linux下ping命令的實現原始碼
相信大家一定遇到過上不了網的情形，都知道用個ping命令。這不小王就是這樣的女孩，老是上不了網，老是找我，我就先ping一下，逐步找找問題在哪兒，有的放矢，不至於盲目抓瞎(說心裡話，我真不願意幫小王弄，每次弄好了，她就和那個叫寒煙的Q友，使勁聊天，唉，心裡哇涼啊.）都說實踐是最好的老師，小王不和老師我聊天，說明我這個老師沒做好，沒關係，我有技術我怕誰，抓住小王的心，我還是有把握的。不知誰問：刀是什麼樣的刀，朱鏽斷環刀；劍是什麼樣的劍，流光翠月劍！不要問我為啥這大反差，沒辦法，誰叫小王喜歡呢。唉，不說了，小王把眨巴著眼催我快點呢.
好，今天就給大家講講有關linux下ping程式的實現，以後誰再找我修網，對不起，該不奉陪，我只為小王，嘿嘿。
先來說說ping程式的原理吧，其實挺簡單，就是一個主機系統向另外一個主機系統說：I love you(ICMP報文)，然後那個主機如果相信你或者說想和你通訊，和你心知心，那它就把收到的I love you(ICMP)報文原樣返回.好嘛,源主機收到這個迴應後，就happy了，因為對方是和自己心連心的。如果對方沒有收到這個訊息，或者對你不感冒，不願意理你，不回你這個報文，或者說些不知雲是雲霧是霧的話，對不起啦，感情是兩個人的事情哦.
要想深刻了解，需有入目三分的實力，這個ping也一樣，咱們先來看看它採用的TCP/IP協議，我剛說了，它傳送的是ICMP回顯請求，回答的是回顯應答報文。談起這個ICMP(Internet Control Message,網際控制報文協議)是為閘道器和目標主機而提供的一種差錯控制機制，使它們在遇到差錯時能把錯誤報告給報文源發方.是IP層的一個協議。但是由於差錯報告在傳送給報文源發方時可能也要經過若干子網，因此牽涉到路由選擇等問題，所以ICMP報文需通過IP協議來發送。ICMP資料報的資料傳送前需要兩級封裝：首先新增ICMP報頭形成ICMP報文，再新增IP報頭形成IP資料報。如下圖所示：
| IP報頭 |
| ICMP報頭 |
| ICMP資料報 |
由於IP層協議是一種點對點的協議，而非端對端的協議，它提供無連線的資料報服務，沒有埠的概念，因此很少使用bind()和connect() 函式，若有使用也只是用於設定IP地址。傳送資料使用sendto()函式，接收資料使用recvfrom()函式。
TCP/IP的經典大作《TCP/IP協議詳解.卷一》清晰的告訴我，IP報頭格式如下：
詳細的，小王那懶的人都知道翻翻上面提到的書，我也就不詳細介紹了，我這裡給出linux中的資料結構實現：
struct ip { #if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN unsigned |
別看這多，其實ping程式用到的沒幾個：
(1)IP報頭長度IHL（Internet Header Length）以4位元組為一個單位來記錄IP報頭的長度，是上述IP資料結構的ip_hl變數。
(2)生存時間TTL（Time To Live）以秒為單位，指出IP資料報能在網路上停留的最長時間，其值由傳送方設定，並在經過路由的每一個節點時減一，當該值為０時，資料報將被丟棄，是上述IP資料結構的ip_ttl變數。ICMP報文分為兩種：查詢報文和差錯報文。每個ICMP報頭均包含型別、編碼和校驗和這三項內容，其餘選項則隨ICMP的功能不同而不同。ICMP報文格式如下：
Ping命令只使用眾多ICMP報文中的兩種："請求回送'(ICMP_ECHO)和"請求迴應'(ICMP_ECHOREPLY)。在Linux中定義如下：
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在Linux中ICMP資料結構(<netinet/ip_icmp.h>)定義如下：
linux中ICMP資料結構
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Ping命令中需要顯示的資訊，包括icmp_seq和ttl都已有實現的辦法，但還缺rtt往返時間。為了實現這一功能，可利用ICMP資料報攜帶一個時間戳。使用以下函式生成時間戳：
#include int gettimeofday(struct timeval *tp,void *tzp) 其中timeval結構如下： struct timeval{ long tv_sec; long tv_usec; } |
在傳送和接收報文時由gettimeofday分別生成兩個timeval結構，兩者之差即為往返時間,即 ICMP報文傳送與接收的時間差，而timeval結構由ICMP資料報攜帶,
tzp指標表示時區，一般都不使用，賦NULL值。系統自帶的ping命令當它接送完所有ICMP報文後，會對所有傳送和所有接收的ICMP報文進行統計，從而計算ICMP報文丟失的比率。為達此目的，定義兩個全域性變數：接收計數器和傳送計數器，用於記錄ICMP報文接受和傳送數目。丟失數目=傳送總數-接收總數，丟失比率=丟失數目/傳送總數。現給出模擬Ping程式功能的程式碼如下：
必要的標頭檔案,巨集定義和函式說明
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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);
}
/*校驗和演算法*/
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報頭二進位制資料以2位元組為單位累加起來*/
while(nleft>1)
{ sum+=*w++;
nleft-=2;
}
/*若ICMP報頭為奇數個位元組，會剩下最後一位元組。把最後一個位元組視為一個2位元組資料的高
//位元組，這個2位元組資料的低位元組為0，繼續累加*/ if( nleft==1) { *(unsigned char *)(&answer)=*(unsigned char *)w; sum+=answer; } sum=(sum>>16)+(sum&0xffff); sum+=(sum>>16); answer=~sum; return answer; } /*設定ICMP報頭*/ int pack(int pack_no) { int i,packsize; struct icmp *icmp; struct timeval *tval; icmp=(struct icmp*)sendpacket; icmp->icmp_type=ICMP_ECHO; icmp->icmp_code=0; icmp->icmp_cksum=0; icmp->icmp_seq=pack_no; icmp->icmp_id=pid; packsize=8+datalen; tval= (struct timeval *)icmp->icmp_data; gettimeofday(tval,NULL); /*記錄傳送時間*/ icmp->icmp_cksum=cal_chksum( (unsigned short *)icmp,packsize); /*校驗演算法*/ return packsize; } /*傳送三個ICMP報文*/ void send_packet() { int packetsize; while( nsend<MAX_NO_PACKETS) //傳送MAX_NO_PACKETS個ICMP報文 {
