Linux网络编程之原始套接字ping协议实现

1、1.概述PING协议是用来检验本地主机与远程主机是否连接，发送的是ICMP ECHO_REQUEST包。普通的套接字是基于TCP或者是UDP的，无法发送ICMP包，所以必须用原始套接字来实现。PING协议的客户端类型值为8，代码值为0，表示请求。而PING协议的响应端类型值为0，代码值也为0，表示应答. 以太网数据部分的最小值为46字节，而IP首部占20个字节，ICMP的首部占8个字节，所以PING的数据部分至少为4字节。2.实现细节主机端:(1)创建原始套接字 socket(AF_INET,SOCK_RAW,htons(proto),能够直接得到IP包(2)填写ICMP首部和数据部分，即ic

2、mp_type(8),icmp_code(0)和icmp_data部分(3)封装后发送ICMP请求包响应端:(1)创建原始套接字socket(AF_INET,SOCK_RAW,htons(proto)(2)填写ICMP首部和数据部分，即icmp_type(0),icmp_code(0),icmp_data(3)发送ICMP响应包主机端收到ICMP响应包之后，即原始的IP包，将收到包的时间减去包的发送时间就可以得到响应时延。3. PING协议的实现例子#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <ne

3、tinet/ip.h>#include <netinet/ip_icmp.h>#include <unistd.h>#include <signal.h>#include <arpa/inet.h>#include <errno.h>#include <sys/time.h>#include <string.h>#include <netdb.h>#include <pthread.h>#include <stdlib.h>#include <stdio.h>

4、;/*通过原始套接字发送ICMP回显请求报文来实现ping协议ICMP回显报文的结构struct icmp  u_int8_t icmp_type;/消息类型  u_int8_t icmp_code;/消息类型的子码  u_int16_t icmp_cksum;/校验和  union   struct ih_idseq/显示数据报     u_int16_t icd_id;/数据报所在进程的ID     u_int16_6 icd_seq;/数据报序号ih

5、_idseq;icmp_hun;#define icmp_id icmp_hun.ih_idseq.icd_id#define icmp_seq icmp_hun.ih_idseq.icd_sequnion u_int8_t id_datai;/数据 icmp_dun;#define icmp_data icmp_dun.id_data*/typedef struct pingm_packet    struct timeval tv_begin;/发送的时间    struct timeval tv_end;/接

6、收到响应包的时间    short seq;/序号值    int flag;/1表示已经发送但没有接收到回应包，0表示接收到响应包pingm_packet;/保存已经发送包的状态值static pingm_packet pingpacket128;/定义一个包数组static pingm_packet *icmp_findpacket(int seq);static unsigned short icmp_cksum(unsigned char*data,int len);static struct timeval icmp_tvs

7、ub(struct timeval end,struct timeval begin);static void icmp_statistics(void);static void icmp_pack(struct icmp*icmph,int seq,struct timeval *tv,int length);static int icmp_unpack(char*buf,int len);static void* icmp_recv(void*argv);static void* icmp_send(void*argv);static void icmp_sigint(int signo)

8、;static void icmp_usage();#define K 1024#define BUFFERSIZE 512static unsigned char send_buffBUFFERSIZE;/定义发送缓冲区的大小static unsigned char recv_buff2*K;/定义接收缓冲区的大小，为防止接收端溢出，接收缓冲区稍微大一些static struct sockaddr_in dest;/目的地址static int rawsock=0;/原始套接字描述符static pid_t pid=0;/进程idstatic int alive=0;/是否接收到退出信号st

9、atic short packet_send=0;/已经发送的数据包数目static short packet_recv=0;/已经接收的数据报数目static char dest_str80;/目的主机字符串static struct timeval tv_begin,tv_end,tv_interval;/本程序开始发送，结束时间和时间间隔static void icmp_usage()printf("ping aaa.bbb.ccc.dddn");/计算ICMP首部校验和static unsigned short icmp_cksum(unsigned char* d

10、ata,int len) int sum=0; int odd=len&0x01;unsigned short *value=(unsigned short*)data;while(len&0xfffe)  sum+=*(unsigned short*)data;  data+=2;  len-=2;if(odd)  unsigned short tmp=(*data)<<8)&0xff00;  sum+=tmp;sum=(sum>>16)+(sum&0xffff);s

11、um+=(sum>>16);return sum;/设置ICMP报头static void icmp_pack(struct icmp *icmph,int seq,struct timeval*tv,int length)unsigned char i=0;icmph->icmp_type=ICMP_ECHO;/ICMP回显请求icmph->icmp_code=0;/code为0icmph->icmp_cksum=0;/cksum值icmph->icmp_seq=htons(seq);/数据报的序列号icmph->icmp_id=htons(pid&

