Linux网络编程---ICMP协议分析及ping程序实现
一、IP协议
IP协议是TCP/IP协议族所依赖的传送机制，提供无连接不可靠的数据报服务。IP的无连接特性意味着每个IP报文都是独立寻径的，因此当一个源主机发送多个报文给同一目的主机时，这些报文可能出现错序，丢失或者部分报文产生错误等现象，因此为了保证数据传送的可靠性，必须在IP层之上通过TCP协议提供有序，带确认数据的传输服务。
1.IP协议格式
IP报文由报文头部和数据两部分构成，其中头部信息格式如下图所示，头部占20-60个字节，无选项option时，头部为20字节，最多可以携带40字节选项，报文最大长度为65535字节。
（1）版本（version） 4比特，定义了当前IP协议的版本，目前通常是数字4，即IPV4
（2）头部长度（ihl） 4比特，按4字节单位定义IP报文的头部总长度，因此未携带任何选项的IP报文头部长度为20字节，则ihl值为5（5*4=20）,当选项长度达到最大值40字节时，ihl长度为15 （15*4=60）。
（3）服务类型（tos） 8比特，用于指示路由器将如何处理IP报文
（4）总长度（tot_len）16比特，报文头部加数据的总长度，IP报文携带的上层数据长度为：数据长度=总长度-头部长度=总长度-（ihl*4）。之所以需要总长度这个字段，是因为在某些情况下底层协议为了满足最小帧长的限制，会添加填充数据，例如以太协议要求每个数据帧最小必须为46字节，当来自上层的IP报文总长度小于46字节时，将添加填充数据以满足最小帧长，于是必须通过总长度这个字段来记录实际IP层报文的总长度，参考如图所示：
（5）报文标识（id） 16比特，用于标识多个IP分段所对应的原始IP分组的ID。
（6）分段标识（frag）3比特，用于声明一个IP报文是否是某个原始报文的分段，或者声明是否允许一个IP原始报文被分段。
（7）分段偏移（offset） 13比特，标识一个IP分段的数据在原始IP报文中的偏移值，注意该值，必须是8的整数倍。
（8）生存时间（ttl） 8比特， 一个IP报文在网上所允许的最大生存时间，该值实际为最大跳数，当源主机产生一个IP报文后，该字段将填写一个初始值，随后该报文每经过一个路由器则路由器将对该字段值进行减一操作，当该字段值变成0后，路由器将丢弃此报文。
（9）协议（protocol） 8比特，用于标识IP报文承载的上层数据的协议类型，例如可以是TCP，UDP,ICMP和IGMP等。
（10）头部校验和（check） 16比特，IP头部数据的检验和。
（11）源地址（saddr） 32比特，报文的源IP地址。
（12）目的地址（daddr）32比特，报文的目的IP地址。
（13）选项（option） 变长且最大不超过40字节。
2.IP协议头的c语言定义
struct iphdr
{
#if defined _LITTLE_ENDIAN_BITFIELD //小端机
u8 hlen:4,
ver: 4;
#elif defined _BIG_ENFIAN_BITFELD //大端机
u8 ver:4,
hlen:4;
#endif
u8 tos;
u16 tot_len;
u16 id;
u16 frag_off;
u8 ttl;
u8 protocol;
u16 check;
u32 saddr;
u32 daddr;
};
二、ICMP协议
（1）ICMP消息类型
ICMP消息分为两大类，错误报告消息和查询消息，这里仅介绍查询消息，每个查询消息类型均包括一对请求和应答消息。
（2）ICMP消息通用格式
ICMP消息包括8字节的头部和变长数据两个部分，其中所有消息类型头部的前4个字节均相同，头部其余4个字节随消息的不同而不同。如图所示：
ICMP消息头部的头4个字节分别是消息类型tye,消息代码code和校验和checksum,其中checksum字段包括头部和数据两部分，而并非仅头部，查询消息的数据部分data包含了用于查询所需要的额外数据。
（3）ICMP查询请求和应答消息格式
ICMP回应请求（echo-request）和应答消息（echo-reply）用于诊断两个系统（主机或路由器）之间是否能够进行通信，当其中一方发送回应请求消息给另一方时，接收到回应请求消息的主机或者路由器将以应答消息进行应答，常用的网络ping命令就是基于此消息类型的，如下图所示 其中type字段为8表示回应请求，0表示应答，code字段暂未是要你管，为0.
