ping程序的设计实现分析范文Word文件下载.docx
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实现ping的基本功能，实现ping-t
课程设计工作进度计划
序号
起止日期
工作内容
分工情况
01
2011-12-1~2011-12-2
展开思路讨论工作并搜集相关资料
02
2011-12-3~2011-12-6
具体制作，编写相关代码，制作相关窗口并实现，美化界面
。
03
2011-12-7~2011-12-8
编写并完成课程设计报告
指导教师签字：
年月日
教研室审核意见：
教研室主任签字：
课程设计任务书
一．Ping程序运行原理
在网络层，除了IP协议之外，还有一些控制协议，如ICMP，ARP,DHCP等。
1.ping的基础知识
原始套接字
原始套接字是允许访问底层传输协议的一种套接字类型。
使用原始套接字操作IP数据报，可以进行路由跟踪，Ping等。
另外，使用原始套接字需要知道许多下层协议结构的知识，所以下面讨论ICMP,IP,UDP,TCP格式。
原始套接字有两种类型，第一种类型是在IP头种使用预定义的协议，如ICMP；
第二种类型是在IP头种使用自定义的协议。
下面使用创建原始套接字的方法。
创建套接字的函数是socket（）或者WSASocket（）,只不过要将套接字类型指定为SOCK_RAW,代码如下：
SOCKETsraw=:
:
socket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP）;
创建原始套接字时socket函数的第三个参数protocol值将成为IP头中得协议域的值。
IPPROTO_ICMP指定要使用ICMP。
原始套解释提供管理下层传输的能力。
他们可能会被恶意利用，因此，仅Administrator组的成员能够创建SOCK_RAW类型的套接字。
任何人在WindowsNT下都可以创建原始套接字，但是没有Administrator权限的人不能用它来做任何事情，因为bind函数将会失败，出错码WSAEACCES..
在上面的套接字创建代码种，我们使用ICMP,也可以使用IIGMP,UDP,IP或者原始IP,对应的宏定义分别是IPPROTO_IGMP,IPROTO_UDP,IPPROTO_IP或者IPPROTO_RAW。
其中协议标志IPPROTO_UDP,IPPROTO_IP,和IPPROTO_RAW需要启动IP_HDRINCL选项。
使用恰当的协议标志创建原始套接字之后，便可以在发送和接受调用种使用此套接字句柄了。
无论IP_HDRINCL选项是否设置，在原始套接字上接收到的数据种都会将包含IP头。
2.ICMP协议与校验和的计算
互联网上得操作由路由器紧紧地监控着。
当有异常饭送时候，具体事件通过ICMP报道，如目的不可到达，TTL超时等。
这个协议也用来测试互联网。
每个ICMP消息都封装在IP封包中，所以使用IP寻址，
ICMP消息的格式如下：
首8位表示ICMP的类型，通常可以分为请求消息和错误报告消息两类。
接下来的八位表示ICMP代码，这个域进一步定义了请求或者是消息的类型。
接下来八位表示icmp的校验和。
它提供了ICMP头和他的实际数据。
3.校验和的计算
发送ICMP报文时，必须由程序自己计算校验和，并将它填入ICMP头部的对应域中。
校验和的计算方法是：
将数据以资为单位累加到一个双字中，如果数据长度为奇数，最后一个字节将被扩展到字，累加的结果是一个双字，最后将这个双字的高16bit和低16bit相加后取反，便得到了校验和。
u_shortchecksum（u_short*buffer,intlen）
{
registerintnleft=len;
registeru_short*w=buffer;
registeru_shortanswer;
registerintsum=0;
//使用32位累加器,进行16位的反馈计算
while（nleft>
1）
sum+=*w++;
nleft-=2;
}
//补全奇数位
if（nleft==1）
u_shortu=0;
*（u_char*）（&
u）=*（u_char*）w;
sum+=u;
//将反馈的16位从高位移到低位
sum=（sum>
>
16）+（sum&
0xffff）;
sum+=（sum>
16）;
answer=~sum;
return（answer）;
3.Ping程序设计思路：
要实现ping程序，需要实现以下步骤：
（1）创建协议类型为IPPROTO_ICMP的原始套接字，设置套接字属性。
（2）创建并初始化ICMP封包。
（3）调用sendto函数向远程主机发送ICMP请求。
（4）调用recfrom函数接受ICMP响应。
初始化ICMP头时先初始化消息类型和代码域，之后是回显请求头。
程序首先定义了ICMP头的数据结构IMCP_HDR.。
ICMP_HDR的定义如下：
typedefstruct_ICMPHeader
u_charType;
//类型
u_charCode;
//代码
u_shortChecksum;
//首部校验和
u_shortID;
//标识
u_shortSeq;
//序列号
charData;
//数据
}ICMPHDR,*PICMPHDR;
4.编程时，需要用到一些windows函数,说明如下：
（1）.intWSAStartup（WORDwVersionRequested,LPWSADATAlpWSAData）;
函数说明：
为了在应用程序当中调用任何一个WinsockAPI函数，首先第一件事情就是必须通过WSAStartup函数完成对Winsock服务的初始化，因此需要调用WSAStartup函数。
使用Socket的程序在使用Socket之前必须调用WSAStartup函数。
该函数的第一个参数指明程序请求使用的Socket版本，其中高位字节指明副版本、低位字节指明主版本；
操作系统利用第二个参数返回请求的Socket的版本信息。
当一个应用程序调用WSAStartup函数时，
操作系统根据请求的Socket版本来搜索相应的Socket库，然后绑定找到的Socket库到该应用程序中。
以后应用程序就可以调用所请求的Socket库中的其它Socket函数了。
（2）.SOCKETsocket（intaf,inttype,intprotocol）;
