关于ping程序

关于网络编程，知之甚少，linux环境下编程的经验也比较缺乏，于是乎，在百度文库上下载了一个关于ping的程序设计，照着将代码敲打一遍，顺便熟悉某些东东。 敲完代码，运行时，发现错误极多，正好也试着学习用GDB调试。下面是一些琐碎的知识点，写写加深印象。

    1. 关于ping程序

        用于确定本地主机与网络中其它主机的网络通信情况，常使用ping程序。ping程序向指定的IP地址发送ICMP数据包，通过返回的信息来判断网络的连接状况。

        ping程序的返回信息中有一个值为TTL(time to live)，表示ping程序发送的icmp数据包的生存周期，每经过一个网段，TTL的值减1，当其值被减为0时，该数据包将被丢弃，但该数据包的源地址将会被告知情况，以重新发送该数据包。另外，不同操作系统的TTL值是不相同的，linux操作系统是64。

    2. ICMP协议

        ICMP（Internet Control Message Protocol），即网际控制报文协议，可用在网络中实现主机探测、路由维护、路由选择和流量控制。

        由于IP协议没有机制来获取网络错误信息以及没有对错误进行处理，所以需要另一协议来解决这一问题，这个协议就是ICMP协议。ICMP常被认为是IP层的一部分，用于传输差错报文及控制报文。ICMP报文是封装在IP数据报内部的。

        关于ICMP协议的更多内容，请参考上篇文章《ICMP协议》。

    3. ping程序主要流程

        创建通信的套接字-->将地址、端口信息与套接字绑定-->构建IP包头与ICMP包头-->发送构建的数据包-->接收对方主机的回应-->给出程序反馈信息

    4. 涉及的一及结构体及函数接口简介

        (1) struct sockaddr_in ：此数据结构用做bind、connect、recvfrom、sendto等函数的参数，指明地址信息。

 

            sa_family是地址家族，一般都是“AF_xxx”的形式。通常大多用的是都是AF_INET,代表TCP/IP协议族;

            sin_port存储端口号（使用网络字节顺序）;

            sin_addr存储IP地址，使用in_addr这个数据结构

            sin_zero是为了让sockaddr与sockaddr_in两个数据结构保持大小相同而保留的空字节;

        (2) struct protoent ：相关函数: getprotobyname, getprotoent, setprotoent, endprotoent

             p_name: 网络协议名             p_aliases: 别名             p_proto: 网络协议编号

        (3) struct hostent ：hostent是host entry的缩写，该结构记录主机的信息，包括主机名、别名、地址类型、地址长度和地址列表

            注：其所需要的头文件还有这一宏定义 #define h_addr h_addr_list[0]

        (4) struct imcp 

        (5) getprotobyname(const char *protoname) 

              getprotobyname()会返回一个protoent结构，参数protoname为欲查询的网络协议名。此函数会从 /etc/protocols中查找符合条件的数据并由结构protoent返回。

        (6) gethostbyname()

              gethostbyname()返回对应于给定主机名的包含主机名字和地址信息的hostent结构指针。

        (7) socket ：函数原型 int socket(int domain, int type, int protocol); 

              第一个参数指定应用程序使用的通信协议的协议族，对于TCP/IP协议族，该参数置AF_INET;

              第二个参数指定要创建的套接字类型，流套接字类型为SOCK_STREAM、数据报套接字类型为SOCK_DGRAM、原始套接字SOCK_RAW;

              第三个参数指定应用程序所使用的通信协议;

              该函数如果调用成功就返回新创建的套接字的描述符，如果失败就返回INVALID_SOCKET。套接字描述符是一个整数类型的值。每个进程的进程空间里都有一个套接字描述符表，该表中存放着套接字描述符和套接字数据结构的对应关系。该套接字描述符表中有一个字段存放新创建的套接字的描述符，另一个字段存放套接字数据结构的地址，因此根据套接字描述符就可以找到其对应的套接字数据结构，另外需知套接字数据结构是在操作系统的内核缓冲里的。

        (8) setsockopt()：用于任意类型、任意状态套接口的设置选项值

            函数原型：int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

            sockfd：标识一个套接口的描述字
　　    level：选项定义的层次；支持SOL_SOCKET、IPPROTO_TCP、IPPROTO_IP和IPPROTO_IPV6
　　    optname：需设置的选项
　　    optval：指针，指向存放选项值的缓冲区
　　    optlen：optval缓冲区长度

