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我的朋友

分类: 其他平台

2014-04-15 18:42:48

相信大家一定遇到过上不了网的情形,都知道用个ping命令。这不小王就是这样的女孩,老是上不了网,老是找我,我就先ping一下,逐步找找问题在哪儿,有的放矢,不至于盲目抓瞎(说心里话,我真不愿意帮小王弄,每次弄好了,她就和那个叫寒烟的Q友,使劲聊天,唉,心里哇凉啊.)都说实践是最好的老师,小王不和老师我聊天,说明我这个老师没做好,没关系,我有技术我怕谁,抓住小王的心,我还是有把握的。不知谁问:刀是什么样的刀,朱锈断环刀;剑是什么样的剑,流光翠月剑!不要问我为啥这大反差,没办法,谁叫小王喜欢呢。唉,不说了,小王把眨巴着眼催我快点呢.

     好,今天就给大家讲讲有关linuxping程序的实现,以后谁再找我修网,对不起,该不奉陪,我只为小王,嘿嘿。

     先来说说ping程序的原理吧,其实挺简单,就是一个主机系统向另外一个主机系统说:I love you(ICMP报文),然后那个主机如果相信你或者说想和你通信,和你心知心,那它就把收到的I love you(ICMP)报文原样返回.好嘛,源主机收到这个回应后,就happy了,因为对方是和自己心连心的。如果对方没有收到这个消息,或者对你不感冒,不愿意理你,不回你这个报文,或者说些不知云是云雾是雾的话,对不起啦,感情是两个人的事情哦.

     要想深刻了解,需有入目三分的实力,这个ping也一样,咱们先来看看它采用的TCP/IP协议,我刚说了,它发送的是ICMP回显请求,回答的是回显应答报文。谈起这个ICMP(Internet Control Message,网际控制报文协议)是为网关和目标主机而提供的一种差错控制机制,使它们在遇到差错时能把错误报告给报文源发方.IP层的一个协议。但是由于差错报告在发送给报文源发方时可能也要经过若干子网,因此牵涉到路由选择等问题,所以ICMP报文需通过IP协议来发送。ICMP数据报的数据发送前需要两级封装:首先添加ICMP报头形成ICMP报文,再添加IP报头形成IP数据报。如下图所示:

IP报头

ICMP报头

ICMP数据报

     由于IP层协议是一种点对点的协议,而非端对端的协议,它提供无连接的数据报服务,没有端口的概念,因此很少使用bind()connect() 函数,若有使用也只是用于设置IP地址。发送数据使用sendto()函数,接收数据使用recvfrom()函数。

     TCP/IP的经典大作《TCP/IP协议详解.卷一》清晰的告诉我,IP报头格式如下:

    

    详细的,小王那懒的人都知道翻翻上面提到的书,我也就不详细介绍了,我这里给出linux中的数据结构实现:

struct ip   { #if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN     unsigned int ip_hl:4;       /* header length */     unsigned int ip_v:4;        /* version */ #endif #if __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN     unsigned int ip_v:4;        /* version */     unsigned int ip_hl:4;       /* header length */ #endif     u_int8_t ip_tos;            /* type of service */     u_short ip_len;             /* total length */     u_short ip_id;              /* identification */     u_short ip_off;             /* fragment offset field */ #define IP_RF 0x8000            /* reserved fragment flag */ #define IP_DF 0x4000            /* dont fragment flag */ #define IP_MF 0x2000            /* more fragments flag */ #define IP_OFFMASK 0x1fff       /* mask for fragmenting bits */     u_int8_t ip_ttl;            /* time to live */     u_int8_t ip_p;              /* protocol */     u_short ip_sum;             /* checksum */     struct in_addr ip_src, ip_dst;  /* source and dest address */   };

     别看这多,其实ping程序用到的没几个:

    (1)IP报头长度IHL(Internet Header Length)以4字节为一个单位来记录IP报头的长度,是上述IP数据结构的ip_hl变量。

    (2)生存时间TTL(Time To Live)以秒为单位,指出IP数据报能在网络上停留的最长时间,其值由发送方设定,并在经过路由的每一个节点时减一,当该值为0时,数据报将被丢弃,是上述IP数据结构的ip_ttl变量。ICMP报文分为两种:查询报文和差错报文。每个ICMP报头均包含类型、编码和校验和这三项内容,其余选项则随ICMP的功能不同而不同。ICMP报文格式如下:

    说明: CMP

    Ping命令只使用众多ICMP报文中的两种:"请求回送'(ICMP_ECHO)和"请求回应'(ICMP_ECHOREPLY)。在Linux中定义如下:

#define ICMP_ECHO   0 #define ICMP_ECHOREPLY  8

    在Linux中ICMP数据结构()定义如下:

说明: http://www.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ContractedBlock.giflinuxICMP数据结构

    Ping命令中需要显示的信息,包括icmp_seq和ttl都已有实现的办法,但还缺rtt往返时间。为了实现这一功能,可利用ICMP数据报携带一个时间戳。使用以下函数生成时间戳:

#include  int gettimeofday(struct timeval *tp,void *tzp) 其中timeval结构如下:   struct timeval{    long tv_sec;    long tv_usec; }