（4）ICMP消息格式的C语言定义
struct icmphdr
{
u8 type;
u8 code;
u16 checksum;
union
{
struct
{
u16 id;
u16 sequence;
}echo;
u32 gateway;
struct
{
u16 unused;
u16 mtu;
}frag; //pmtu发现
}un;
//u32 icmp_timestamp[2];//时间戳
//ICMP数据占位符
u8 data[0];
#define icmp_id un.echo.id
#define icmp_seq un.echo.sequence
};ping程序实现：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#ifndef _LITTLE_ENDIAN_BITFIELD
#define _LITTLE_ENDIAN_BITFIELD
#endif
#define IP_HSIZE sizeof(struct iphdr) //定义IP_HSIZE为ip头部长度
#define IPVERSION 4 //定义IPVERSION为4，指出用ipv4
#define ICMP_ECHOREPLY 0 //Echo应答
#define ICMP_ECHO 8 //Echo请求
#define BUFSIZE 1500 //发送缓存最大值
#define DEFAULT_LEN 56 //ping 消息数据默认大小
//数据类型别名
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned short u16;
typedef unsigned int u32;
//ICMP消息头部
struct icmphdr
{
u8 type;
u8 code;
u16 checksum;
union
{
struct
{
u16 id;
u16 sequence;
}echo;
u32 gateway;
struct
{
u16 unused;
u16 mtu;
}frag; //pmtu发现
}un;
u32 icmp_timestamp[2];//时间戳
//ICMP数据占位符
u8 data[0];
#define icmp_id un.echo.id
#define icmp_seq un.echo.sequence
};
#define ICMP_HSIZE sizeof(struct icmphdr)
struct iphdr
{
#if defined _LITTLE_ENDIAN_BITFIELD
u8 hlen:4,
ver: 4;
#elif defined _BIG_ENFIAN_BITFELD
u8 ver:4,
hlen:4;
#endif
u8 tos;
u16 tot_len;
u16 id;
u16 frag_off;
u8 ttl;
u8 protocol;
u16 check;
u32 saddr;
u32 daddr;
};
char hello[]="hello this is a ping test.";
char *hostname; //被ping的主机
int datalen=DEFAULT_LEN;//ICMP消息携带的数据长度
char sendbuf[BUFSIZE];
char recvbuf[BUFSIZE];
int nsent;//发送的ICMP消息序号
int nrecv;
pid_t pid;//ping程序的进程pid
struct timeval recvtime; //收到ICMP应答的时间戳
int sockfd; //发送和接收原始套接字
struct sockaddr_in dest;//被ping主机的ip
struct sockaddr_in from;//发送ping应答消息的主机ip
struct sigaction act_alarm;
struct sigaction act_int;
//设置的时间是一个结构体，倒计时设置，重复倒时，超时值设为1秒
struct itimerval val_alarm;
//函数原型
void alarm_handler(int);//SIGALRM处理程序
void int_handler(int);//SIGINT处理程序
void set_sighandler();//设置信号处理程序
void send_ping();//发送ping消息
void recv_reply();//接收ping应答
u16 checksum(u8 *buf,int len);//计算校验和
int handle_pkt();//ICMP应答消息处理
void get_statistics(int ,int);//统计ping命令的检测结果
void bail(const char *);//错误报告
int main(int argc,char **argv) //argc表示隐形程序命令行中参数的数目，argv是一个指向字符串数组指针，其中每一个字符对应一个参数
{
val_alarm.it_interval.tv_sec = 1;
val_alarm .it_interval.tv_usec=0;
val_alarm .it_value.tv_sec=0;
val_alarm .it_value.tv_usec=1;
struct hostent *host; //该结构体属于include
int on =1;
if((host=gethostbyname(argv[1]))==NULL)
{ //gethostbyname()返回对应于给定主机名的包含主机名字和地址信息的结构指针,
perror("can not understand the host name"); //理解不了输入的地址
exit(1);
}
hostname=argv[1];//取出地址名
memset(&dest,0,sizeof dest); //将dest中前sizeof(dest)个字节替换为0并返回s,此处为初始化,给最大内存清零
dest.sin_family=PF_INET; //PF_INET为IPV4，internet协议，在中，地址族
dest.sin_port=ntohs(0); //端口号,ntohs()返回一个以主机字节顺序表达的数。
dest.sin_addr=*(struct in_addr *)host->h_addr_list[0];//host->h_addr_list[0]是地址的指针.返回IP地址，初始化
if((sockfd = socket(PF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP))<0)
{ //PF_INEI套接字协议族，SOCK_RAW套接字类型，IPPROTO_ICMP使用协议，调用socket函数来创建一个能够进行网络通信的套接字。这里判断是否创建成功
