在linux中用C语言实现ping命令的部分功能

清疚 2022-06-10 00:41 450阅读 0赞

运用C语言编写模拟常用网络命令ping命令实现一个基于linux原始套接字和ICMP协议的ping程序。该程序能用于检测主机或路由器工作是否正常。

程序中主要的函数

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\*/

头文件：ping.h

#define ICMP_ECHOREPLY 0 /* Echo应答*/
    #define ICMP_ECHO	/*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;     /*定义消息类型*/
        u8 code;	/*定义消息代码*/
        u16 checksum;	/*定义校验*/
        union{
        	struct{
    	    u16 id;
    	    u16 sequence;
    	}echo;
    	u32 gateway;
    	struct{
     	    u16 unsed;
    	    u16 mtu;
    	}frag; /*pmtu实现*/
        }un;
      /*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)
    /*定义一个IP消息头部结构体*/
    struct iphdr {
        u8 hlen:4, ver:4;	/*定义4位首部长度，和IP版本号为IPV4*/
        u8 tos;		/*8位服务类型TOS*/
        u16 tot_len;	/*16位总长度*/
        u16 id;			/*16位标志位*/
        u16 frag_off;	/*3位标志位*/
        u8 ttl;			/*8位生存周期*/
        u8 protocol;	/*8位协议*/
        u16 check;		/*16位IP首部校验和*/
        u32 saddr;		/*32位源IP地址*/
        u32 daddr;		/*32位目的IP地址*/
    };
    
    char *hostname;			/*被ping的主机名*/
    int datalen = DEFAULT_LEN;	/*ICMP消息携带的数据长度*/
    char sendbuf[BUFSIZE];		/*发送字符串数组*/	
    char recvbuf[BUFSIZE];		/*接收字符串数组*/
    int nsent;			/*发送的ICMP消息序号*/
    int nrecv;			/*接收的ICMP消息序号*/
    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的主机IP*/
    struct sockaddr_in from;	/*发送ping应答消息的主机IP*/
    struct sigaction act_alarm;
    struct sigaction act_int;
    
    /*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*/

源程序2：ping.c

#include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<sys/time.h>	/*是Linux系统的日期时间头文件*/
    #include<unistd.h>	/*　是POSIX标准定义的unix类系统定义符号常量的头文件，包含了许多UNIX系统服务的函数原型，例如read函数、write函数和getpid函数*/
    #include<string.h>
    #include<sys/socket.h>	/*对与引用socket函数必须*/
    #include<sys/types.h>
    #include<netdb.h>	/*定义了与网络有关的结构，变量类型，宏，函数。函数gethostbyname()用*/
    #include<errno.h>	/*sys/types.h中文名称为基本系统数据类型*/
    #include<arpa/inet.h>	/*inet_ntoa()和inet_addr()这两个函数，包含在 arpa/inet.h*/
    #include<signal.h>	/*进程对信号进行处理*/
    #include<netinet/in.h>	/*互联网地址族*/
    
    #include"ping.h"
    #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*/
    /*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={.it_interval.tv_sec = 1,	
                                   .it_interval.tv_usec=0,
                                   .it_value.tv_sec=0,
                                   .it_value.tv_usec=1
                                    };
    
    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*/
    {
        struct hostent *host; /*该结构体属于include<netdb.h>*/ 
        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<netinet/in.h>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);
           }
    
           setsockopt(sockfd,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,&on,sizeof(on));  /*设置当前套接字选项特定属性值，sockfd套接字，IPPROTO_IP协议层为IP层，IP_HDRINCL套接字选项条目，套接字接收缓冲区指针，sizeof(on)缓冲区长度的长度*/
    
    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*/
    
    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(void)
    {
        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;
    		/*ip头部结构体变量初始化*/
        ip_hdr=(struct iphdr *)sendbuf;	/*字符串指针*/	
        ip_hdr->hlen=sizeof(struct iphdr)>>2;	/*头部长度*/
        ip_hdr->ver=IPVERSION;	/*版本*/
        ip_hdr->tos=0;	/*服务类型*/
        ip_hdr->tot_len=IP_HSIZE+ICMP_HSIZE+datalen;	/*报文头部加数据的总长度*/
        ip_hdr->id=0;	/*初始化报文标识*/
        ip_hdr->frag_off=0;	/*设置flag标记为0*/
        ip_hdr->protocol=IPPROTO_ICMP;/*运用的协议为ICMP协议*/
        ip_hdr->ttl=255;	/*一个封包在网络上可以存活的时间*/
        ip_hdr->daddr=dest.sin_addr.s_addr;	/*目的地址*/
        len1=ip_hdr->hlen<<2;	/*ip数据长度*/
    	/*ICMP头部结构体变量初始化*/
        icmp_hdr=(struct icmphdr *)(sendbuf+len1);	/*字符串指针*/
        icmp_hdr->type=8;  	/*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*/    
        memset(icmp_hdr->data,0xff,datalen);	 /*将datalen中前datalen个字节替换为0xff并返回icmp_hdr-dat*/  
    
        gettimeofday((struct timeval *)icmp_hdr->data,NULL);	/* 获取当前时间*/
    
        len=ip_hdr->tot_len;	/*报文总长度赋值给len变量*/
        icmp_hdr->checksum=0;	/*初始化*/
        icmp_hdr->checksum=checksum((u8 *)icmp_hdr,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,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);
    
        if(checksum((u8 *)icmp,ip_datalen))	/*计算校验和*/
           return -1;
    
    
           if(icmp->icmp_id!=pid)
            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->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*/
    
    }

程序执行：

1、程序编译。在linux终端下执行如下命令：

gcc ping.h -o myping -std=gnu99

因为原始套接字的创建需要root用户权限，所以为了能让所有的其他用户也可以使用该程序，需要通过如下命令设置myping的set-user-id位：

$sudo chmod u+s myping

结果为：

![1340152813_4081.png][]

[1340152813_4081.png]: https://img-my.csdn.net/uploads/201206/20/1340152813_4081.png