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用C语言实现ping命令
前言
最近在跟着小菜学编程温习网络方面的知识，正好看了其中一章《用C语言实现ping命令》，觉得蛮有意思的，还能更进一步加深网络方面的理解。因此就当学习随手记录了一下，并对Demo部分给出了注解。
代码学习
该代码共有以下函数组成，建议阅读顺序：main->send_echo_request->recv_echo_reply->ping
icmp_echo 结构体
icmp_echo结构体用于封装ICMP报文。ICMP报文格式如下：
//定义ICMP报文结构体 struct __attribute__((__packed__)) icmp_echo { // header uint8_t type; //类型 uint8_t code; //代码 uint16_t checksum;//校验和 uint16_t ident;//标识符 uint16_t seq; //符号 // data double sending_ts;//发送时间 char magic[MAGIC_LEN]; //字符串 }; /* __attrubte__ ((packed)) 的作用就是告诉编译器取消结构在编译过程中的优化对齐,按照实际占用字节数进行对齐 */- 1
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send_echo_request函数
send_echo_request的作用是发送回显请求。简单来说，就是定义ICMP报文，然后发送到目的地址去。编程发起网络通信，离不开套接字，收发 ICMP 报文当然也不例外。
具体解释看注释部分。
//发送回显请求 int send_echo_request(int sock, struct sockaddr_in* addr, int ident, int seq) { // allocate memory for icmp packet // 定义ICMP报文 struct icmp_echo icmp; bzero(&icmp, sizeof(icmp)); // fill header files //定义头部数据 icmp.type = 8; icmp.code = 0; icmp.ident = htons(ident); icmp.seq = htons(seq); // fill magic string //字符串拷贝 strncpy(icmp.magic, MAGIC, MAGIC_LEN); // fill sending timestamp //获取时间戳 icmp.sending_ts = get_timestamp(); // calculate and fill checksum // 计算校验和 icmp.checksum = htons( calculate_checksum((unsigned char*)&icmp, sizeof(icmp)) ); // send it /* sendto() 用来将数据由指定的 socket 传给对方主机 参数1：socket文件描述符 参数2：发送数据的首地址 参数3：数据长度 参数4：默认方式发送 参数5：存放目的主机的IP和端口信息 参数6: 参数5的长度 */ int bytes = sendto(sock, &icmp, sizeof(icmp), 0,(struct sockaddr*)addr, sizeof(*addr)); if (bytes == -1) { return -1; } return 0; }- 1
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recv_echo_reply函数
recv_echo_reply函数主要实现使用recv_echo_reply接收ICMP回显应答报文。
//实现recv_echo_reply用于接收ICMP回显应答报文 int recv_echo_reply(int sock, int ident) { // allocate buffer //定义缓冲区 unsigned char buffer[IP_BUFFER_SIZE]; //sockaddr_in 结构体 struct sockaddr_in peer_addr; // receive another packet int addr_len = sizeof(peer_addr); /* recvfrom()本函数用于从（已连接）套接口上接收数据，并捕获数据发送源的地址 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。 */ int bytes = recvfrom(sock, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr*)&peer_addr, &addr_len); if (bytes == -1) { // normal return when timeout if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) { return 0; } return -1; } //IP头部长度 int ip_header_len = (buffer[0] & 0xf) << 2; // find icmp packet in ip packet //从 IP 报文中取出 ICMP 报文 struct icmp_echo* icmp = (struct icmp_echo*)(buffer + ip_header_len); // check type if (icmp->type != 0 || icmp->code != 0) { return 0; } // match identifier //ntohs()是一个函数名，作用是将一个16位数由网络字节顺序转换为主机字节顺序 if (ntohs(icmp->ident) != ident) { return 0; } // print info printf("%s seq=%-5d %8.2fms\n", inet_ntoa(peer_addr.sin_addr), ntohs(icmp->seq), (get_timestamp() - icmp->sending_ts) * 1000 ); return 0; }- 1
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ping函数