应用程序调用socket函数来创建一个能够进行网络通信的套接字。
第一个参数指定应用程序使用的通信协议的协议族，对于TCP/IP协议族，该参数置AF_INET;
第二个参数指定要创建的套接字类型，流套接字类型为SOCK_STREAM、数据报套接字类型为SOCK_DGRAM、
原始套接字SOCK_RAW（WinSock接口并不适用某种特定的协议去封装它，而是由程序自行处理数据包以
及协议首部）；
第三个参数指定应用程序所使用的通信协议。
（3）.intsendto（SOCKETs,constcharFAR*buf,intlen,intflags,conststructsockaddrFAR*to,inttolen）;
返回值：
实际发送数据的长度。
parameter:
s套接字
buff待发送数据的缓冲区
size缓冲区长度
Flags调用方式标志位,一般为0,改变Flags，将会改变Sendto发送的形式
addr（可选）指针，指向目的套接字的地址
lenaddr所指地址的长度
（4）intrecvfrom（SOCKETs,charFAR*buf,intlen,intflags,
structsockaddrFAR*from,intFAR*fromlen）;
函数说明:
recvfrom（）用来接收远程主机经指定的socket传来的数据,并把数据传到由参数buf指向的内存空间,参数len为可接收数据的最大长度.参数flags一般设0,其他数值定义参考recv（）.参数from用来指定欲传送的网络地址,结构sockaddr请参考bind（）函数.参数fromlen为sockaddr的结构长度.
二．程序的流程图和源码
Ping程序的设计与实现大致可分为四个模块（见图1-1），分别是：
初始化模块、功能控制模块、ping模块、mian测试模块。
图1-1
1.初始化模块：
该模块用于定义及初始化各个全局变量，为winsock加载winsock体。
（见图1-2）主要包括定义IP首部格式、定义ICMP首部格式、定义ICMP回应请求、定义ICMP回应答复。
图1-2
2.功能控制模块：
该模块是被其他模块调用，其功能包括计算校验和、发送回应请求函数、接收应答回复并进行解析、等待回应答复（主是要select模型）。
（见图1-3，1-4，1-5,1-6）
计算校验和函数源码：
图1-3
是
SendEchoRequest（）开始
定义初始化一些变量
填充要发送的数据
存储发送的时间
计算回应请求的校验和
发送回应请求
返回nRet
调用发送错误函数
结束
图1-4
RecvEchoReply（）开始
接收应答回复
检验接收结果
返回应答时间
WaitForEchoReply（）开始
返回timeout
图1-6
图1-5
3.Ping模块功能模块：
该模块是本程序的核心模块，调用其他模块实现其功能，进而实现Ping的功能。
s
否
开始
定义初始化各个局部变量
判断WSAGetLastError（）是否调用成功
检测目标主机是否为NULL
设置目标主机的IP地址，开始ping
发起四次ping测试
发送ICMP回应请求
等待回复的数据
接收回复
计算花费时间
Loop是否为0
输出平均次数
输出ping结果
清除残余
4.main（）函数模块：
向指定的域名或IP地址发送Echo请求报文；
根据响应报文显示出Ping的结果；
程序仅支持-t选项即可。
图1-8
三．运行操作及结果
在VC中运行程序后会出现如图4.1所示，提示你输入IP或网址;
2、我们先输入校园网机房主机命令，看能否ping通
3.试着使用ping–t命令，如下：
4、再输入外部网主机命令，看能否ping通，
上图为网络ping不通的情形。
源代码
源代码如下：
#include<
stdio.h>
stdlib.h>
winsock.h>
#include<
conio.h>
#pragmacomment（lib,"
ws2_32.lib"
）//导入库文件
#defineICMP_ECHOREPLY0//ICMP回应答复
#defineICMP_ECHOREQ8//ICMP回应请求
#defineREQ_DATASIZE32//请求数据报大小
iostream>
/*******************/
usingnamespacestd;
//定义IP首部格式
typedefstruct_IPHeader
u_charVIHL;
//版本和首部长度
u_charToS;
//服务类型
u_shortTotalLen;
//总长度
u_shortID;
//标识号
u_shortFrag_Flags;
//片偏移量
u_charTTL;
//生存时间
u_charProtocol;
//协议
u_shortChecksum;
structin_addrSrcIP;
//源IP地址
structin_addrDestIP;
//目的地址
}IPHDR,*PIPHDR;
//定义ICMP首部格式
u_charType;
u_charCode;
u_shortSeq;
charData;
//定义ICMP回应请求
typedefstruct_ECHOREQUEST
ICMPHDRicmpHdr;
DWORDdwTime;
charcData[REQ_DATASIZE];
}ECHOREQUEST,*PECHOREQUEST;
//定义ICMP回应答复
typedefstruct_ECHOREPLY
IPHDRipHdr;
ECHOREQUESTechoRequest;
charcFiller[256];
}ECHOREPLY,*PECHOREPLY;
/**********************************************************************************/
//计算校验和
registerintnleft=len;
registeru_short*w=buffer;
registeru_shortanswer;
registerintsum=0;
//使用32位累加器,进行16位的反馈计算
while（nleft>
{
sum+=*w++;
nleft-=2;
}
//补全奇数位
if（nleft==1）
u_shortu=0;
*（u_char*）（&
sum+=u;
//将反馈的16位从高位移到低位
sum=（sum>
sum+=（sum>
answer=~sum;