        (9) inet_addr()：将一个点分十进制的IP转换成一个长整数型数

        (10) sendto()：经socket传送数据

　　     函数原型：int sendto ( socket s , const void * msg, int len, unsigned int flags, const struct sockaddr * to , int tolen);

             函数说明：sendto() 用来将数据由指定的socket传给对方主机。

                     参数s为已建好连线的socket,如果利用UDP协议则不需经过连线操作;

                     参数msg指向欲连线的数据内容，参数flags 一般设0，详细描述请参考send();

                     参数to用来指定欲传送的网络地址，结构sockaddr请参考bind();

                     参数tolen为sockaddr的结果长度;

             返回值:成功则返回实际传送出去的字符数，失败返回－1，错误原因存于errno 中。

        (11) recvfrom()：经socket接收数据

            函数原型:ssize_t recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags, struct sockaddr *from,socket_t *fromlen);ssize_t 相当于 int，socket_t 相当于int ，这里用这个名字为的是提高代码的自说明性。

            参数说明：
　　            s：标识一个已连接套接口的描述字
　　            buf：接收数据缓冲区
　　            len：缓冲区长度
　　            flags：调用操作方式　
　　            from：（可选）指针，指向装有源地址的缓冲区
　　            fromlen：（可选）指针，指向from缓冲区长度值
　　    返回值：如果正确接收返回接收到的字节数，失败返回0。