perror("raw socket created error");
exit(1);
}
setuid(getuid());//getuid()函数返回一个调用程序的真实用户ID,setuid()是让普通用户可以以root用户的角色运行只有root帐号才能运行的程序或命令。
pid=getpid(); //getpid函数用来取得目前进程的进程识别码
printf("PID:%d\n",pid);
set_sighandler();//对信号处理
printf("Ping %s(%s): %d bytes data in ICMP packets.\n",argv[1],inet_ntoa(dest.sin_addr),datalen);
if((setitimer(ITIMER_REAL,&val_alarm,NULL))==-1) //定时函数
bail("setitimer fails.");
recv_reply();//接收ping应答
return 0;
}
//发送ping消息
void send_ping()
{
struct iphdr *ip_hdr; //iphdr为IP头部结构体
struct icmphdr *icmp_hdr; //icmphdr为ICMP头部结构体
int len;
int len1;
icmp_hdr=(struct icmphdr *)(sendbuf); //字符串指针
icmp_hdr->type=ICMP_ECHO; //初始化ICMP消息类型type
icmp_hdr->code=0; //初始化消息代码code
icmp_hdr->icmp_id=pid; //把进程标识码初始给icmp_id
icmp_hdr->icmp_seq=nsent++; //发送的ICMP消息序号赋值给icmp序号
gettimeofday((struct timeval *)icmp_hdr->icmp_timestamp,NULL); // 获取当前时间
memcpy(icmp_hdr->data, hello, strlen(hello));
len=ICMP_HSIZE+strlen(hello);
icmp_hdr->checksum=0; //初始化
icmp_hdr->checksum=checksum((u8 *)icmp_hdr,len); //计算校验和
// printf("The send pack checksum is:0x%x\n",icmp_hdr->checksum);
sendto(sockfd,sendbuf,len,0,(struct sockaddr *)&dest,sizeof (dest)); //经socket传送数据
}
//接收程序发出的ping命令的应答
void recv_reply()
{
int n;
socklen_t len;
int errno;
n=nrecv=0;
len=sizeof(from); //发送ping应答消息的主机IP
while(nrecv<4)
{
if((n=recvfrom(sockfd,recvbuf,sizeof recvbuf,0,(struct sockaddr *)&from,&len))<0)
{ //经socket接收数据,如果正确接收返回接收到的字节数，失败返回0.
if(errno==EINTR) //EINTR表示信号中断
continue;
bail("recvfrom error");
}
gettimeofday(&recvtime,NULL); //记录收到应答的时间
if(handle_pkt()) //接收到错误的ICMP应答信息
continue;
nrecv++;
}
get_statistics(nsent,nrecv); //统计ping命令的检测结果
}
//计算校验和
u16 checksum(u8 *buf,int len)
{
u32 sum=0;
u16 *cbuf;
cbuf=(u16 *)buf;
while(len>1)
{
sum+=*cbuf++;
len-=2;
}
if(len)
sum+=*(u8 *)cbuf;
sum=(sum>>16)+(sum & 0xffff);
sum+=(sum>>16);
return ~sum;
}
//ICMP应答消息处理
int handle_pkt()
{
struct iphdr *ip;
struct icmphdr *icmp;
int ip_hlen;
u16 ip_datalen; //ip数据长度
double rtt; // 往返时间
struct timeval *sendtime;
ip=(struct iphdr *)recvbuf;
ip_hlen=ip->hlen << 2;
ip_datalen=ntohs(ip->tot_len)-ip_hlen;
icmp=(struct icmphdr *)(recvbuf+ip_hlen);
u16 sum=(u16)checksum((u8 *)icmp,ip_datalen);
// printf("The recv pack checksum is:0x%x\n",sum);
if(sum) //计算校验和
return -1;
if(icmp->icmp_id!=pid)
return -1;
if(icmp->type!=ICMP_ECHOREPLY)
return -1;
sendtime=(struct timeval *)icmp->icmp_timestamp; //发送时间
rtt=((&recvtime)->tv_sec-sendtime->tv_sec)*1000+((&recvtime)->tv_usec-sendtime->tv_usec)/1000.0;// 往返时间
//打印结果
printf("%d bytes from %s:icmp_seq=%u ttl=%d rtt=%.3f ms\n",
ip_datalen, //IP数据长度
inet_ntoa(from.sin_addr), //目的ip地址
icmp->icmp_seq, //icmp报文序列号
ip->ttl, //生存时间
rtt); //往返时间
return 0;
}
//设置信号处理程序
void set_sighandler()
{
act_alarm.sa_handler=alarm_handler;
if(sigaction(SIGALRM,&act_alarm,NULL)==-1) //sigaction()会依参数signum指定的信号编号来设置该信号的处理函数。参数signum指所要捕获信号或忽略的信号，&act代表新设置的信号共用体，NULL代表之前设置的信号处理结构体。这里判断对信号的处理是否成功。
