Windows下C语言实现计算机网络底层Ping功能

一、在Windows环境下，实现ping（即发送一个ICMP的echo报文并对目标返回的回应报文进行正确的解析）

二、ICMP（Internet Control Message Protocol，网际控制协议），它允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。

ICMP提供的功能：错误诊断、拥塞控制、路径控制和查询服务

如当一个分组无法到达目的站点或TTL超时后，路由器就会丢弃此分组，并向源站点返回一个目的站点不可到达的ICMP报文。

实现ping主要涉及到ICMP回显请求和应答报文以及ICMP超时报文。回显ICMP协议数据包基本格式如下：

1、8bits类型和8bits代码字段一起决定了ICMP报文的类型：
类型8、代码报文0———-回显请求数据包
类型0、代码报文0———-回显应答数据包
类型11、代码字段为0——TTL超时
类型11、代码字段为1——数据包重组时间超时

2、16bits校验和字段：
包括数据在内的整个ICMP报文的校验和

3、16bits标识符字段：
用于标识本ICMP进程

4、16bits序列号字段：
用于判断回显应答报文

三、Ping程序的实现方法

主机向远程计算机发出ICMP回显请求后，远程计算机会拦截住这个请求，然后生成一条回显应答请求，再通过网络传回给主机。假如因某方面的原因，不能抵达目标主机，就会生成对应的ICMP错误消息（例如：主机不可达），由通信路径上的某台路由器返回。假定与远程主机的物理连接并不存在问题，但远程主机已经关闭或没有设置对应的网络事件作出响应，便需由自己的程序来执行超时鉴定，侦测出这样的情况。