    5. 简单的ping程序，参考自百度文库

[cpp] view plaincopy

1. #include <stdio.h>        //perror()  
2. #include <stdlib.h>  
3. #include <netdb.h>        //getprotobynumber  gethostbyname  
4. #include <unistd.h>       //setuid() getuid() sleep() alarm()  
5. #include <sys/types.h>    //getuid()  
6. #include <string.h>       //bzero(s, n) 将s的前n个字节设为0  
7. #include <signal.h>       //signal()  
8. #include <time.h>     //gettimeofday()  
9. #include <netinet/ip_icmp.h>  
10. #include <errno.h>        //EINTR  
11. #include <arpa/inet.h>    //inet_ntoa()  
12.   
13. #define MAX_NO_PACKETS  10  
14. #define PACKET_SIZE     4096  
15. #define MAX_WAIT_TIME   5  
16.   
17. int sockfd;  
18. int datalen = 56;  
19. struct sockaddr_in dest_addr;  
20. struct sockaddr_in from;  
21. pid_t pid;//获取进程号  
22.   
23. int nsend = 0, nreceived = 0;  
24.   
25. char sendpacket[PACKET_SIZE];  
26. char recvpacket[PACKET_SIZE];  
27.   
28. struct timeval tvrecv;  
29.   
30. void statistics();              //显示发送数据包的总结信息  
31. void send_packet(int count);    //发送ICMP报文  
32. void recv_packet(int count);    //接收所有ICMP报文  
33.   
34. int main(int argc, char** argv)  
35. {  
36.     struct protoent* protocol;  
37.     int size = 1024*50;  
38.     unsigned int inaddr = 0l;//0L  
39.     struct hostent *host;  
40.   
41.     if (argc < 3)  
42.     {  
43.         printf("usage:%s hostname/IP address or usage:%s hostname/IP address -r\n", argv[0], argv[0]);  
44.         exit(1);  
45.     }  
46.   
47.     //getprotobyname()会返回一个protoent结构，参数proto为欲查询的网络协议名。  
48.     //此函数会从 /etc/protocols中查找符合条件的数据并由结构protoent返回  
49.     if ((protocol=getprotobyname("icmp")) == NULL)  
50.     {  
51.         perror("getprotobyname");  
52.         exit(1);  
53.     }  
54.   
55.     //生成使用ICMP的原始套接字,这种套接字只有root用户才能生成  
56.     if ((sockfd=socket(AF_INET, SOCK_RAW, protocol->p_proto)) < 0)  
57.     {  
58.         perror("socket error");  
59.         exit(1);  
60.     }  
61.   
62.     //setuid(getuid()); //回收root权限，设置当前用户权限  
63.   
64.     //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  
65.     //SO_RCVBUF int 为接收确定缓冲区大小  
66.     //选项定义的层次,目前仅支持SOL_SOCKET和IPPROTO_TCP层次。  
67.     setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &size, sizeof(size));  
68.   
69.     bzero(&dest_addr, sizeof(dest_addr));  
70.   
71.     //关于sockaddr_in为成员  
72.     //sa_family是地址家族，一般都是“AF_xxx”的形式。通常大多用的是都是AF_INET,代表TCP/IP协议族。  
73.     //sin_port存储端口号（使用网络字节顺序）  
74.     //sin_addr存储IP地址，使用in_addr这个数据结构  
75.     dest_addr.sin_family = AF_INET;   
76.   
77.     inaddr = inet_addr(argv[2]);//将一个点分十进制的IP转换成一个长整数型数  
78.   
79.     //判断是主机名还是ip地址  
80.     if (inaddr == INADDR_NONE)  
81.     {  
82.         if ((host=gethostbyname(argv[2])) == NULL)  
83.         {  
84.             perror("gethostbyname error");  
85.             exit(1);  
86.         }  
87.         //是主机地址  
88.         memcpy((char*)&dest_addr.sin_addr, host->h_addr, sizeof(dest_addr.sin_addr));//没有h_addr这个成员，但是h_addr表示h_addr_list的第一个地址,因为#define h_addr h_addr_list[0]  
89.     }  
90.     else//是ip地址  
91.     {  
92.         memcpy((char *)&dest_addr.sin_addr, (char *)&inaddr, sizeof(inaddr));   
93.     }  
94.   
95.     //获取main的进程id，用于设置icmp的标志符  
96.     pid = getpid();  
97.   
98.     printf("PING %s(%s): %d bytes data in ICMP packets.\n", argv[2], inet_ntoa(dest_addr.sin_addr), datalen);  
99.   
100.     //设置某一信号的对应动作  
101.     //SIGINT:由Interrupt Key产生，通常是CTRL+C或者DELETE。发送给所有ForeGround Group的进程  
102.     signal(SIGINT, statistics);  
103.   
104.     if (argc == 3)  
105.     {  
106.         send_packet(5);  
107.         recv_packet(5);  
108.         statistics();  
109.     }  
110.     else  
111.     {  
112.         printf("input error, pls check it...\n");  
113.     }  
114.     return 0;  
115. }  
116.   
117. /***********************************************************************/  
118. //FUNCTION:校验和算法  
119. unsigned short cal_chksum(unsigned short *addr, int len)  
120. {  
121.     int nleft = len;  
122.     int sum = 0;  
123.     unsigned short *w = addr;  
124.     unsigned short answer = 0;  
125.   
126.     //把ICMP报头二进制数据以2字节为单位累加起来  
127.     while (nleft > 1)  
128.     {  
129.         sum += *w++;  
130.         nleft -= 2;  
131.     }  
132.   
133.     //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，  
134.     //这个2字节数据的低字节为0，继续累加  
135.     if (nleft == 1)  
136.     {  
137.         *(unsigned char *)(&answer) = *(unsigned char *)w;  
138.         sum += answer;  
139.     }  
140.   
141.     sum = (sum>>16) + (sum&0xffff);  
142.     sum += (sum>>16);  
