ping程序剖析

来源：互联网发布：网络流行文化的论文编辑：程序博客网时间：2024/05/18 17:58

在剖析ping之前我们先补充一点知识。。。

（1）结构体addinfo

头文件：#include<netdb.h>

struct addrinfo

{

int ai_flags;

int ai_family; //AF_INET，AF_INET6，UNIX etc

int ai_socktype; //STREAW，DATAGRAM，RAW

int ai_protocol; //IPPROTO_IP，IPPROTO_IPV4，IPPROTO_IPV6 etc

size_t ai_addrlen; //length of ai_addr

char* ai_canonname; //full hostname

struct sockaddr* ai_addr; //addr of host

struct addrinfo* ai_next;

}

参数

取值

值

说明

ai_family

AF_INET

IPv4

AF_INET6

IPv6

AF_UNSPEC

协议无关

ai_protocol

IPPROTO_IP

IP协议

IPPROTO_IPV4

IPv4

IPPROTO_IPV6

IPv6

IPPROTO_UDP

UDP

IPPROTO_TCP

TCP

ai_socktype

SOCK_STREAM

流

SOCK_DGRAM

数据报

ai_flags

AI_PASSIVE

被动的，用于bind，通常用于server socket

AI_CANONNAME

用于返回主机的规范名称

AI_NUMERICHOST

地址为数字串

（2）getopt函数（分析命令行参数）：

头文件：#include<unistd.h>

函数原型： int getopt （int argc，char* const argv[ ]，const char*optstring）；

extern char* optarg;

extern int optind，opterr，optopt;

getopt（）所设置的全局变量包括：

optarg-----指向当前选项参数（如果有）的指针。optind------再次调用getopt（）时的下一个指针的索引。

optopt-----最后一个未知选项。

补充说明：

optstring中的指定的内容的意义（例如getopt(argc, argv, "ab:c:de::");）

1.单个字符，表示选项，（如上例中的abcde各为一个选项）

2.单个字符后接一个冒号：表示该选项后必须跟一个参数。参数紧跟在选项后或者以空格隔开。该参数的指针赋给optarg。（如上例中的b:c:）

3. 单个字符后跟两个冒号，表示该选项后可以跟一个参数，也可以不跟。如果跟一个参数，参数必须紧跟在选项后不能以空格隔开。该参数的指针赋给optarg。(如上例中的e::，如果没有跟参数，则optarg = NULL).

（3）getaddrinfo函数

gethostbyname和gethostbyaddr这两个函数仅仅支持IPv4，getaddrinfo函数能够处理名字到地址以及服务到端口这两种转换，返回的是一个sockaddr结构的链表而不是一个地址清单。

头文件：#include<netdb.h>------>linux下

#include<ws2tcpip.h>------->windows下

函数原型：
int getaddrinfo（const char *hostname，const char* service，const struct addrinfo *hints，

struct addrinfo**result）

参数说明：

hostname:一个主机名或者地址串(IPv4的点分十进制串或者IPv6的16进制串)

service：服务名可以是十进制的端口号，也可以是已定义的服务名称，如ftp、http等

hints：可以是一个空指针，也可以是一个指向某个addrinfo结构体的指针，调用者在这个结构中填入关于期望返回的信息类型的暗示。举例来说：指定的服务既可支持TCP也可支持UDP，所以调用者可以把hints结构中的ai_socktype成员设置成SOCK_DGRAM使得返回的仅仅是适用于数据报套接口的信息。

result：本函数通过result指针参数返回一个指向addrinfo结构体链表的指针。

返回值：0——成功，非0——出错
（4）setuid函数：

setuid函数设置实际用户ID和有效用户ID。Linux的setuid函数和Unix中的setuid函数的行为是不同的。在Linux中， setuid(uid)函数的执行步骤为:(1)如果由普通用户调用,将当前进程的有效ID设置为uid. (2)如果由有效用户ID符为0的进程调用,则将真实,有效和已保存用户ID都设置为uid.