12、amp;0xffff);/数据报的ID for(i=0;i<length;i+)   icmph->icmp_datai=htons(i);/注意主机字节序转换成网络字节序 /发送的数据 /计算校验和icmph->icmp_cksum=icmp_cksum(unsigned char*)icmph,length+8);/计算时间差函数static struct timeval icmp_tvsub(struct timeval end,struct timeval begin)  struct timeval tv;

13、  tv.tv_sec=end.tv_sec-begin.tv_sec;  tv.tv_usec=end.tv_usec-begin.tv_usec;  if(tv.tv_usec<0)     tv.tv_sec-;     tv.tv_usec+=1000000;   return tv;/发送报文static void *icmp_send(void *argv)   struct timeval tv;   tv

14、.tv_usec=0;   tv.tv_sec=1;/每隔一秒发送报文   gettimeofday(&tv_begin,NULL);/保存程序开始发送数据的时间   while(alive)      memset(send_buff,0,sizeof(send_buff);    int size=0;    struct timeval tv;    gettimeofday(&tv,

15、NULL);/当前包发送的时间    icmp_pack(struct icmp*)send_buff,packet_send,&tv,203);/packet_send为发送包的序号，发送的数据长度为64个字节，填充ICMP首部信息    size=sendto(rawsock,send_buff,203+8,0,(struct sockaddr*)&dest,sizeof(dest);/dest为ICMP包发送的目的地址    if(size<0)  

16、0;  perror("sendto error");     continue;     else  /在发送包的状态数组找一空闲位置记录发送状态信息  pingm_packet *packet=icmp_findpacket(-1);  if(packet)     packet->seq=packet_send;     packet->flag=1; 

17、60;   gettimeofday(&packet->tv_begin,NULL);     packet_send+;/发送序号1    sleep(1);/寻找一个空闲位置,seq=-1表示空闲位置static pingm_packet* icmp_findpacket(int seq)   int i=0;   pingm_packet* found=NULL;  if(seq=-1)    for(i=

18、0;i<128;i+)     if(pingpacketi.flag=0)      found=&pingpacketi;      break;       else if(seq>=0)/查找对应seq的数据包    for(i=0;i<128;i+)        if(p

19、ingpacketi.seq=seq)              found=&pingpacketi;        break;        return found;/获得ICMP接收报文,buf存放的除去了以太网部分的IP数据报文,len为数据长度，ip_hl标识IP头部长度以4字节为单位，获得ICMP数据报后判断是否为ICMP_

20、ECHOREPLY并检查是否为本进程的IDstatic int icmp_unpack(char*buf,int len)  int i,iphdrlen;  struct ip *ip=NULL;  struct icmp *icmp=NULL;  int rtt;/计算往返时延  ip=(struct ip*)buf;  iphdrlen=ip->ip_hl*4;/IP头部长度  icmp=(struct icmp*)(buf+iphdrlen);/ICMP报文的地址  len-=iphdrlen;/IC

21、MP报文的长度，ICMP报文至少8个字节  if(len<8)    printf("ICMP packets's length is less than 8n ");    return -1; /判断ICMP报文的类型是否为ICMPECHOREPLY并且为本进程的PIDif(icmp->icmp_type=ICMP_ECHOREPLY)&&(icmp->icmp_id=pid)  struct timeval tv_interval,tv_

22、recv,tv_send; /在发送数组中查找已经发送的包pingm_packet*packet=icmp_findpacket(ntohs(icmp->icmp_seq);/网络字节序转换成主机字节序if(packet=NULL) return -1; packet->flag=0;/表示已经响应了/本包的发送时间tv_send=packet->tv_begin;/读取收到响应包的时间 gettimeofday(&tv_recv,NULL); tv_interval=icmp_tvsub(tv_recv,tv_sen

23、d);/计算往返时延，即RTTrtt=tv_interval.tv_sec*1000+tv_interval.tv_usec/1000;/打印ICMP段长度,源IP，包的序列号,TTL,时间差printf("%d byte from %s:icmp_seq=%u ttl=%d rtt=%d msn",len,inet_ntoa(ip->ip_src),icmp->icmp_seq,ip->ip_ttl,rtt);packet_recv+;/接收包的数量加1elsereturn -1;/接收报文static void *icmp_recv(void*argv