nsend++;
packetsize=pack(nsend); /*設定ICMP報頭*/
//sendpacket為要傳送的內容，由pack()函式設定，dest_addr是目的地址，
if( sendto(sockfd,sendpacket,packetsize,0, (struct sockaddr *)&dest_addr,sizeof(dest_addr) )<0 ) { perror("sendto error"); continue; } sleep(1); /*每隔一秒傳送一個ICMP報文*/ } } /*接收所有ICMP報文*/ void recv_packet() { int n,fromlen; extern int errno; signal(SIGALRM,statistics); fromlen=sizeof(from); while( nreceived<nsend) { //alarm()用來設定訊號SIGALRM在經過引數seconds指定的秒數後傳送給目前的程序 alarm(MAX_WAIT_TIME);
if( (n=recvfrom(sockfd,recvpacket,sizeof(recvpacket),0,
(struct sockaddr *)&from,&fromlen)) <0)
{ if(errno==EINTR) continue;
perror("recvfrom error");
continue;
}
gettimeofday(&tvrecv,NULL); /*記錄接收時間*/
if(unpack(recvpacket,n)==-1)continue;
nreceived++;
}
}
/*剝去ICMP報頭*/
int unpack(char *buf,int len)
{ int i,iphdrlen;
struct ip *ip;
struct icmp *icmp;
struct timeval *tvsend;
double rtt;
ip=(struct ip *)buf;
//求ip報頭長度,即ip報頭的長度標誌乘4,頭長度指明頭中包含的4位元組字的個數。可接受
//的最小值是5，最大值是15
iphdrlen=ip->ip_hl<<2;
icmp=(struct icmp *)(buf+iphdrlen); /*越過ip報頭,指向ICMP報頭*/
len-=iphdrlen; /*ICMP報頭及ICMP資料報的總長度*/
if( len<8) /*小於ICMP報頭長度則不合理*/
{ printf("ICMP packets\'s length is less than 8\n");
return -1;
}
/*確保所接收的是我所發的的ICMP的迴應*/
if( (icmp->icmp_type==ICMP_ECHOREPLY) && (icmp->icmp_id==pid) )
{ tvsend=(struct timeval *)icmp->icmp_data;
tv_sub(&tvrecv,tvsend); /*接收和傳送的時間差*/
rtt=tvrecv.tv_sec*1000+tvrecv.tv_usec/1000; /*以毫秒為單位計算rtt*/
/*顯示相關資訊*/
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;
}
int 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); } //getprotobyname("icmp")返回對應於給定協議名的包含名字和協議號的protoent結構指標。 if( (protocol=getprotobyname("icmp") )==NULL) { perror("getprotobyname"); exit(1); } /*生成使用ICMP的原始套接字,這種套接字只有root才能生成*/ if( (sockfd=socket(AF_INET,SOCK_RAW,protocol->p_proto) )<0) { perror("socket error"); exit(1); } /* 回收root許可權,設定當前使用者許可權*/ setuid(getuid()); /*擴大套接字接收緩衝區到50K這樣做主要為了減小接收緩衝區溢位的 的可能性,若無意中ping一個廣播地址或多播地址,將會引來大量應答*/ setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_RCVBUF,&size,sizeof(size) ); bzero(&dest_addr,sizeof(dest_addr)); dest_addr.sin_family=AF_INET; /*判斷是主機名還是ip地址*/ if( inaddr=inet_addr(argv[1])==INADDR_NONE) { if((host=gethostbyname(argv[1]) )==NULL) /*是主機名*/ { perror("gethostbyname error"); exit(1); } memcpy( (char *)&dest_addr.sin_addr,host->h_addr,host->h_length); } else /*是ip地址*/ dest_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); /*獲取main的程序id,用於設定ICMP的標誌符*/ pid=getpid(); printf("PING %s(%s): %d bytes data in ICMP packets.\n",argv[1], inet_ntoa(dest_addr.sin_addr),datalen); send_packet(); /*傳送所有ICMP報文*/ recv_packet(); /*接收所有ICMP報文*/ statistics(SIGALRM); /*進行統計*/ return 0; } /*兩個timeval結構相減*/ 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; } |