PING(Packet InterNet Groper)中文名為因特網包探索器,是用來查看網絡上另一個主機系統的網絡連接是否正常的一個工具。ping命令的工作原理是:向網絡上的另一個主機系統發送ICMP報文,如果指定系統得到了報文,它將把回復報文傳回給發送者,這有點象潛水艇聲納系統中使用的發聲裝置。所以,我們想知道我這台主機能不能和另一台進行通信,我們首先需要確認的是我們兩台主機間的網絡是不是通的,也就是我說的話能不能傳到你那裡,這是雙方進行通信的前提。在Linux下使用指令ping的方法和現象如下:
PING的實現看起來並不復雜,我想自己寫代碼實現這個功能,需要些什麼知識儲備?我簡單羅列了一下:
void icmp_pack(struct icmp* icmphdr, int seq, int length) { int i = 0; icmphdr->icmp_type = ICMP_ECHO; //類型填回送請求 icmphdr->icmp_code = 0; icmphdr->icmp_cksum = 0; //注意,這裡先填寫0,很重要! icmphdr->icmp_seq = seq; //這裡的序列號我們填1,2,3,4.... icmphdr->icmp_id = pid & 0xffff; //我們使用pid作為icmp_id,icmp_id只是2字節,而pid有4字節 for(i=0;i<length;i++) { icmphdr->icmp_data[i] = i; //填充數據段,使ICMP報文大於64B } icmphdr->icmp_cksum = cal_chksum((unsigned short*)icmphdr, length); //校驗和計算 }這裡再三提醒一下,icmp_cksum 必須先填寫為0再執行校驗和算法計算,否則ping時對方主機會因為校驗和計算錯誤而丟棄請求包,導致ping的失敗。我一個同事曾經就因為這麼一個錯誤而排查許久,血的教訓請銘記。
計算機網絡通信時,為了檢驗在數據傳輸過程中數據是否發生了錯誤,通常在傳輸數據的時候連同校驗和一塊傳輸,當接收端接受數據時候會從新計算校驗和,如果與原校驗和不同就視為出錯,丟棄該數據包,並返回icmp報文。
算法基本思路:IP/ICMP/IGMP/TCP/UDP等協議的校驗和算法都是相同的,采用的都是將數據流視為16位整數流進行重復疊加計算。為了計算檢驗和,首先把檢驗和字段置為0。然後,對有效數據范圍內中每個16位進行二進制反碼求和,結果存在檢驗和字段中,如果數據長度為奇數則補一字節0。當收到數據後,同樣對有效數據范圍中每個16位數進行二進制反碼的求和。由於接收方在計算過程中包含了發送方存在首部中的檢驗和,因此,如果首部在傳輸過程中沒有發生任何差錯,那麼接收方計算的結果應該為全0或全1(具體看實現了,本質一樣) 。如果結果不是全0或全1,那麼表示數據錯誤。
/*校驗和算法*/ 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報頭二進制數據以2字節為單位累加起來*/ while(nleft>1) { sum+=*w++; nleft-=2; } /*若ICMP報頭為奇數個字節,會剩下最後一字節。把最後一個字節視為一個2字節數據的高字節,這個2字節數據的低字節為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; }(3) ICMP包的解包 知道怎麼封裝包,那解包就也不難了,注意的是,收到一個ICMP包,我們不要就認為這個包就是我們發出去的ICMP回送回答包,我們需要加一層代碼來判斷該ICMP報文的id和seq字段是否符合我們發送的ICMP報文的設置,來驗證ICMP回復包的正確性。
int icmp_unpack(char* buf, int len) { int iphdr_len; struct timeval begin_time, recv_time, offset_time; int rtt; //round trip time struct ip* ip_hdr = (struct ip *)buf; iphdr_len = ip_hdr->ip_hl*4; struct icmp* icmp = (struct icmp*)(buf+iphdr_len); //使指針跳過IP頭指向ICMP頭 len-=iphdr_len; //icmp包長度 if(len < 8) //判斷長度是否為ICMP包長度 { fprintf(stderr, "Invalid icmp packet.Its length is less than 8\n"); return -1; } //判斷該包是ICMP回送回答包且該包是我們發出去的 if((icmp->icmp_type == ICMP_ECHOREPLY) && (icmp->icmp_id == pid)) { if((icmp->icmp_seq < 0) || (icmp->icmp_seq > PACKET_SEND_MAX_NUM)) { fprintf(stderr, "icmp packet seq is out of range!\n"); return -1; } ping_packet[icmp->icmp_seq].flag = 0; begin_time = ping_packet[icmp->icmp_seq].begin_time; //去除該包的發出時間 gettimeofday(&recv_time, NULL); offset_time = cal_time_offset(begin_time, recv_time); rtt = offset_time.tv_sec*1000 + offset_time.tv_usec/1000; //毫秒為單位 printf("%d byte from %s: icmp_seq=%u ttl=%d rtt=%d ms\n", len, inet_ntoa(ip_hdr->ip_src), icmp->icmp_seq, ip_hdr->ip_ttl, rtt); } else { fprintf(stderr, "Invalid ICMP packet! Its id is not matched!\n"); return -1; } return 0; }二、發包線程的搭建 根據PING程序的框架,我們需要建立一個線程用於ping包的發送,我的想法是這樣的:使用sendto進行發包,發包速率我們維持在1秒1發,我們需要用一個全局變量記錄第一個ping包發出的時間,除此之外,我們還需要一個全局變量來記錄我們發出的ping包到底有幾個,這兩個變量用於後來收到ping包回復後的數據計算。
void ping_send() { char send_buf[128]; memset(send_buf, 0, sizeof(send_buf)); gettimeofday(&start_time, NULL); //記錄第一個ping包發出的時間 while(alive) { int size = 0; gettimeofday(&(ping_packet[send_count].begin_time), NULL); ping_packet[send_count].flag = 1; //將該標記為設置為該包已發送 icmp_pack((struct icmp*)send_buf, send_count, 64); //封裝icmp包 size = sendto(rawsock, send_buf, 64, 0, (struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest)); send_count++; //記錄發出ping包的數量 if(size < 0) { fprintf(stderr, "send icmp packet fail!\n"); continue; } sleep(1); } }
三、收包線程的搭建
我們同樣建立一個接收包的線程,這裡我們采用select函數進行收包,並為select函數設置超時時間為200us,若發生超時,則進行下一個循環。同樣地,我們也需要一個全局變量來記錄成功接收到的ping回復包的數量。
void ping_recv() { struct timeval tv; tv.tv_usec = 200; //設置select函數的超時時間為200us tv.tv_sec = 0; fd_set read_fd; char recv_buf[512]; memset(recv_buf, 0 ,sizeof(recv_buf)); while(alive) { int ret = 0; FD_ZERO(&read_fd); FD_SET(rawsock, &read_fd); ret = select(rawsock+1, &read_fd, NULL, NULL, &tv); switch(ret) { case -1: fprintf(stderr,"fail to select!\n"); break; case 0: break; default: { int size = recv(rawsock, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0); if(size < 0) { fprintf(stderr,"recv data fail!\n"); continue; } ret = icmp_unpack(recv_buf, size); //對接收的包進行解封 if(ret == -1) //不是屬於自己的icmp包,丟棄不處理 { continue; } recv_count++; //接收包計數 } break; } } }
更多詳情見請繼續閱讀下一頁的精彩內容: http://www.linuxidc.com/Linux/2017-01/139952p2.htm