    在发送和接收报文时由gettimeofday分别生成两个timeval结构,两者之差即为往返时间,即 ICMP报文发送与接收的时间差,而timeval结构由ICMP数据报携带,

tzp指针表示时区,一般都不使用,赋NULL值。系统自带的ping命令当它接送完所有ICMP报文后,会对所有发送和所有接收的ICMP报文进行统计,从而计算ICMP报文丢失的比率。为达此目的,定义两个全局变量:接收计数器和发送计数器,用于记录ICMP报文接受和发送数目。丢失数目=发送总数-接收总数,丢失比率=丢失数目/发送总数。现给出模拟Ping程序功能的代码如下:

说明: http://www.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ContractedBlock.gif必要的头文件,宏定义和函数说明


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); } /*校验和算法*/ unsigned short cal_chksum(unsigned short *addr,int len) {       int nleft=len;         int sum=0;         unsigned short *w=addr;         unsigned short answer=0;           /*ICMP报头二进制数据以2字节为单位累加起来*/         while(nleft>1)         {       sum+=*w++;                 nleft-=2;         }         /*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,这个2字节数据的低字节为0,继续累加*/         if( nleft==1)         {       *(unsigned char *)(&answer)=*(unsigned char *)w;                 sum+=answer;         }         sum=(sum>>16)+(sum&0xffff);         sum+=(sum>>16);         answer=~sum;         return answer; } /*设置ICMP报头*/ 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);    /*记录发送时间*/         icmp->icmp_cksum=cal_chksum( (unsigned short *)icmp,packsize); /*校验算法*/         return packsize; }  /*发送三个ICMP报文*/ void send_packet() {       int packetsize;         while( nsend发送MAX_NO_PACKETSICMP报文

        {      

                nsend++;                 packetsize=pack(nsend); /*设置ICMP报头*/                 //sendpacket为要发送的内容,由pack()函数设定,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); /*每隔一秒发送一个ICMP报文*/         } }  /*接收所有ICMP报文*/ void recv_packet() {       int n,fromlen;         extern int errno;          signal(SIGALRM,statistics);         fromlen=sizeof(from);         while( nreceived

                //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

                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);  /*记录接收时间*/                 if(unpack(recvpacket,n)==-1)continue;                 nreceived++;         }  } /*剥去ICMP报头*/ int unpack(char *buf,int len) {       int i,iphdrlen;         struct ip *ip;         struct icmp *icmp;         struct timeval *tvsend;         double rtt;          ip=(struct ip *)buf;         //ip报头长度,ip报头的长度标志乘4,头长度指明头中包含的4字节字的个数。可接受

       //的最小值是5,最大值是15

        iphdrlen=ip->ip_hl<<2;             icmp=(struct icmp *)(buf+iphdrlen);  /*越过ip报头,指向ICMP报头*/         len-=iphdrlen;            /*ICMP报头及ICMP数据报的总长度*/         if( len<8)                /*小于ICMP报头长度则不合理*/         {       printf("ICMP packets\'s length is less than 8\n");                 return -1;         }         /*确保所接收的是我所发的的ICMP的回应*/         if( (icmp->icmp_type==ICMP_ECHOREPLY) && (icmp->icmp_id==pid) )         {       tvsend=(struct timeval *)icmp->icmp_data;                 tv_sub(&tvrecv,tvsend);  /*接收和发送的时间差*/                 rtt=tvrecv.tv_sec*1000+tvrecv.tv_usec/1000;  /*以毫秒为单位计算rtt*/                 /*显示相关信息*/                 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;    //#define MAX_WAIT_TIME   5

        int size=50*1024;          if(argc<2)         {       printf("usage:%s hostname/IP address\n",argv[0]);                 exit(1);         }         //getprotobyname("icmp")返回对应于给定协议名的包含名字和协议号的protoent结构指针。          if( (protocol=getprotobyname("icmp") )==NULL)         {       perror("getprotobyname");                 exit(1);         }         /*生成使用ICMP的原始套接字,这种套接字只有root才能生成*/         if( (sockfd=socket(AF_INET,SOCK_RAW,protocol->p_proto) )<0)         {       perror("socket error");                 exit(1);         }         /* 回收root权限,设置当前用户权限*/         setuid(getuid());         /*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*/         setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_RCVBUF,&size,sizeof(size) );         bzero(&dest_addr,sizeof(dest_addr));         dest_addr.sin_family=AF_INET;          /*判断是主机名还是ip地址*/         if( inaddr=inet_addr(argv[1])==INADDR_NONE)         {       if((host=gethostbyname(argv[1]) )==NULL) /*是主机名*/                 {       perror("gethostbyname error");                         exit(1);                 }                 memcpy( (char *)&dest_addr.sin_addr,host->h_addr,host->h_length);         }         else    /*ip地址*/                 dest_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);

        /*获取main的进程id,用于设置ICMP的标志符*/         pid=getpid();         printf("PING %s(%s): %d bytes data in ICMP packets.\n",argv[1],                         inet_ntoa(dest_addr.sin_addr),datalen);         send_packet();  /*发送所有ICMP报文*/         recv_packet();  /*接收所有ICMP报文*/         statistics(SIGALRM); /*进行统计*/         return 0; } /*两个timeval结构相减*/ 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; }

    好了,编译,运行。按照正常的ping程序运行(当然了,这个程序还是很简单,目前为止还不支持环回地址127.0.0.1)。结果告诉我,小王微微的笑了(调皮的很,还不想让我看见),我也就开心了..

 

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