int ping(const char *ip) { //存储目标地址 // for store destination address struct sockaddr_in addr; //清空信息· bzero(&addr, sizeof(addr)); //设置地址和端口号 // fill address, set port to 0 addr.sin_family = AF_INET; addr.sin_port = 0; //inet_aton是一个计算机函数，功能是将一个字符串IP地址转换为一个32位的网络序列IP地址。 if (inet_aton(ip, (struct in_addr*)&addr.sin_addr.s_addr) == 0) { fprintf(stderr, "bad ip address: %s\n", ip); return -1; }; // create raw socket for icmp protocol //创建一个原始套接字，协议类型为 IPPROTO_ICMP int sock = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP); if (sock == -1) { perror("create raw socket"); return -1; } //设置套接字时限 // set socket timeout option struct timeval tv; tv.tv_sec = 0; tv.tv_usec = RECV_TIMEOUT_USEC; int ret = setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &tv, sizeof(tv)); if (ret == -1) { perror("set socket option"); close(s); return -1; } double next_ts = get_timestamp(); int ident = getpid();//取得进程识别码 int seq = 1; //循环发送和接收ICMP for (;;) { // time to send another packet double current_ts = get_timestamp(); if (current_ts >= next_ts) { // send it ret = send_echo_request(sock, &addr, ident, seq); if (ret == -1) { perror("Send failed"); } // update next sendint timestamp to one second later next_ts = current_ts + 1; // increase sequence number seq += 1; } // try to receive and print reply ret = recv_echo_reply(sock, ident); if (ret == -1) { perror("Receive failed"); } } close(s); return 0; }- 1
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calculate_checksum函数：这个函数是用于计算校验和，具体算法请百度。
完整代码
#include#include #include #include #include #include #include #define MAGIC "1234567890" #define MAGIC_LEN 11 #define IP_BUFFER_SIZE 65536 #define RECV_TIMEOUT_USEC 100000 /* __attrubte__ ((packed)) 的作用就是告诉编译器取消结构在编译过程中的优化对齐,按照实际占用字节数进行对齐 */ //定义ICMP回环结构体 struct __attribute__((__packed__)) icmp_echo { // header uint8_t type; //类型 uint8_t code; //代码 uint16_t checksum;//校验和 uint16_t ident;//标识符 uint16_t seq; //符号 // data double sending_ts;//发送时间 char magic[MAGIC_LEN]; //字符串 }; // 获取时间戳 double get_timestamp() { struct timeval tv; gettimeofday(&tv, NULL); return tv.tv_sec + ((double)tv.tv_usec) / 1000000; } //计算校验和 uint16_t calculate_checksum(unsigned char* buffer, int bytes) { uint32_t checksum = 0; unsigned char* end = buffer + bytes; // odd bytes add last byte and reset end if (bytes % 2 == 1) { end = buffer + bytes - 1; checksum += (*end) << 8; } // add words of two bytes, one by one while (buffer < end) { checksum += (buffer[0] << 8) + buffer[1]; // add carry if any uint32_t carray = checksum >> 16; if (carray != 0) { checksum = (checksum & 0xffff) + carray; } buffer += 2; } // negate it checksum = ~checksum; return checksum & 0xffff; } //发送回显请求 int send_echo_request(int sock, struct sockaddr_in* addr, int ident, int seq) { // allocate memory for icmp packet struct icmp_echo icmp; bzero(&icmp, sizeof(icmp)); // fill header files icmp.type = 8; icmp.code = 0; icmp.ident = htons(ident); icmp.seq = htons(seq); // fill magic string strncpy(icmp.magic, MAGIC, MAGIC_LEN); // fill sending timestamp icmp.sending_ts = get_timestamp(); // calculate and fill checksum icmp.checksum = htons( calculate_checksum((unsigned char*)&icmp, sizeof(icmp)) ); // send it /* sendto() 用来将数据由指定的 socket 传给对方主机 参数1：socket文件描述符 参数2：发送数据的首地址 参数3：数据长度 参数4：默认方式发送 参数5：存放目的主机的IP和端口信息 参数6: 参数5的长度 */ int bytes = sendto(sock, &icmp, sizeof(icmp), 0,(struct sockaddr*)addr, sizeof(*addr)); if (bytes == -1) { return -1; } return 0; } //实现recv_echo_reply用于接收ICMP回显应答报文 int recv_echo_reply(int sock, int ident) { // allocate buffer //定义缓冲区 unsigned char buffer[IP_BUFFER_SIZE]; //sockaddr_in 结构体 struct sockaddr_in peer_addr; // receive another packet int addr_len = sizeof(peer_addr); /* recvfrom()本函数用于从（已连接）套接口上接收数据，并捕获数据发送源的地址 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。 */ int bytes = recvfrom(sock, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr*)&peer_addr, &addr_len); if (bytes == -1) { // normal return when timeout if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) { return 0; } return -1; } //IP头部长度 int ip_header_len = (buffer[0] & 0xf) << 2; // find icmp packet in ip packet //从 IP 报文中取出 ICMP 报文 struct icmp_echo* icmp = (struct icmp_echo*)(buffer + ip_header_len); // check type if (icmp->type != 0 || icmp->code != 0) { return 0; } // match identifier //ntohs()是一个函数名，作用是将一个16位数由网络字节顺序转换为主机字节顺序 if (ntohs(icmp->ident) != ident) { return 0; } // print info printf("%s seq=%-5d %8.2fms\n", inet_ntoa(peer_addr.sin_addr), ntohs(icmp->seq), (get_timestamp() - icmp->sending_ts) * 1000 ); return 0; } int ping(const char *ip) { // for store destination address struct sockaddr_in addr; bzero(&addr, sizeof(addr)); // fill address, set port to 0 addr.sin_family = AF_INET; addr.sin_port = 0; //inet_aton是一个计算机函数，功能是将一个字符串IP地址转换为一个32位的网络序列IP地址。 if (inet_aton(ip, (struct in_addr*)&addr.sin_addr.s_addr) == 0) { fprintf(stderr, "bad ip address: %s\n", ip); return -1; }; // create raw socket for icmp protocol //创建一个原始套接字，协议类型为 IPPROTO_ICMP int sock = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP); if (sock == -1) { perror("create raw socket"); return -1; } // set socket timeout option struct timeval tv; tv.tv_sec = 0; tv.tv_usec = RECV_TIMEOUT_USEC; int ret = setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &tv, sizeof(tv)); if (ret == -1) { perror("set socket option"); close(s); return -1; } double next_ts = get_timestamp(); int ident = getpid();//取得进程识别码 int seq = 1; for (;;) { // time to send another packet double current_ts = get_timestamp(); if (current_ts >= next_ts) { // send it ret = send_echo_request(sock, &addr, ident, seq); if (ret == -1) { perror("Send failed"); } // update next sendint timestamp to one second later next_ts = current_ts + 1; // increase sequence number seq += 1; } // try to receive and print reply ret = recv_echo_reply(sock, ident); if (ret == -1) { perror("Receive failed"); } } close(s); return 0; } int main(int argc, const char* argv[]) { if (argc < 2) { fprintf(stderr, "no host specified"); return -1; } return ping(argv[1]); } - 1
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Demo演示❤
注意：由于直接编译无法通过，会报下面的错误。
(base) user@ubuntu:~/Desktop/HTTP/studyFork$ gcc a.c -o a a.c: In function ‘ping’: a.c:171:15: error: ‘s’ undeclared (first use in this function) close(s); ^ a.c:171:15: note: each undeclared identifier is reported only once for each function it appears in- 1
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这里，笔者索性就先将两处出现
close(s)的语句先注释掉，然后就可以跑通了。(base) user@ubuntu:~/Desktop/HTTP/studyFork$ vim a.c (base) user@ubuntu:~/Desktop/HTTP/studyFork$ gcc a.c -o a (base) user@ubuntu:~/Desktop/HTTP/studyFork$ ./a 8.8.8.8 create raw socket: Operation not permitted (base) user@ubuntu:~/Desktop/HTTP/studyFork$ sudo ./a 8.8.8.8 [sudo] password for user: 8.8.8.8 seq=1 46.23ms 8.8.8.8 seq=2 45.65ms 8.8.8.8 seq=3 46.09ms 8.8.8.8 seq=4 45.45ms 8.8.8.8 seq=5 45.49ms 8.8.8.8 seq=6 45.27ms- 1
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参考资料
https://fasionchan.com/network/icmp/ping-c/
https://blog.csdn.net/qq_33724710/article/details/51576444
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- 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_42888638/article/details/127441865