bail("SIGALRM handler setting fails.");
act_int.sa_handler=int_handler;
if(sigaction(SIGINT,&act_int,NULL)==-1)
bail("SIGALRM handler setting fails.");
}
//统计ping命令的检测结果
void get_statistics(int nsent,int nrecv)
{
printf("--- %s ping statistics ---\n",inet_ntoa(dest.sin_addr)); //将网络地址转换成“.”点隔的字符串格式。
printf("%d packets transmitted, %d received, %0.0f%% ""packet loss\n",
nsent,nrecv,1.0*(nsent-nrecv)/nsent*100);
}
//错误报告
void bail(const char * on_what)
{
fputs(strerror(errno),stderr); //:向指定的文件写入一个字符串（不写入字符串结束标记符‘\0’）。成功写入一个字符串后，文件的位置指针会自动后移，函数返回值为0；否则返回EOR(符号常量，其值为-1)。
fputs(":",stderr);
fputs(on_what,stderr);
fputc('\n',stderr); //送一个字符到一个流中
exit(1);
}
//SIGINT（中断信号）处理程序
void int_handler(int sig)
{
get_statistics(nsent,nrecv); //统计ping命令的检测结果
close(sockfd); //关闭网络套接字
exit(1);
}
//SIGALRM（终止进程）处理程序
void alarm_handler(int signo)
{
send_ping(); //发送ping消息
} 程序结果(注意这里的PID)：
下面我们在对我们写的ping程序进行抓包分析
这是通过抓包抓到的我们发的ICMP请求包，当然还有ICMP应答报，可以先看看后面的id,和seq,后面我们会再次提到，首先我们对其中一个包展开分析：
这里显示的是IP报文字段，可以看到我们前面所展示的IP报头里面所包含的东西，比较简单，就不一一分析了。
然后我们在来看看我我们ICMP报文：
可以看到，搜下是类型type=8，说明是个ICMP请求，code=0，然后是校验和，接下来是标识符，这里怎么有两个呢，其实一个是大端表示，一个是小端表示的结果，这里的标识符是我们的进程ID,可以看我前面ping的时候输出了进程ID,然后是序列号，可以对照几个包分析，开始序列号（大端和小端表示）是为0，然后一次递增，这是我们在程序里面所设定的。接下来是时间戳，开始的时候icmp结构里面我没有放时间戳，这样系统会放在数据位置，我来我单独放了一个时间戳结构这样把它和data分开，关于时间戳大小我也是抓包分析得出来的，是8个字节。接下来便是我们的数据部分，为了很好的区分数据区域和前面的头，特别把数据部分拿出来分析：
可以看到数据部分恰好是从我们自己定义的数据地方开始的，数据前面就是时间戳，开始调试的时候，数据总是被覆盖，后来才找出了里面的时间戳占了8个字节。所以调整后刚好合适。当然不同的类型和代码会导致后面的结构有些不一样，这需要调整。
上面的代码中ICMP和IP都是我们自己定义的。系统中也有提供相应的结构，我们直接调用就可以了，不过必须先查看里面结构是如何定义的。在我这里，ICMP中的数据是单独定义在外面的，不是一起放在里面的，所以，数据部分需要自己声明一个结构，具体名称可以查看自己系统里面多对应的头文件。
我这上面是这样的：
struct icmp_filter *icmp_data;注意一下下面几句：
icmp_data=(struct icmp_filter*)(sendbuf+ICMP_HSIZE);
gettimeofday((struct timeval *)icmp_data,NULL); // 获取当前时间
icmp_data=(struct icmp_filter*)(sendbuf+ICMP_HSIZE+sizeof(timeval)); //真正数据地方
memcpy(icmp_data, hello, strlen(hello));
icmp_data=(struct icmp_filter*)(sendbuf+ICMP_HSIZE); //恢复数据指针首先找到数据开始相应的位置，然后在开始的地方放时间戳，然后在找到真正数据开始的地方，写入数据，不要随意移动数据头指针，否则结果会有异常的。
下面是其实现：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#ifndef _LITTLE_ENDIAN_BITFIELD
#define _LITTLE_ENDIAN_BITFIELD
#endif
#define IP_HSIZE sizeof(struct iphdr) //定义IP_HSIZE为ip头部长度
#define IPVERSION 4 //定义IPVERSION为4，指出用ipv4
#define ICMP_HSIZE sizeof(struct icmphdr)
#define ICMP_ECHOREPLY 0 //Echo应答
#define ICMP_ECHO 8 //Echo请求
#define BUFSIZE 1500 //发送缓存最大值
#define DEFAULT_LEN 56 //ping 消息数据默认大小
//数据类型别名
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned short u16;
typedef unsigned int u32;
char hello[]="hello this is a ping test.";
struct icmp_filter *icmp_data;
char *hostname; //被ping的主机
int datalen=DEFAULT_LEN;//ICMP消息携带的数据长度
char sendbuf[BUFSIZE];
char recvbuf[BUFSIZE];
int nsent;//发送的ICMP消息序号
int nrecv;
pid_t pid;//ping程序的进程pid
struct timeval recvtime; //收到ICMP应答的时间戳
int sockfd; //发送和接收原始套接字
struct sockaddr_in dest;//被ping主机的ip
struct sockaddr_in from;//发送ping应答消息的主机ip
struct sigaction act_alarm;
struct sigaction act_int;
