ping源代码完全解析

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author: Zero1,lingyi.pro#163.com

date: 2008-04-27

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目录

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1.相关知识

2.相关数据结构

3.相关函数

4.代码分析

5.小结

1.相关知识

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ping命令可以查看一个系统到另一个系统是否可达，即判断网络连接是否正常。它的工作原理是：向网络上的另一台主机发送ICMP报文，并等待ICMP回显应答(ECHO_REPLY)；如果目标系统接收到ICMP报文，它将返回给发送者一样的报文；同时ping可以计算这两台主机间的往返时间，以表明两主机间的距离。

ps:当然现在有些主机为了隐藏自己，对于ping发送来ICMP报文不返回回显信息。

想要深入了解ping的工作原理，还得了解ping命令所使用的TCP／IP协议。

ICMP(Internet Control Message Protocol,网际控制报文协议)是为网关和目标主机提供的一种差错控制机制，使它们在发生差错是把错误信息报告给源发送方(source sender)。ICMP协议是IP层的一个协议，但是由于差错报告发送会源发送方的过程中可能要经过若干子网，因此牵扯到路由选择问题，所以ICMP报文通常有IP协议来发送。于是ICMP数据报发送前需要进行两次封装：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

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｜ IP报头 |

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| | ICMP报头 ｜｜

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| | |------------| | |

| | | ICMP数据报 | | |

| | |------------| | |

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由于IP协议是一种点对点的协议，而不是端对端的协议，它提供无连接的数据包服务（通常使用UDP协议），所以不需要bind()和connect()函数来绑定和连接端口。用sendto()函数来发送数据报，接收数据使用recvfrom()函数。（更多信息参看socket编程相关资料）

2.相关数据结构

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2.1 IP报头格式

IP报头格式：版本号(4bit),IP报头长度（4），服务类型（8），数据报长度（16），报文标志ID（16），报文标志F（3），分段偏移量（13），生存时间（8），协议号（8），报头校验和（16），源地址（32），目的地址（32），任选项和填充位（若干）。示意图如下：

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| 版本号VER(4) | IP报头长度IHL(4) | 服务类型TOS(8) | 数据报长度TL(16) |

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| 报文标志ID(16) | 报文标志F(3) | 分段偏移量 F0(13) |

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| 生存时间(8) | 协议号PORT(8) | 报头校验和(16) |

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| 源地址(32) |

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| 目的地址（32） |

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| 任选项和填充位(若干) |

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根据IP报头格式信息，可定义IP报头格式数据结构如下（更详细请阅读<netinet/ip.h>）:


/****************************


* 计算icmp校验和算法


* 2008-05-02


* **************************/




unsigned short chksum(addr,len)


unsigned short *addr; /* 校验数据开始地址（注意是以2字节为单位） */


int len; /* 校验数据的长度大小，以字节为单位 */


{


int sum = 0; /* 校验和 */


int nleft = len; /* 未累加的数据长度 */


unsigned short *p; /* 走动的临时指针,2字节为单位 */


unsigned short tmp = 0; /* 奇数字节长度时用到 */


while( nleft > 1)


{


sum += *p++; /* 累加 */


nleft -= 2;


}


if(nleft == 1) /* 奇数字节长度 */


{


*(unsigned char *)&tmp = *(&(unsigned char *)p); /* 将最后字节压如2字节的高位 */


sum += tmp;


}


sum += (sum >> 16) + (sum & 0xffff); /* 高位低位相加 */


sum += sum >> 16; /* 上一步溢出时，将溢出位也加到sum中 */


tmp = ~sum; /* 注意类型转换，现在的校验和为16位 */


return tmp;


}

ping程序只用到以下数据段：

ip_hl:IP报头长度(Internet Header Length),以4字节为一单位来记录IP报头长度。

ip_ttl:Time to Live,生存期，以秒为单位，指明此IP数据包在网络上停留的最长时间，其值由发送端设定，每经过一个路由，其值自减1，当值为0时，该IP数据包将被丢弃。

2.2 ICMP报头格式

ICMP分为错误报告报文和查询报文两种。每个ICMP报头均包含类型、编码和校验和三项，长度分别为8位、8位和16位，其他选项随ICMP功能的不同而不同(详见《TCP／IP协议详解－卷1：协议》p59)。

ICMP报头格式示意图如下：

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| 类型（8） ｜ 代码（8） ｜ 校验和（16） |

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| (不同类型代码有不同的内容) |

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ping命令中只用到"回显应答"(ICMP_ECHO)和"回显请求"(ICMP_ECHOREPLY)两种。Linux下定义为：

#define ICMP_ECHO 0

#define ICMP_ECHOREPLY 8

这两种ICMP类型的报头格式示意图如下：

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| 类型TYPE(0或8) | 编码CODE(没有使用) | 校验和SHECKSUM(16) |

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| 标志符Identifier | 序列号Sequence |

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Linux下ICMP数据结构的定义如下（详见<netinet/ip_icmp.h>）：


struct icmp


{


u_int8_t icmp_type; /* 消息类型 */


u_int8_t icmp_code; /* 编码 */


u_int16_t icmp_cksum; /* 校验和 */


union


{


u_char ih_pptr; /* ICMP_PARAMPROB */


struct in_addr ih_gwaddr; /* 网关地址 */


struct ih_idseq /* 显示数据报 */


｛


u_int16_t icd_id; /* */


u_int16_t icd_seq; /* */


｝ih_idseq;




u_int32_t ih_void; /* */




/* ICMP_UNREACH_NEEDFRAG -- Path MTU Discovery(rffc1191) */


struct ih_pmtu


{


u_int16_t ipm_void; /* */


u_int16_t ipm_nextmtu; /* */


}ih_pmtu;




struct ih_rtradv


{


u_int8_t irt_num_addr; /* */


u_int8_t irt_wpa; /* */


u_int16_t irt_lifetime; /* */


}ih_rtradv;


}icmp_hun;




#define icmp_pptr icmp_hun.ih_pptr


#define icmp_gwaddr icmp_hun.ih_gwaddr


#define icmp_id icmp_hun.ih_idseq.icd_id


#define icmp_seq icmp_hun.ih_idseq.icd_seq


#define icmp_void icmp_hun.ih_void


#define icmp_pmvoid icmp_hun.ih_pmtu.ipm_void


#define icmp_nextmtu icmp_hun.ih_pmtu.ipm_nextmtu


#define icmp_num_addrs icmp_hun.ih_rtradv.irt_num_addrs


#define icmp_wpa icmp_hun.ih_rtradv.irt_wpa


#define icmp_lifetime icmp_hun.ih_rtradv.irt_lifetime




union


{


struct


{


u_int32_t its_otime;


u_int32_t its_rtime;


u_int32_t its_ttime;


}id_ts;




struct


{


struct ip idi_ip;


/* 选项及64位数据 */


}id_ip;




struct icmp_ra_addr id_radv;


u_int32_t id_mask; /**/


u_int8_t id_data[1];


}icmp_dun;




#define icmp_otime icmp_dun.id_ts.its_otime


#define icmp_rtime icmp_dun.id_ts.its_rtime


#edfine icmp_ttime icmp_dun.id_ts.its_ttime


#define icmp_ip icmp_dun.id_ip.idi_ip


#edfine icmp_radv icmp_dun.id_radv


#define icmp_mask icmp_dun.id_mask


#define icmp_data icmp_dun.id_data


};