Ping程序的C語言編程

　　大部分人用ping命令只是作為查看另一個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接是否正常的一種簡單方法。在這篇文章中，作者將介紹如何用C語言編寫一個(gè)模擬ping命令功能的程序。

　　ping命令是用來查看網(wǎng)絡(luò)上另一個(gè)主機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接是否正常的一個(gè)工具。ping命令的工作原理是：向網(wǎng)絡(luò)上的另一個(gè)主機(jī)系統(tǒng)發(fā)送ICMP報(bào)文，如果指定系統(tǒng)得到了報(bào)文，它將把報(bào)文一模一樣地傳回給發(fā)送者，這有點(diǎn)象潛水艇聲納系統(tǒng)中使用的發(fā)聲裝置。

　　例如，在Linux終端上執(zhí)行ping　localhost命令將會看到以下結(jié)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

　　由上面的執(zhí)行結(jié)果可以看到，ping命令執(zhí)行后顯示出被測試系統(tǒng)主機(jī)名和相應(yīng)IP地址、返回給當(dāng)前主機(jī)的ICMP報(bào)文順序號、ttl生存時(shí)間和往返時(shí)間rtt(單位是毫秒，即千分之一秒)。要寫一個(gè)模擬ping命令，這些信息有啟示作用。

　　要真正了解ping命令實(shí)現(xiàn)原理，就要了解ping命令所使用到的TCP/IP協(xié)議。

　　ICMP(Internet Control Message,網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議)是為網(wǎng)關(guān)和目標(biāo)主機(jī)而提供的一種差錯(cuò)控制機(jī)制，使它們在遇到差錯(cuò)時(shí)能把錯(cuò)誤報(bào)告給報(bào)文源發(fā)方。ICMP協(xié)議是IP層的一個(gè)協(xié)議，但是由于差錯(cuò)報(bào)告在發(fā)送給報(bào)文源發(fā)方時(shí)可能也要經(jīng)過若干子網(wǎng)，因此牽涉到路由選擇等問題，所以ICMP報(bào)文需通過IP協(xié)議來發(fā)送。ICMP數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)發(fā)送前需要兩級封裝：首先添加ICMP報(bào)頭形成ICMP報(bào)文，再添加IP報(bào)頭形成IP數(shù)據(jù)報(bào)。如下圖所示

　　IP報(bào)頭

　　ICMP報(bào)頭

　　ICMP數(shù)據(jù)報(bào)

　　IP報(bào)頭格式

　　由于IP層協(xié)議是一種點(diǎn)對點(diǎn)的協(xié)議，而非端對端的協(xié)議，它提供無連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，沒有端口的概念，因此很少使用bind()和connect()函數(shù)，若有使用也只是用于設(shè)置IP地址。發(fā)送數(shù)據(jù)使用sendto()函數(shù)，接收數(shù)據(jù)使用recvfrom()函數(shù)。IP報(bào)頭格式如下圖：

　　在Linux中，IP報(bào)頭格式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)()定義如下：

　　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程序只使用以下數(shù)據(jù)：

　　IP報(bào)頭長度IHL(Internet Header Length)?D?D以4字節(jié)為一個(gè)單位來記錄IP報(bào)頭的長度，是上述IP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的ip_hl變量。

　　生存時(shí)間TTL(Time To Live)?D?D以秒為單位，指出IP數(shù)據(jù)報(bào)能在網(wǎng)絡(luò)上停留的最長時(shí)間，其值由發(fā)送方設(shè)定，并在經(jīng)過路由的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)減一，當(dāng)該值為0時(shí)，數(shù)據(jù)報(bào)將被丟棄，是上述IP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的ip_ttl變量。

　　ICMP報(bào)頭格式

　　ICMP報(bào)文分為兩種，一是錯(cuò)誤報(bào)告報(bào)文，二是查詢報(bào)文。每個(gè)ICMP報(bào)頭均包含類型、編碼和校驗(yàn)和這三項(xiàng)內(nèi)容，長度為8位，8位和16位，其余選項(xiàng)則隨ICMP的功能不同而不同。

　　Ping命令只使用眾多ICMP報(bào)文中的兩種："請求回送'(ICMP_ECHO)和"請求回應(yīng)'(ICMP_ECHOREPLY)。在Linux中定義如下：

　　#define ICMP_ECHO　 0

　　#define ICMP_ECHOREPLY　8

　　這兩種ICMP類型報(bào)頭格式如下：

　　在Linux中ICMP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)()定義如下：

　　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; /* ones complement checksum of struct */

　　union

　　{

　　u_char ih_pptr;　　 /* ICMP_PARAMPROB */

　　struct in_addr ih_gwaddr;　 /* gateway address */

　　struct ih_idseq　　 /* echo datagram */

　　{

　　u_int16_t icd_id;

　　u_int16_t icd_seq;

　　} ih_idseq;

　　u_int32_t ih_void;

　　/* ICMP_UNREACH_NEEDFRAG -- Path MTU Discovery (RFC1191) */

　　struct ih_pmtu

　　{

　　u_int16_t ipm_void;

　　u_int16_t ipm_nextmtu;

　　} ih_pmtu;

　　struct ih_rtradv

　　{

　　u_int8_t irt_num_addrs;

　　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;

　　/* options and then 64 bits of data */