll和QQWry.Dat的支持。
　　运行的样子，带-a选项：
　　
　　


　　
　　不带-a选项：
　　
　　


　　
　　用UDP的Ping：
　　
　　


　　
　　默认用ICMP来ping
　　
　　


　　
　　完整源代码和可执行程序下载：superping
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　　作者： roger
　　Blog： http://rogerfd.cn
　　Email：roger99707@163.com
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本文转自
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