143.     answer = ~sum;  
144.   
145.     return answer;  
146. }  
147.   
148. /***********************************************************************/  
149. //FUNCTION:两个timeval结构相减  
150. void tv_sub(struct timeval *out,struct timeval *in)  
151. {  
152.     if ((out->tv_usec-=in->tv_usec) < 0)  
153.     {  
154.         --out->tv_sec;  
155.         out->tv_usec += 1000000;  
156.     }  
157.   
158.     out->tv_sec -= in->tv_sec;  
159. }  
160.   
161. /***********************************************************************/  
162. //FUNCTION:设置ICMP报头  
163. int pack(int pack_no)  
164. {  
165.     int i, packsize;  
166.     struct icmp *icmp;  
167.     struct timeval *tval;  
168.   
169.     icmp = (struct icmp *)sendpacket;  
170.     icmp->icmp_type = ICMP_ECHO;  
171.     icmp->icmp_code = 0;  
172.     icmp->icmp_cksum = 0;  
173.     icmp->icmp_seq = pack_no;  
174.     icmp->icmp_id = pid;  
175.   
176.     packsize = datalen + 8;  
177.     tval = (struct timeval *)icmp->icmp_data;  
178.     gettimeofday(tval, NULL);   //记录发送时间  
179.   
180.     icmp->icmp_cksum = cal_chksum((unsigned short *)icmp, packsize);  
181.   
182.     return packsize;  
183. }  
184.   
185. /***********************************************************************/  
186. //FUNCTION:剥去ICMP报头加显示  
187. int unpack(char *buf, int len)  
188. {  
189.     int i, iphdrlen;  
190.     struct ip *ip;  
191.     struct icmp *icmp;  
192.     struct timeval *tvsend;  
193.     double rtt;  
194.   
195.     ip = (struct ip *)buf;  
196.     iphdrlen = ip->ip_hl<<2;//求ip报头长度,即ip报头的长度标志乘4  
197.     icmp = (struct icmp *)(buf+iphdrlen);//越过ip报头,指向ICMP报头  
198.       
199.     len -= iphdrlen;    //ICMP报头及ICMP数据报的总长度  
200.     if (len < 8)     //小于ICMP报头长度则不合理  
201.     {  
202.         printf("ICMP packets\'s length is less than 8\n");  
203.         return -1;  
204.     }  
205.   
206.     //确保所接收的是我所发的的ICMP的回应  
207.     if ((icmp->icmp_type == ICMP_ECHOREPLY) && (icmp->icmp_id == pid))  
208.     {  
209.         tvsend = (struct timeval *)icmp->icmp_data;  
210.         tv_sub(&tvrecv, tvsend);//接收和发送的时间差  
211.   
212.         rtt = tvrecv.tv_sec*1000 + tvrecv.tv_usec/1000;//以毫秒单位计算rtt  
213.           
214.         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);  
215.     }  
216.     else  
217.         return -1;  
218. }  
219.   
220. /***********************************************************************/  
221. //FUNCTION:  
222. void statistics()  
223. {  
224.     printf("\n------------------------ping statistics------------------------\n");  
225.     printf("%d packets transmitted, %d received, %.2f%% packets lost\n", nsend, nreceived, (float)(nsend-nreceived)/(float)nsend*100);  
226.     printf("---------------------------------------------------------------\n");  
227.     close(sockfd);  
228.     exit(1);  
229. }  
230.   
231. /***********************************************************************/  
232. //FUNCTION:  
233. void send_packet(int count)  
234. {  
235.     int packetsize;  
236.   
237.     while (nsend < MAX_NO_PACKETS)//发送MAX_NO_PACKETS个报文  
238.     {  
239.         nsend++;  
240.         packetsize = pack(nsend);  
241.   
242.         //sendpacket为要发送的内容，由pack()函数设定，dest_addr是目的地址  
243.         if (sendto(sockfd, sendpacket, packetsize, 0, (struct sockaddr *)&dest_addr, sizeof(dest_addr)) < 0)  
244.         {  
245.             perror("sendto error");  
246.             continue;  
247.         }  
248.         //sleep(1);//每隔一秒发送一个ICMP报文  
249.     }  
250. }  
251.   
252. /***********************************************************************/  
253. //FUNCTION:接收所有ICMP报文  
254. void recv_packet(int count)  
255. {  
256.     int n, fromlen;  
257.     extern int errno;  
258.   
259.     //用alarm函数设置的timer超时或setitimer函数设置的interval timer超时  
260.     signal(SIGALRM, statistics);  
261.   
262.     fromlen = sizeof(from);  
263.     while (nreceived < nsend)  
264.     {  
265.         //alarm()用来设置信号SIGALRM在经过参数seconds指定的秒数后传送给目前的进程  
266.         alarm(MAX_WAIT_TIME);  
267.   
268.         //(经socket接收数据  
269.         if ((n=recvfrom(sockfd, recvpacket, sizeof(recvpacket), 0, (struct sockaddr *)&from, &fromlen)) < 0)  
270.         {  
271.             if (errno == EINTR)  
272.                 continue;  
273.             perror("recvfrom error");  
274.             continue;  
275.         }  
276.   
277.         gettimeofday(&tvrecv, NULL);//记录接收时间  
278.   
279.         if (unpack(recvpacket, n) == -1)  
280.             continue;  
281.   
282.         nreceived++;  
283.     }  
284. }