//设置的时间是一个结构体，倒计时设置，重复倒时，超时值设为1秒
struct itimerval val_alarm;
//函数原型
void alarm_handler(int);//SIGALRM处理程序
void int_handler(int);//SIGINT处理程序
void set_sighandler();//设置信号处理程序
void send_ping();//发送ping消息
void recv_reply();//接收ping应答
u16 checksum(u8 *buf,int len);//计算校验和
int handle_pkt();//ICMP应答消息处理
void get_statistics(int ,int);//统计ping命令的检测结果
void bail(const char *);//错误报告
int main(int argc,char **argv) //argc表示隐形程序命令行中参数的数目，argv是一个指向字符串数组指针，其中每一个字符对应一个参数
{
val_alarm.it_interval.tv_sec = 1;
val_alarm .it_interval.tv_usec=0;
val_alarm .it_value.tv_sec=0;
val_alarm .it_value.tv_usec=1;
struct hostent *host; //该结构体属于include
int on =1;
if(argc<2){ //判断是否输入了地址
printf("Usage: %s hostname\n",argv[0]);
exit(1);
}
if((host=gethostbyname(argv[1]))==NULL)
{ //gethostbyname()返回对应于给定主机名的包含主机名字和地址信息的结构指针,
perror("can not understand the host name"); //理解不了输入的地址
exit(1);
}
hostname=argv[1];//取出地址名
memset(&dest,0,sizeof dest); //将dest中前sizeof(dest)个字节替换为0并返回s,此处为初始化,给最大内存清零
dest.sin_family=PF_INET; //PF_INET为IPV4，internet协议，在中，地址族
dest.sin_port=ntohs(0); //端口号,ntohs()返回一个以主机字节顺序表达的数。
dest.sin_addr=*(struct in_addr *)host->h_addr_list[0];//host->h_addr_list[0]是地址的指针.返回IP地址，初始化
if((sockfd = socket(PF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP))<0)
{ //PF_INEI套接字协议族，SOCK_RAW套接字类型，IPPROTO_ICMP使用协议，调用socket函数来创建一个能够进行网络通信的套接字。这里判断是否创建成功
perror("raw socket created error");
exit(1);
}
setuid(getuid());//getuid()函数返回一个调用程序的真实用户ID,setuid()是让普通用户可以以root用户的角色运行只有root帐号才能运行的程序或命令。
pid=getpid(); //getpid函数用来取得目前进程的进程识别码
printf("PID:%d\n",pid);
set_sighandler();//对信号处理
printf("Ping %s(%s): %d bytes data in ICMP packets.\n",argv[1],inet_ntoa(dest.sin_addr),datalen);
if((setitimer(ITIMER_REAL,&val_alarm,NULL))==-1) //定时函数
bail("setitimer fails.");
recv_reply();//接收ping应答
return 0;
}
//发送ping消息
void send_ping()
{
struct ip *ip_hdr; //iphdr为IP头部结构体
struct icmphdr *icmp_hdr; //icmphdr为ICMP头部结构体
int len;
int len1;
icmp_hdr=(struct icmphdr *)(sendbuf); //字符串指针
icmp_hdr->type=ICMP_ECHO;//初始化ICMP消息类型type
icmp_hdr->code=0; //初始化消息代码code
icmp_hdr->un.echo.id=pid; //把进程标识码初始给icmp_id
icmp_hdr->un.echo.sequence=nsent++; //发送的ICMP消息序号赋值给icmp序号
icmp_data=(struct icmp_filter*)(sendbuf+ICMP_HSIZE);
gettimeofday((struct timeval *)icmp_data,NULL); // 获取当前时间
icmp_data=(struct icmp_filter*)(sendbuf+ICMP_HSIZE+sizeof(timeval)); //真正数据地方
memcpy(icmp_data, hello, strlen(hello));
icmp_data=(struct icmp_filter*)(sendbuf+ICMP_HSIZE); //恢复数据指针
len=ICMP_HSIZE+sizeof(icmp_filter)+strlen(hello);
icmp_hdr->checksum=0; //初始化
icmp_hdr->checksum=checksum((u8 *)icmp_hdr,len); //计算校验和
printf("The send pack checksum is:0x%x\n",icmp_hdr->checksum);
sendto(sockfd,sendbuf,len,0,(struct sockaddr *)&dest,sizeof (dest)); //经socket传送数据
}
//接收程序发出的ping命令的应答
void recv_reply()
{
int n;
socklen_t len;
int errno;
n=nrecv=0;
len=sizeof(from); //发送ping应答消息的主机IP
while(nrecv<4)
{
if((n=recvfrom(sockfd,recvbuf,sizeof recvbuf,0,(struct sockaddr *)&from,&len))<0)
{ //经socket接收数据,如果正确接收返回接收到的字节数，失败返回0.
