Linux下利用ICMP协议实现ping命令

//先给出程序源码，在后面有我用WireShark捕获的帧的图解

程序源码如下：

#include <stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<strings.h>

#include<string.h>

#include <signal.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <unistd.h>

#include <netinet/in.h>

#include <netinet/ip.h>

#include <netinet/ip_icmp.h>

#include <netdb.h>

#include <setjmp.h>

#include <errno.h>

#define PACKET_SIZE 65536

#define MAX_WAIT_TIME 100

#define MAX_NO_PACKETS 1

char sendpacket [PACKET_SIZE];

char recvpacket [PACKET_SIZE];

int sockfd;

long int datalen=58;

int nsend=0,nreceived=0;

struct sockaddr_in dest_addr;

pid_t pid;

struct sockaddr_in from;

struct timeval tvrecv;

void statistics(int signo);

unsigned short cal_chksum(unsigned short *addr,int len);

int pack(int pack_no);

void send_packet(void);

void recv_packet(void);

int unpack(char *buf,int len);

void tv_sub(struct timeval *out,struct timeval *in);

void statistics(int signo)

{

    printf("\n--------------------PING statistics-------------------\n");

    printf("%d packets transmitted, %d received , %d%% lost\n",nsend,nreceived,

            (nsend-nreceived)/nsend*100);

    close(sockfd);

    exit(1);

}

/*校验和算法*/

unsigned short cal_chksum(unsigned short *addr,int len)

{

    int nleft=len;

    int sum=0;

    unsigned short *w=addr;

    unsigned short answer=0;

    /*把ICMP报头二进制数据以2字节为单位累加起来*/

    while(nleft>1)

    {

        sum+=*w++;

        nleft-=2;

    }

    /*若ICMP报头为奇数个字节，会剩下最后一字节。把最后一个字节视为一个2字节数据的高字节，这个2字节数据的低字节为0，继续累加*/

    if( nleft==1)

    {

        *(unsigned char *)(&answer)=*(unsigned char *)w;

        sum+=answer;

    }

    sum=(sum>>16)+(sum&0xffff);

    sum+=(sum>>16);

    answer=~sum;

    return answer;

}

/*设置ICMP报头*/

int pack(int pack_no)

{

    int i,packsize;

    struct icmp *icmp;

    struct timeval *tval;

    icmp=(struct icmp*)sendpacket;

    icmp->icmp_type=ICMP_ECHO;  //表明为Ping请求ICMP报文

//在/usr/include/netinet/ip_icmp.h中有

//#define ICMP_ECHO 8

//#define ICMP_ECHOREPLY  0
    icmp->icmp_code=0;

    icmp->icmp_cksum=0;

    icmp->icmp_seq=pack_no;

    icmp->icmp_id=pid;

    packsize=8+datalen; //ICMP数据报大小

    tval= (struct timeval *)icmp->icmp_data;

    gettimeofday(tval,NULL); /*记录发送时间*/

    icmp->icmp_cksum=cal_chksum( (unsigned short *)icmp,packsize); /*校验算法*/

    return packsize;

}

/*发送三个ICMP报文*/

void send_packet()

{

    int packetsize;

    while(nsend<MAX_NO_PACKETS)

    {

        nsend++;

        packetsize=pack(nsend); /*设置ICMP报头*/

        if( sendto(sockfd,sendpacket,packetsize,0,

                    (struct sockaddr *)&dest_addr,sizeof(dest_addr) )<0 )

        {

            perror("sendto error");

            continue;

        }

        sleep(1); /*每隔一秒发送一个ICMP报文*/

    }

}

/*接收所有ICMP报文*/

void recv_packet()

{

    int n,fromlen;

    extern int errno;

    signal(SIGALRM,statistics);     //如果接受超时则直接退出程序

    fromlen=sizeof(from);

    while(nreceived<nsend) 

    {

        alarm(MAX_WAIT_TIME);   //设置一个定时器(5s时间)，计时满后会产生SIGALRM信号，将跳到statistics函数

        if( (n=recvfrom(sockfd,recvpacket,sizeof(recvpacket),0,

                        (struct sockaddr *)&from,&fromlen)) <0)

        {

            if(errno==EINTR)    //当进程阻塞于慢系统调用recvform，捕捉到一个信号时，内核将使recvform

                continue;          //返回-1，并置errno=EINTR（被中断到系统调用）

            perror("recvfrom error");

            continue;

        }

        gettimeofday(&tvrecv,NULL); /*记录接收时间*/

        if(unpack(recvpacket,n)==-1)continue;

        nreceived++;