在Unix中.setuid(uid)函数的行为为： (1)如果进程没有超级用户特权,且uid等于实际用户ID或已保存用户ID,则将有效的用户ID设置为uid.否则返回错误.(2)如果进程是有超级用户特权,则将真实、有效和已保存用户表示符都设置为uid.如果两个条件都不满足，则设置errno为EPERM。

函数在执行成功的时候返回0，在出错的时候返回-1

     （5）结构体struct msghdr，用于接收数据包，其定义如下：
            struct msghdr{
                void   *msg_name；//保存数据包的目的地址
                int        msg_namelen；//地址长度
               struct iovec *msg_iov；
               __kernal_size_t msg_iovlen；
               void     *msg_control;
               __kernal_size_t msg_controllen;
               unsigned             msg_flags;
            }；
           该结构体可以分为四组：
       第一组是msg_name和msg_namelen，记录这个消息的名字，其实就是数据包的目的地址。msg_name是指向一个结构体struct sockaddr的指针。
      第二组msg_iov和msg_iovlen，记录这个消息的内容。msg_iov是一个指向结构体struct iovec的指针，实际上，确切的说，应该是一个结构体struct iovec的数组。下面是该结构体的定义：
      struct iovec{
             void__user *iov_base;
             __kernal_size_t iov_len;
      }

iov_base指向数据包缓冲区，即参数buff，iov_len是buff的长度。msghdr中允许一次传递多个buff，以数组的形式组织在 msg_iov中，msg_iovlen就记录数组的长度（即有多少个buff）。在我们的ping程序的实例中：

msg.msg_iov = { struct iovec = { iov_base = { icmp头+填充字符'E' }, iov_len = 40 } }

msg.msg_len = 1

第三组是msg_control和msg_controllen，它们可被用于发送任何的控制信息，在我们的例子中，没有控制信息要发送。暂时略过。

第四组是msg_flags。其值即为传入的参数flags。raw协议不支持MSG_OOB向标志，即带外数据

（6）下来我们分别来看ip的报文格式和icmp报文格式：

在其中我们可以看到icmp报文是作为ip数据报的数据，所以icmp的报头起始位置等于ip报头加上其报文的长度。。。。

下面给出部分的源码（主要是针对IPv4进行注释）：

ping.h:

#include"unp.h"#include<netinet/in_systm.h>#include<netinet/ip.h>#include<netinet/ip_icmp.h>#defineBUFSIZE1500/* globals */char sendbuf[BUFSIZE];int datalen;/* # bytes of data following ICMP header */char*host;int nsent;/* add 1 for each sendto() */pid_t pid;/* our PID */int sockfd;int verbose;/* function prototypes */void init_v6(void);void proc_v4(char *, ssize_t, struct msghdr *, struct timeval *);void proc_v6(char *, ssize_t, struct msghdr *, struct timeval *);void send_v4(void);void send_v6(void);void readloop(void);void sig_alrm(int);void tv_sub(struct timeval *, struct timeval *);struct proto {  void (*fproc)(char *, ssize_t, struct msghdr *, struct timeval *);  void (*fsend)(void);  void (*finit)(void);  struct sockaddr  *sasend;/* sockaddr{} for send, from getaddrinfo */  struct sockaddr  *sarecv;/* sockaddr{} for receiving */  socklen_t    salen;/* length of sockaddr{}s */  int       icmpproto;/* IPPROTO_xxx value for ICMP */} *pr;#ifdefIPV6#include<netinet/ip6.h>#include<netinet/icmp6.h>#endif