if(errno==EINTR) //EINTR表示信号中断
continue;
bail("recvfrom error");
}
gettimeofday(&recvtime,NULL); //记录收到应答的时间
if(handle_pkt()) //接收到错误的ICMP应答信息
continue;
nrecv++;
}
get_statistics(nsent,nrecv); //统计ping命令的检测结果
}
//计算校验和
u16 checksum(u8 *buf,int len)
{
u32 sum=0;
u16 *cbuf;
cbuf=(u16 *)buf;
while(len>1)
{
sum+=*cbuf++;
len-=2;
}
if(len)
sum+=*(u8 *)cbuf;
sum=(sum>>16)+(sum & 0xffff);
sum+=(sum>>16);
return ~sum;
}
//ICMP应答消息处理
int handle_pkt()
{
struct iphdr *ip;
struct icmphdr *icmp;
int ip_hlen;
u16 ip_datalen; //ip数据长度
double rtt; // 往返时间
struct timeval *sendtime;
ip=(struct iphdr *)recvbuf;
ip_hlen=ip->ihl << 2;
ip_datalen=ntohs(ip->tot_len)-ip_hlen;
icmp=(struct icmphdr *)(recvbuf+ip_hlen);
u16 sum=(u16)checksum((u8 *)icmp,ip_datalen);
printf("The recv pack checksum is:0x%x\n",sum);
if(sum) //计算校验和
return -1;
if(icmp->un.echo.id!=pid)
return -1;
if(icmp->type!=ICMP_ECHOREPLY)
return -1;
sendtime=(struct timeval *)icmp_data; //发送时间
rtt=((&recvtime)->tv_sec-sendtime->tv_sec)*1000+((&recvtime)->tv_usec-sendtime->tv_usec)/1000.0;// 往返时间
//打印结果
printf("%d bytes from %s:icmp_seq=%u ttl=%d rtt=%.3f ms\n",
ip_datalen, //IP数据长度
inet_ntoa(from.sin_addr), //目的ip地址
icmp->un.echo.sequence, //icmp报文序列号
ip->ttl, //生存时间
rtt); //往返时间
return 0;
}
//设置信号处理程序
void set_sighandler()
{
act_alarm.sa_handler=alarm_handler;
if(sigaction(SIGALRM,&act_alarm,NULL)==-1) //sigaction()会依参数signum指定的信号编号来设置该信号的处理函数。参数signum指所要捕获信号或忽略的信号，&act代表新设置的信号共用体，NULL代表之前设置的信号处理结构体。这里判断对信号的处理是否成功。
bail("SIGALRM handler setting fails.");
act_int.sa_handler=int_handler;
if(sigaction(SIGINT,&act_int,NULL)==-1)
bail("SIGALRM handler setting fails.");
}
//统计ping命令的检测结果
void get_statistics(int nsent,int nrecv)
{
printf("--- %s ping statistics ---\n",inet_ntoa(dest.sin_addr)); //将网络地址转换成“.”点隔的字符串格式。
printf("%d packets transmitted, %d received, %0.0f%% ""packet loss\n",
nsent,nrecv,1.0*(nsent-nrecv)/nsent*100);
}
//错误报告
void bail(const char * on_what)
{
fputs(strerror(errno),stderr); //:向指定的文件写入一个字符串（不写入字符串结束标记符‘\0’）。成功写入一个字符串后，文件的位置指针会自动后移，函数返回值为0；否则返回EOR(符号常量，其值为-1)。
fputs(":",stderr);
fputs(on_what,stderr);
fputc('\n',stderr); //送一个字符到一个流中
exit(1);
}
//SIGINT（中断信号）处理程序
void int_handler(int sig)
{
get_statistics(nsent,nrecv); //统计ping命令的检测结果
close(sockfd); //关闭网络套接字
exit(1);
}
//SIGALRM（终止进程）处理程序
void alarm_handler(int signo)
{
send_ping(); //发送ping消息
}
测试平台：Ubuntu 14.04 +gcc 4.8.4
下面是改良版，删除了没必要的东西，重写了部分代码，看着要好很多，也很好理解：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define BUFSIZE 1500 //发送缓存最大值
//数据类型别名
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned short u16;
typedef unsigned int u32;
char hello[]="hello this is a ping test.";
char *hostname; //被ping的主机
int datalen=56;//ICMP消息携带的数据长度
char sendbuf[BUFSIZE];
char recvbuf[BUFSIZE];
int nsent;//发送的ICMP消息序号
int nrecv;
pid_t pid;//ping程序的进程pid
struct timeval recvtime; //收到ICMP应答的时间戳