24、) struct timeval tv;tv.tv_usec=200;/轮循时间tv.tv_sec=0;fd_set readfd;while(alive)  int ret=0;  tv.tv_usec=200;/轮循时间  tv.tv_sec=0;  FD_ZERO(&readfd);  FD_SET(rawsock,&readfd);  ret=select(rawsock+1,&readfd,NULL,NULL,&tv);  int fromlen=0;  stru

25、ct sockaddr from;  switch(ret)case -1:/发生错误break;case 0:/超时 /printf("timeoutn");break;default:/收到数据包 fromlen=sizeof(from); int size=recvfrom(rawsock,recv_buff,sizeof(recv_buff),0,(struct sockaddr*)&from,&fromlen);/利用原始套接字，原始套接字与IP层网络协议栈核心打交道 if(errno=EINTR)

26、   perror("recvfrom error"); /解包，得到RTT ret=icmp_unpack(recv_buff,size); if(ret=-1)   continue; break;/统计数据结果，成功发送的报文数量，成功接收的报文数量，丢失报文百分比和程序总共运行时间static void icmp_statistics(void)  long time=(tv_interval.tv_sec*1000)+(tv_interval.tv_usec/1000);&#

27、160; printf("- %s ping statistics -n",dest_str);/目的IP  printf("%d packets transmitted, %d recevied, %d%c packet loss, time %d msn",packet_send,packet_recv,(packet_send-packet_recv)*100/packet_send,'%',time);/信号处理函数static void icmp_sigint(int signo)   alive=

28、0;/alive=0程序将会终止   gettimeofday(&tv_end,NULL);/程序结束时间   tv_interval=icmp_tvsub(tv_end,tv_begin);/计算程序一共运行了多长时间  return;/主函数实现int main(int argc,char*argv)  struct hostent *host=NULL;  struct protoent*protocol=NULL;  char protoname="icmp"  uns

29、igned long inaddr=1;  int size=128*K;  int ret; if(argc<2)   icmp_usage();   return -1; /获取协议类型ICMP,协议类型的值作为设置原始套接字的第3个参数,type类型下的具体协议值不止一个，当type为SOCK_RAWprotocol=getprotobyname(protoname);if(protocol=NULL)  perror("getprotobyname()"); 

30、return -1;/复制目的地址memcpy(dest_str,argv1,strlen(argv1)+1);memset(pingpacket,0,sizeof(pingm_packet)*128);/pingpacket数组初始化/建立原始套接字rawsock=socket(AF_INET,SOCK_RAW,protocol->p_proto);if(rawsock<0)  perror("raw sock error");  return -1;/得到程序的pidpid=getuid();/增大接收端缓冲区防止接收的包被覆盖ret=s

31、etsockopt(rawsock,SOL_SOCKET,SO_RCVBUF,&size,sizeof(size);if(ret=-1)   perror("SO_RCVBUF ERROR");   return -1;/输入的目的IPinaddr=inet_addr(argv1);/转换成二进制IPbzero(&dest,sizeof(dest);dest.sin_family=AF_INET;/设置地址族if(inaddr=INADDR_NONE)  /输入的是DNS   

32、host=gethostbyname(argv1);    if(host=NULL)     perror("gethostbyname");    return -1;   memcpy(char*)&dest.sin_addr,host->h_addr,host->h_length);else memcpy(char*)&dest.sin_addr,&inaddr,sizeof(inaddr);inadd

33、r=dest.sin_addr.s_addr;/由于是ICMP不涉及到端口绑定printf("PING %s (%d.%d.%d.%d) 56(84)bytes of data.n",dest_str,(inaddr&0x000000FF)>>0,(inaddr&0x0000FF00)>>8,(inaddr&0x00FF0000)>>16,(inaddr&0xFF000000)>>24);signal(SIGINT,icmp_sigint);alive=1;/定义两个线程，分别用于发送数据与接收

34、数据pthread_t send_id,recv_id;int err=0;err=pthread_create(&send_id,NULL,icmp_send,NULL);if(err<0)  return -1;err=pthread_create(&recv_id,NULL,icmp_recv,NULL);if(err<0)  return -1;pthread_join(send_id,NULL);/等待子线程结束sendpthread_join(recv_id,NULL);/等待子线程的结束recvclose(rawsock);icmp_statistics();return 0;运行结果:PING 222.27.253.1 (222.27.253.1) 56(84)bytes of data.60 byte from 222.27.253.1:icmp_seq=0 ttl=255 rtt=5 ms60 byte from 222.27.253.1:icmp_seq=1 ttl=255 rtt=12