四、ping程序代码

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#pragma comment(lib , "Ws2_32.lib")
#define ICMP_ECHO_REQUEST 8 //定义回显请求类型
#define DEF_ICMP_DATA_SIZE 20 //定义发送数据长度
#define DEF_ICMP_PACK_SIZE 32 //定义数据包长度
#define MAX_ICMP_PACKET_SIZE 1024 //定义最大数据包长度
#define DEF_ICMP_TIMEOUT 3000  //定义超时为3秒
#define ICMP_TIMEOUT 11 //ICMP超时报文
#define ICMP_ECHO_REPLY 0 //定义回显应答类型
/*
 *IP报头结构
 */
typedef struct
{
    byte h_len_ver ; //IP版本号
    byte tos ; // 服务类型
    unsigned short total_len ; //IP包总长度
    unsigned short ident ; // 标识
    unsigned short frag_and_flags ; //标志位
    byte ttl ; //生存时间
    byte proto ; //协议
    unsigned short cksum ; //IP首部校验和
    unsigned long sourceIP ; //源IP地址
    unsigned long destIP ; //目的IP地址
} IP_HEADER ;
/*
 *定义ICMP数据类型
 */
typedef struct _ICMP_HEADER
{
    byte type ; //类型-----8
    byte code ; //代码-----8
    unsigned short cksum ; //校验和------16
    unsigned short id ; //标识符-------16
    unsigned short seq ; //序列号------16
    unsigned int choose ; //选项-------32
} ICMP_HEADER ;
typedef struct
{
    int usSeqNo ; //记录序列号
    DWORD dwRoundTripTime ; //记录当前时间
    byte ttl ; //生存时间
    in_addr dwIPaddr ; //源IP地址
} DECODE_RESULT ;
/*
 *产生网际校验和
 */
unsigned short GenerateChecksum(unsigned short *pBuf , int iSize)
{
    unsigned long cksum = 0 ; //开始时将网际校验和初始化为0
    while(iSize > 1)
    {
        cksum += *pBuf++ ; //将待校验的数据每16位逐位相加保存在cksum中
        iSize -= sizeof(unsigned short) ; //每16位加完则将带校验数据量减去16
    }
    //如果待校验的数据为奇数，则循环完之后需将最后一个字节的内容与之前结果相加
    if(iSize)
    {
        cksum += *(unsigned char*)pBuf ;
    }
        //之前的结果产生了进位，需要把进位也加入最后的结果中
    cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff) ;
    cksum += (cksum >> 16) ;
    return (unsigned short)(~ cksum) ;
}
/*
 *对ping应答信息进行解析
 */
boolean DecodeIcmpResponse_Ping(char *pBuf , int iPacketSize , DECODE_RESULT *stDecodeResult)
{
    IP_HEADER *pIpHrd = (IP_HEADER*)pBuf ;
    int iIphedLen = 20 ;
    if(iPacketSize < (int)(iIphedLen + sizeof(ICMP_HEADER)))
    {
        printf("size error! \n") ;
        return 0 ;
    }
    //指针指向ICMP报文的首地址
    ICMP_HEADER *pIcmpHrd = (ICMP_HEADER*)(pBuf + iIphedLen) ;
    unsigned short usID , usSeqNo ;
    //获得的数据包的type字段为ICMP_ECHO_REPLY，即收到一个回显应答ICMP报文
    if(pIcmpHrd->type == ICMP_ECHO_REPLY)
    {
        usID = pIcmpHrd->id ;
        //接收到的是网络字节顺序的seq字段信息 ， 需转化为主机字节顺序
        usSeqNo = ntohs(pIcmpHrd->seq) ;
    }
    if(usID != GetCurrentProcessId() || usSeqNo != stDecodeResult->usSeqNo)
    {
        printf("usID error!\n") ;
        return 0 ;
    }
    //记录对方主机的IP地址以及计算往返的时延RTT
    if(pIcmpHrd->type == ICMP_ECHO_REPLY)
    {
        stDecodeResult->dwIPaddr.s_addr = pIpHrd->sourceIP ;
        stDecodeResult->ttl = pIpHrd->ttl ;
        stDecodeResult->dwRoundTripTime = GetTickCount() - stDecodeResult->dwRoundTripTime ;
        return 1 ;
    }
    return 0 ;
}
void Ping(char *IP)
{
   unsigned long ulDestIP = inet_addr(IP) ; //将IP地址转化为长整形
   if(ulDestIP == INADDR_NONE)
   {
       //转化不成功时按域名解析
       HOSTENT *pHostent = gethostbyname(IP) ;
       if(pHostent)
       {
           ulDestIP = (*(IN_ADDR*)pHostent->h_addr).s_addr ; //将HOSTENT转化为长整形
       }
       else
       {
           printf("地址解析失败！\n") ;
           return ;
       }
   }
   //填充目的Socket地址
   SOCKADDR_IN destSockAddr ; //定义目的地址
   ZeroMemory(&destSockAddr , sizeof(SOCKADDR_IN)) ; //将目的地址清空
   destSockAddr.sin_family = AF_INET ;
   destSockAddr.sin_addr.s_addr = ulDestIP ;
   destSockAddr.sin_port = htons(0);
    //初始化WinSock
    WORD wVersionRequested = MAKEWORD(2,2);
    WSADATA wsaData;
    if(WSAStartup(wVersionRequested,&wsaData) != 0)
    {
        printf("初始化WinSock失败！\n") ;
        return ;
    }
   //使用ICMP协议创建Raw Socket
   SOCKET sockRaw = WSASocket(AF_INET , SOCK_RAW , IPPROTO_ICMP , NULL , 0 , WSA_FLAG_OVERLAPPED) ;
   if(sockRaw == INVALID_SOCKET)
   {
       printf("创建Socket失败 !\n") ;
       return ;
   }
   //设置端口属性
   int iTimeout = DEF_ICMP_TIMEOUT ;
   if(setsockopt(sockRaw , SOL_SOCKET , SO_RCVTIMEO , (char*)&iTimeout , sizeof(iTimeout)) == SOCKET_ERROR)
   {
         printf("设置参数失败！\n") ;
         return ;
   }
   if(setsockopt(sockRaw , SOL_SOCKET , SO_SNDTIMEO , (char*)&iTimeout , sizeof(iTimeout)) == SOCKET_ERROR)
   {
         printf("设置参数失败！\n") ;
         return ;
   }
   //定义发送的数据段
   char IcmpSendBuf[DEF_ICMP_PACK_SIZE] ;
   //填充ICMP数据包个各字段
   ICMP_HEADER *pIcmpHeader  = (ICMP_HEADER*)IcmpSendBuf;
   pIcmpHeader->type = ICMP_ECHO_REQUEST ;
   pIcmpHeader->code = 0 ;
   pIcmpHeader->id = (unsigned short)GetCurrentProcessId() ;
   memset(IcmpSendBuf + sizeof(ICMP_HEADER) , 'E' , DEF_ICMP_DATA_SIZE) ;
   //循环发送四个请求回显icmp数据包
   int usSeqNo = 0 ;
   DECODE_RESULT stDecodeResult ;
   while(usSeqNo <= 3)
   {
     pIcmpHeader->seq = htons(usSeqNo) ;
     pIcmpHeader->cksum = 0 ;
     pIcmpHeader->cksum = GenerateChecksum((unsigned short*)IcmpSendBuf , DEF_ICMP_PACK_SIZE) ; //生成校验位
     //记录序列号和当前时间
     stDecodeResult.usSeqNo = usSeqNo ;
     stDecodeResult.dwRoundTripTime = GetTickCount() ;
     //发送ICMP的EchoRequest数据包
     if(sendto(sockRaw , IcmpSendBuf , DEF_ICMP_PACK_SIZE , 0 , (SOCKADDR*)&destSockAddr , sizeof(destSockAddr)) == SOCKET_ERROR)
     {
        //如果目的主机不可达则直接退出
        if(WSAGetLastError() == WSAEHOSTUNREACH)
        {
            printf("目的主机不可达！\n") ;
            exit(0) ;
        }
     }
     SOCKADDR_IN from ;
     int iFromLen = sizeof(from) ;
     int iReadLen ;
     //定义接收的数据包
     char IcmpRecvBuf[MAX_ICMP_PACKET_SIZE] ;
     while(1)
     {
         iReadLen = recvfrom(sockRaw , IcmpRecvBuf , MAX_ICMP_PACKET_SIZE , 0 , (SOCKADDR*)&from , &iFromLen) ;
         if(iReadLen != SOCKET_ERROR)
         {
             if(DecodeIcmpResponse_Ping(IcmpRecvBuf , sizeof(IcmpRecvBuf) , &stDecodeResult))
             {
                printf("来自 %s 的回复: 字节 = %d 时间 = %dms TTL = %d\n" , inet_ntoa(stDecodeResult.dwIPaddr) ,
                         iReadLen - 20,stDecodeResult.dwRoundTripTime ,stDecodeResult.ttl) ;
             }
             break ;
         }
         else if(WSAGetLastError() == WSAETIMEDOUT)
         {
             printf("time out !  *****\n") ;
             break ;
         }
         else
         {
             printf("发生未知错误！\n") ;
             break ;
         }
     }
     usSeqNo++ ;
   }
   //输出屏幕信息
   printf("Ping complete...\n") ;
   closesocket(sockRaw) ;
   WSACleanup() ;
}
int main(int argc , char* argv[])
{
   char  com[10] , IP[20] ;
   while(1){
   printf("command>>") ;
   scanf("%s %s" , com , IP) ;
   if(strcmp(com , "ping") == 0)
   {
       Ping(IP) ;
   }
   else
   {
       printf("command error ! \n") ;
   }
   }
   return 0 ;
}