return（answer）;
/**********************************************************************************************/
//发送回应请求函数
intSendEchoRequest（SOCKETs,structsockaddr_in*lpstToAddr）
staticECHOREQUESTechoReq;
staticnId=1;
staticnSeq=1;
intnRet;
//填充回应请求消息
echoReq.icmpHdr.Type=ICMP_ECHOREQ;
echoReq.icmpHdr.Code=0;
echoReq.icmpHdr.Checksum=0;
echoReq.icmpHdr.ID=nId++;
echoReq.icmpHdr.Seq=nSeq++;
//填充要发送的数据
for（nRet=0;
nRet<
REQ_DATASIZE;
nRet++）
echoReq.cData[nRet]='
1'
+nRet;
//存储发送的时间
echoReq.dwTime=GetTickCount（）;
//计算回应请求的校验和
echoReq.icmpHdr.Checksum=checksum（（u_short*）&
echoReq,sizeof（ECHOREQUEST））;
//发送回应请求
nRet=sendto（s,（LPSTR）&
echoReq,sizeof（ECHOREQUEST）,
0,（structsockaddr*）lpstToAddr,sizeof（SOCKADDR_IN））;
if（nRet==SOCKET_ERROR）
printf（"
sendto（）error:
%d\n"
WSAGetLastError（））;
return（nRet）;
/*******************************************************************************/
//接收应答回复并进行解析
DWORDRecvEchoReply（SOCKETs,LPSOCKADDR_INlpsaFrom,u_char*pTTL）
ECHOREPLYechoReply;
intnAddrLen=sizeof（structsockaddr_in）;
//接收应答回复
nRet=recvfrom（s,（LPSTR）&
echoReply,sizeof（ECHOREPLY）,
0,（LPSOCKADDR）lpsaFrom,&
nAddrLen）;
//检验接收结果
recvfrom（）error:
WSAGetLastError（））;
//记录返回的TTL
*pTTL=echoReply.ipHdr.TTL;
//返回应答时间
return（echoReply.echoRequest.dwTime）;
/********************************************************************************/
//等待回应答复,使用select模型
intWaitForEchoReply（SOCKETs）
structtimevaltimeout;
fd_setreadfds;
readfds.fd_count=1;
readfds.fd_array[0]=s;
timeout.tv_sec=1;
timeout.tv_usec=0;
return（select（1,&
readfds,NULL,NULL,&
timeout））;
/******************************************************************************/
//PING功能实现
voidPing（char*pstrHost,boollogic）
charc;
SOCKETrawSocket;
LPHOSTENTlpHost;
structsockaddr_indestIP;
structsockaddr_insrcIP;
DWORDdwTimeSent;
DWORDdwElapsed;
u_charcTTL;
intnLoop,k=4;
intnRet,minimum=100000,maximum=0,average=0;
intsent=4,reveived=0,lost=0;
//创建原始套接字,ICMP类型
rawSocket=socket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP）;
//第二个注释函数socket
if（rawSocket==SOCKET_ERROR）
printf（"
socket（）error:
return;
//检测目标主机
lpHost=gethostbyname（pstrHost）;
if（lpHost==NULL）
Hostnotfound:
%s\n"
pstrHost）;
//设置目标机地址
destIP.sin_addr.s_addr=*（（u_longFAR*）（lpHost->
h_addr））;
//设置目标IP
destIP.sin_family=AF_INET;
//地址规格
destIP.sin_port=0;
//提示开始进行PING
\nPinging%s[%s]with%dbytesofdata:
\n"
pstrHost,inet_ntoa（destIP.sin_addr）,REQ_DATASIZE）;
//发起多次PING测试
for（nLoop=0;
nLoop<
k;
nLoop++）{
if（logic）k=k+1;
//发送ICMP回应请求
SendEchoRequest（rawSocket,&
destIP）;
//等待回复的数据
nRet=WaitForEchoReply（rawSocket）;
if（nRet==SOCKET_ERROR）
{
select（）error:
break;
}
if（!
nRet）
lost++;
\nRequesttimeout."
）;
continue;
//接收回复
dwTimeSent=RecvEchoReply
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