main.c

#include"ping.h"struct protoproto_v4 = { proc_v4, send_v4, NULL, NULL, NULL, 0, IPPROTO_ICMP };intdatalen = 56;/* data that goes with ICMP echo request */int main(int argc, char **argv){intc;struct addrinfo*ai;char *h;opterr = 0;/* don't want getopt() writing to stderr */        //处理命令行参数        //例如：./ping 127.0.0.1while ( (c = getopt(argc, argv, "v")) != -1) {switch (c) {case 'v':verbose++;break;case '?':err_quit("unrecognized option: %c", c);}}if (optind != argc-1)err_quit("usage: ping [ -v ] <hostname>");        //host保存ip地址host = argv[optind];        //获取当前的进程号pid = getpid() & 0xffff;/* ICMP ID field is 16 bits */        //发送信号函数Signal(SIGALRM, sig_alrm);                //在命令行参数中必须有一个主机名或ip地址，调用Host_serv函数进行处理        //返回addrinfo结构ai = Host_serv(host, NULL, 0, 0);h = Sock_ntop_host(ai->ai_addr, ai->ai_addrlen);printf("PING %s (%s): %d data bytes\n",ai->ai_canonname ? ai->ai_canonname : h,h, datalen);/* 4initialize according to protocol */        //初始化协议结构体prif (ai->ai_family == AF_INET) {pr = &proto_v4;} elseerr_quit("unknown address family %d", ai->ai_family);pr->sasend = ai->ai_addr;pr->sarecv = Calloc(1, ai->ai_addrlen);pr->salen = ai->ai_addrlen;        //调用函数readloop();exit(0);}

Host_serv.c:

/* include host_serv */#include"unp.h"struct addrinfo *host_serv(const char *host, const char *serv, int family, int socktype){intn;struct addrinfohints, *res;        //清零bzero(&hints, sizeof(struct addrinfo));        //用于返回主机的规范名称hints.ai_flags = AI_CANONNAME;/* always return canonical name */        //其值为0代表：协议无关hints.ai_family = family;/* AF_UNSPEC, AF_INET, AF_INET6, etc. */hints.ai_socktype = socktype;/* 0, SOCK_STREAM, SOCK_DGRAM, etc. */if ( (n = getaddrinfo(host, serv, &hints, &res)) != 0)return(NULL);return(res);/* return pointer to first on linked list */}/* end host_serv *//* * There is no easy way to pass back the integer return code from * getaddrinfo() in the function above, short of adding another argument * that is a pointer, so the easiest way to provide the wrapper function * is just to duplicate the simple function as we do here. */struct addrinfo *Host_serv(const char *host, const char *serv, int family, int socktype){intn;struct addrinfohints, *res;bzero(&hints, sizeof(struct addrinfo));hints.ai_flags = AI_CANONNAME;/* always return canonical name */hints.ai_family = family;/* 0, AF_INET, AF_INET6, etc. */hints.ai_socktype = socktype;/* 0, SOCK_STREAM, SOCK_DGRAM, etc. */if ( (n = getaddrinfo(host, serv, &hints, &res)) != 0)err_quit("host_serv error for %s, %s: %s", (host == NULL) ? "(no hostname)" : host, (serv == NULL) ? "(no service name)" : serv, gai_strerror(n));return(res);/* return pointer to first on linked list */}

sock_ntop.c:

#include"unp.h"#ifdefHAVE_SOCKADDR_DL_STRUCT#include<net/if_dl.h>#endif/* include sock_ntop */char *sock_ntop(const struct sockaddr *sa, socklen_t salen){    charportstr[8];    static char str[128];/* Unix domain is largest */switch (sa->sa_family) {        //当是IPv4协议时case AF_INET: {struct sockaddr_in*sin = (struct sockaddr_in *) sa;                //点分十进制与二进制的转化if (inet_ntop(AF_INET, &sin->sin_addr, str, sizeof(str)) == NULL)return(NULL);                //将端口的网络字节序转换为主机字节序if (ntohs(sin->sin_port) != 0) {snprintf(portstr, sizeof(portstr), ":%d", ntohs(sin->sin_port));strcat(str, portstr);}return(str);}/* end sock_ntop */#ifdefIPV6case AF_INET6: {struct sockaddr_in6*sin6 = (struct sockaddr_in6 *) sa;str[0] = '[';if (inet_ntop(AF_INET6, &sin6->sin6_addr, str + 1, sizeof(str) - 1) == NULL)return(NULL);if (ntohs(sin6->sin6_port) != 0) {snprintf(portstr, sizeof(portstr), "]:%d", ntohs(sin6->sin6_port));strcat(str, portstr);return(str);}return (str + 1);}#endif#ifdefAF_UNIXcase AF_UNIX: {struct sockaddr_un*unp = (struct sockaddr_un *) sa;/* OK to have no pathname bound to the socket: happens on   every connect() unless client calls bind() first. */if (unp->sun_path[0] == 0)strcpy(str, "(no pathname bound)");elsesnprintf(str, sizeof(str), "%s", unp->sun_path);return(str);}#endif#ifdefHAVE_SOCKADDR_DL_STRUCTcase AF_LINK: {struct sockaddr_dl*sdl = (struct sockaddr_dl *) sa;if (sdl->sdl_nlen > 0)snprintf(str, sizeof(str), "%*s (index %d)", sdl->sdl_nlen, &sdl->sdl_data[0], sdl->sdl_index);elsesnprintf(str, sizeof(str), "AF_LINK, index=%d", sdl->sdl_index);return(str);}#endifdefault:snprintf(str, sizeof(str), "sock_ntop: unknown AF_xxx: %d, len %d", sa->sa_family, salen);return(str);}    return (NULL);}char *Sock_ntop(const struct sockaddr *sa, socklen_t salen){char*ptr;if ( (ptr = sock_ntop(sa, salen)) == NULL)err_sys("sock_ntop error");/* inet_ntop() sets errno */return(ptr);}

proc_v4.c:

#include"ping.h"voidproc_v4(char *ptr, ssize_t len, struct msghdr *msg, struct timeval *tvrecv){inthlen1, icmplen;doublertt;struct ip*ip;struct icmp*icmp;struct timeval*tvsend;ip = (struct ip *) ptr;/* start of IP header */        //获取ip首部长度hlen1 = ip->ip_hl << 2;/* length of IP header */        //如果不是ICMP协议，直接返回if (ip->ip_p != IPPROTO_ICMP)return;/* not ICMP */        //icmp的头部等于ip+ip长度icmp = (struct icmp *) (ptr + hlen1);/* start of ICMP header */if ( (icmplen = len - hlen1) < 8)return;/* malformed packet */        //设置类型为回显if (icmp->icmp_type == ICMP_ECHOREPLY) {if (icmp->icmp_id != pid)return;/* not a response to our ECHO_REQUEST */if (icmplen < 16)return;/* not enough data to use */                //计算往返时间tvsend = (struct timeval *) icmp->icmp_data;tv_sub(tvrecv, tvsend);rtt = tvrecv->tv_sec * 1000.0 + tvrecv->tv_usec / 1000.0;printf("%d bytes from %s: seq=%u, ttl=%d, rtt=%.3f ms\n",icmplen, Sock_ntop_host(pr->sarecv, pr->salen),icmp->icmp_seq, ip->ip_ttl, rtt);} else if (verbose) {printf("  %d bytes from %s: type = %d, code = %d\n",icmplen, Sock_ntop_host(pr->sarecv, pr->salen),icmp->icmp_type, icmp->icmp_code);}}

sig_alarm.c

#include"ping.h"voidsig_alrm(int signo){(*pr->fsend)();alarm(1);return;}

send_v4.c:

#include"ping.h"voidsend_v4(void){intlen;struct icmp*icmp;icmp = (struct icmp *) sendbuf;icmp->icmp_type = ICMP_ECHO;icmp->icmp_code = 0;icmp->icmp_id = pid;icmp->icmp_seq = nsent++;memset(icmp->icmp_data, 0xa5, datalen);/* fill with pattern */Gettimeofday((struct timeval *) icmp->icmp_data, NULL);len = 8 + datalen;/* checksum ICMP header and data */icmp->icmp_cksum = 0;icmp->icmp_cksum = in_cksum((u_short *) icmp, len);Sendto(sockfd, sendbuf, len, 0, pr->sasend, pr->salen);}

程序的执行结果：

分别使用自己的ping命令和系统的ping命令。。。该ping程序目前没有系统ping的功能那么完整，至少能实现基本的检测。。。。。

上图就是我们整个程序的大致流程。。。。

0 0