int sockfd; //发送和接收原始套接字
struct sockaddr_in dest;//被ping主机的ip
struct sockaddr_in from;//发送ping应答消息的主机ip
struct sigaction act_alarm;
struct sigaction act_int;
//设置的时间是一个结构体，倒计时设置，重复倒时，超时值设为1秒
struct itimerval val_alarm;
//函数原型
void alarm_handler(int);//SIGALRM处理程序
void int_handler(int);//SIGINT处理程序
void set_sighandler();//设置信号处理程序
void send_ping();//发送ping消息
void recv_reply();//接收ping应答
u16 checksum(u8 *buf,int len);//计算校验和
int handle_pkt(int len);//ICMP应答消息处理
void get_statistics(int ,int);//统计ping命令的检测结果
void bail(const char *);//错误报告
int main(int argc,char **argv) //argc表示隐形程序命令行中参数的数目，argv是一个指向字符串数组指针，其中每一个字符对应一个参数
{
val_alarm.it_interval.tv_sec = 1;
val_alarm .it_interval.tv_usec=0;
val_alarm .it_value.tv_sec=0;
val_alarm .it_value.tv_usec=1;
struct hostent *host; //该结构体属于include
int on =1;
if(argc<2){ //判断是否输入了地址
printf("Usage: %s hostname\n",argv[0]);
exit(1);
}
if((host=gethostbyname(argv[1]))==NULL)
{ //gethostbyname()返回对应于给定主机名的包含主机名字和地址信息的结构指针,
perror("can not understand the host name"); //理解不了输入的地址
exit(1);
}
hostname=argv[1];//取出地址名
memset(&dest,0,sizeof dest); //将dest中前sizeof(dest)个字节替换为0并返回s,此处为初始化,给最大内存清零
dest.sin_family=PF_INET; //PF_INET为IPV4，internet协议，在中，地址族
dest.sin_port=ntohs(0); //端口号,ntohs()返回一个以主机字节顺序表达的数。
dest.sin_addr=*(struct in_addr *)host->h_addr_list[0];//host->h_addr_list[0]是地址的指针.返回IP地址，初始化
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP))<0)
{ //PF_INEI套接字协议族，SOCK_RAW套接字类型，IPPROTO_ICMP使用协议，调用socket函数来创建一个能够进行网络通信的套接字。这里判断是否创建成功
perror("raw socket created error");
exit(1);
}
setuid(getuid());//getuid()函数返回一个调用程序的真实用户ID,setuid()是让普通用户可以以root用户的角色运行只有root帐号才能运行的程序或命令。
pid=getpid(); //getpid函数用来取得目前进程的进程识别码
printf("PID:%d\n",pid);
set_sighandler();//对信号处理
printf("Ping %s(%s): %d bytes data in ICMP packets.\n",argv[1],inet_ntoa(dest.sin_addr),datalen);
if((setitimer(ITIMER_REAL,&val_alarm,NULL))==-1) //定时函数
bail("setitimer fails.");
recv_reply();//接收ping应答
return 0;
}
//发送ping消息
void send_ping()
{
struct ip *ip; //ip为IP头部结构体
struct icmp *icmp; //icmp为ICMP头部结构体
int len;
int len1;
icmp=(struct icmp *)(sendbuf); //字符串指针
icmp->icmp_type=ICMP_ECHO;//初始化ICMP消息类型type
icmp->icmp_code=0; //初始化消息代码code
icmp->icmp_id=pid; //把进程标识码初始给icmp_id
icmp->icmp_seq=nsent++; //发送的ICMP消息序号赋值给icmp序号
gettimeofday((struct timeval *)icmp->icmp_data,NULL); // 获取当前时间
memcpy(icmp->icmp_data+sizeof(timeval), hello, strlen(hello));
len=8+sizeof(timeval)+strlen(hello);
printf("%d\n",len);
icmp->icmp_cksum=0; //初始化
icmp->icmp_cksum=checksum((u8 *)icmp,len); //计算校验和
sendto(sockfd,sendbuf,len,0,(struct sockaddr *)&dest,sizeof (dest)); //经socket传送数据
}
//接收程序发出的ping命令的应答
void recv_reply()
{
int n;
socklen_t len;
int errno;
n=nrecv=0;
while(nrecv<4)
{
if((n=recvfrom(sockfd,recvbuf,sizeof recvbuf,0,(struct sockaddr *)&from,&len))<0)
{ //经socket接收数据,如果正确接收返回接收到的字节数，失败返回0.