    }

}

/*剥去ICMP报头*/

int unpack(char *buf,int len)

{

    int i,iphdrlen;

    struct ip *ip;

    struct icmp *icmp;

    struct timeval *tvsend;

    double rtt;

    ip=(struct ip *)buf;

    iphdrlen=ip->ip_hl<<2; /*求ip报头长度,即ip报头的长度标志乘4*/

    icmp=(struct icmp *)(buf+iphdrlen);
/*越过ip报头,指向ICMP报头*/

    len-=iphdrlen; /*ICMP报头及ICMP数据报的总长度*/

    if( len<8) /*小于ICMP报头长度则不合理*/

    {

        printf("ICMP packets\'s length is less than 8\n");

        return -1;

    }

    /*确保所接收的是我所发的的ICMP的回应*/

    if( (icmp->icmp_type==ICMP_ECHOREPLY) && (icmp->icmp_id==pid) )

    {

        tvsend=(struct timeval *)icmp->icmp_data;

        tv_sub(&tvrecv,tvsend); /*接收和发送的时间差*/

        rtt=tvrecv.tv_sec*1000+tvrecv.tv_usec/1000; /*以毫秒为单位计算rtt*/

        /*显示相关信息*/

        printf("%d byte from %s: icmp_seq=%u ttl=%d rtt=%.3f ms\n",len, 

                inet_ntoa(from.sin_addr), icmp->icmp_seq, ip->ip_ttl, rtt);

    }

    else

        return -1;

}

/*主函数*/

main(int argc,char *argv[])

{

    struct hostent *host;

    struct protoent *protocol;

    unsigned long inaddr=0l;

    int waittime=MAX_WAIT_TIME;

    int size=50*1024;

    if(argc<2)

    {

        printf("usage:%s hostname/IP address\n",argv[0]);

        exit(1);

    }

    if( (protocol=getprotobyname("icmp") )==NULL)

    {

        perror("getprotobyname");

        exit(1);

    }

    /*生成使用ICMP的原始套接字,这种套接字只有root才能生成*/

    if( (sockfd=socket(AF_INET,SOCK_RAW,protocol->p_proto) )<0)

    {

        perror("socket error");

        exit(1);

    }

    /* 回收root权限,设置当前用户权限*/

    setuid(getuid());

    /*扩大套接字接收缓冲区到50K这样做主要为了减小接收缓冲区溢出的的可能性,若无意中ping一个广播地址或多播地址,将会引来大量应答*/

    setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_RCVBUF,&size,sizeof(size) );

    bzero(&dest_addr,sizeof(dest_addr));

    dest_addr.sin_family=AF_INET;

    /*判断是域名还是ip地址*/

    if( (inaddr=inet_addr(argv[1]))==INADDR_NONE)

    {

        if((host=gethostbyname(argv[1]) )==NULL) /*是域名*/

        {

            perror("gethostbyname error");

            exit(1);

        }

        memcpy( (char *)&dest_addr.sin_addr,host->h_addr,host->h_length);

    }

    else   /*是ip地址*/

        memcpy( (char *)&dest_addr,(char *)&inaddr,host->h_length);

    /*获取main的进程id,用于设置ICMP的标志符*/

    pid=getpid();

   //以下myping的主要过程
    printf("PING %s(%s): %d bytes data in ICMP packets.\n",argv[1],

            inet_ntoa(dest_addr.sin_addr),datalen);

    send_packet(); /*发送所有ICMP报文*/

    recv_packet(); /*接收所有ICMP报文*/

    statistics(SIGALRM); /*进行统计*/

    return 0;

}

/*两个timeval结构相减*/

void tv_sub(struct timeval *out,struct timeval *in)

{

    if( (out->tv_usec-=in->tv_usec)<0)

    {

        --out->tv_sec;

        out->tv_usec+=1000000;

    }

    out->tv_sec-=in->tv_sec;

}

/*------------- The End -----------*/

myping运行结果：从我的机子上myping百度服务器（其IP为61.135.169.125）



我的IP地址为：192.168.1.104



下面是我用WireShark捕获的一对ping请求帧和应答帧

ping请求帧为：ICMP报头Type字段为0x8，且Code字段为0x0



有上图可知58字节的ICMP有效静载荷（包括50字节和8个字节的时间信息）在传送时经过了三级封装：先加上8字节的ICMP报头———>再加上20字节的IPv4报头——>最后再加上以太网二号版本（Etnernet ii）报头。

这可由下面的网络协议关系图中的黑色箭头清楚的看出



ping应答帧为：ICMP报头Type字段为0x0，且Code字段为0x0