if(errno==EINTR) //EINTR表示信号中断
continue;
bail("recvfrom error");
}
gettimeofday(&recvtime,NULL); //记录收到应答的时间
if(handle_pkt(n)) //接收到错误的ICMP应答信息
continue;
nrecv++;
}
get_statistics(nsent,nrecv); //统计ping命令的检测结果
}
//计算校验和
u16 checksum(u8 *buf,int len)
{
u32 sum=0;
u16 *cbuf;
cbuf=(u16 *)buf;
while(len>1)
{
sum+=*cbuf++;
len-=2;
}
if(len)
sum+=*(u8 *)cbuf;
sum=(sum>>16)+(sum & 0xffff);
sum+=(sum>>16);
return ~sum;
}
//ICMP应答消息处理
int handle_pkt(int len)
{
struct ip *ip;
struct icmp *icmp;
int ip_hlen,icmplen;
double rtt; // 往返时间
struct timeval *sendtime;
ip=(struct ip *)recvbuf;
ip_hlen=ip->ip_hl<< 2;
icmp=(struct icmp *)(recvbuf+ip_hlen);
icmplen=len-ip_hlen;
if(icmp->icmp_id!=pid)
return -1;
if(icmp->icmp_type!=ICMP_ECHOREPLY)
return -1;
sendtime=(struct timeval *)icmp->icmp_data; //发送时间
if((recvtime.tv_usec-=sendtime->tv_usec)<0)
{
recvtime.tv_sec--;
recvtime.tv_usec+=1000000;
}
recvtime.tv_sec-=sendtime->tv_sec;
rtt=recvtime.tv_sec*1000.0+recvtime.tv_usec/1000.0;// 往返时间
//打印结果
printf("%d bytes from %s:icmp_seq=%u ttl=%d rtt=%.3f ms\n",
icmplen, //icmp数据长度
inet_ntoa(from.sin_addr), //目的ip地址
icmp->icmp_seq, //icmp报文序列号
ip->ip_ttl, //生存时间
rtt); //往返时间
return 0;
}
//设置信号处理程序
void set_sighandler()
{
act_alarm.sa_handler=alarm_handler;
if(sigaction(SIGALRM,&act_alarm,NULL)==-1) //sigaction()会依参数signum指定的信号编号来设置该信号的处理函数。参数signum指所要捕获信号或忽略的信号，&act代表新设置的信号共用体，NULL代表之前设置的信号处理结构体。这里判断对信号的处理是否成功。
bail("SIGALRM handler setting fails.");
act_int.sa_handler=int_handler;
if(sigaction(SIGINT,&act_int,NULL)==-1)
bail("SIGALRM handler setting fails.");
}
//统计ping命令的检测结果
void get_statistics(int nsent,int nrecv)
{
printf("--- %s ping statistics ---\n",inet_ntoa(dest.sin_addr)); //将网络地址转换成“.”点隔的字符串格式。
printf("%d packets transmitted, %d received, %0.0f%% ""packet loss\n",
nsent,nrecv,1.0*(nsent-nrecv)/nsent*100);
}
//错误报告
void bail(const char * on_what)
{
fputs(strerror(errno),stderr); //:向指定的文件写入一个字符串（不写入字符串结束标记符‘\0’）。成功写入一个字符串后，文件的位置指针会自动后移，函数返回值为0；否则返回EOR(符号常量，其值为-1)。
fputs(":",stderr);
fputs(on_what,stderr);
fputc('\n',stderr); //送一个字符到一个流中
exit(1);
}
//SIGINT（中断信号）处理程序
void int_handler(int sig)
{
get_statistics(nsent,nrecv); //统计ping命令的检测结果
close(sockfd); //关闭网络套接字
exit(1);
}
//SIGALRM（终止进程）处理程序
void alarm_handler(int signo)
{
send_ping(); //发送ping消息
}