Ping程序设计c语言课程设计.docx
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Ping程序设计c语言课程设计
07网络工程本
制作人：
北-624寝室
负责人：
赖文斌
第四篇网络编程
第九章ping程序设计
ping命令是使用频率极高的一个网络测试命令，用以测试从一个主机到另一个主机间的网络上否可达。
windows自带的ping命令具有强大的功能，它有很多选项用于实现不同的测试目的。
本章模仿windows的ping命令，用c语言实现了一个简单的命令。
本章着重讲述ping命令的实现原理和c语言的网络编程方法。
读者可以在本章的基础上，对本章实现的ping命令进行扩展，开发出功能更强大、更完善的ping命令，并进一步掌握网络编程的方法。
9.1设计目的
本章通过设计Ping程序，讲解Ping程序的实现原理，并初步讲解了c语言网络编程技术。
本章涉及很多网络编程函数和编程技巧。
包括库文件的导入；winsock的初始化、注销；socket的创建、关闭；设置socket选项；根据主机名获取IP地址；从堆中分配一定数量的空间、释放从堆中分配的空间；获取当前进程ID号；数据报的发送；数据报的接等。
通过本程序的训练，使读者对网络编程有一定的了解，掌握Ping程序的设计方法，掌握网络编程的方法和技巧，从而编写出功能更强大的程序。
9.2功能描述
本章用c语言实现的ping命令，能用于测试一个主机到另一个主机间的联通情况，程序还提供了几个选项以实现不同的功能。
（1）实现ping功能。
程序能实现基本的ping操作，发送ICMP回显请求报文，接收显应答报文。
（2）能记录路由。
程序提供了“-r”选项，用以记录从源主机到目的主机的路由。
（3）能输出指定条数的记录。
程序提供了“-n”选项，用以输出指定条数的记录。
（4）能按照指定大小输出每条记录。
程序提供了“datasize”选项，用以指定输出的数据报的大小。
（5）能输出用户帮助。
程序提供了用户帮助，显示程序提供的选项以及选项格式等。
9.3总体设计
9.3.1功能模块设计
1.功能模块图
本系统共有4个模块，分别是初始化模块、功能控制模块、数据控制模块、数据报解读模块和ping测试模块，如图9.1所示。
各模块功能描述如下。
Ping
测试模块
图9.1系统模块图
（1）初始化模块。
改模块用于初始化各个全局变量，为全局变量赋初始值；初始化，加载库。
（2）功能控制模块。
改模块是被其它模块调用，其功能包括获取参数、计算校验和填充数据报文、释放占用资源和显示用户帮助。
（3）数据报解读模块。
改模块用于解读接收到的报文和选项。
（4）测试模块。
改模块是本程序的核心模块，调用其他模块实现其功能，主要是实现的功能。
2．系统流程图
系统执行的流程图9.2所示。
程序首先调用IniPing（）函数初始化各全局变量，然后GetArgments（）函数获取用户输入的参数，检查用户输入的参数，如果参数不正确或者没有输入参数，则显示用户帮助信息（Userhelp），并结束程序；如果参数正确，则对指定目的地执行Ping命令，如果Ping通，则显示Ping结果并释放占用资源，如果没有Ping通，则报告错误信息，并释放占用资源。
显示帮助信息
图9.2系统流程图
3.参数获取（GetArgments（）函数）流程图
获取的参数包括“-r”（记录路由）、“-n”（记录条数程序，任意的整数）和datasize（数据报大小）。
程序首先判断每一个参数的第一字符，如果第一个字符是“-”（短横线），则认为是“-r”或者“-n”中的一个，然后作进一步判断。
如果该参数的第二个字符是数字，则判断该参数为记录的条数，如果该参数的第二个字符是“r”，则判断该参数为“-r”，用于记录路由；如果参数的第一个字符是数字，则认为参数是IP地址；或者datasize,然后作进一步的判断。
如果该参数中不存在非数字的字符，则判断该参数为datasize；如果存在非数字的字符，则判断该参数为IP地址；其他情况则判断为主机名。
参数获取的流程如图9.3所示。
记录到变量
Lpdest中
图9.3参数获取流程图
4.ping（）函数流程图
ping（）函数是本程序的核心部分它调用其他模块的函数来实现，其主要步骤包括创建接字，设置路由选项（如果需要的话）、设置接收和发送超时值、名字解析（如果需要的话）、分配内存、创建ICMP报文、发送ICMP请求报文、接收ICMP应答报文和解读ICMP报文。
其执行流程如图9.4所示。
输出失败信息
记录数达到指定值？
图9.4Ping函数流程图
9.3.2数据结构设计
本程序定义了3个结构体：
-iphdr、-icmphdr、和-ipotionhdr，分别用于存放IP报头信息、ICMP报头信息和IP路由选项信息。
1.定义IP报头结构体
Typedefstruct_iphdr
{
Unsignedinth_len:
4;
Unsignedintversion:
4;
Unsignedchartos;
Unsignedshorttotal_len;
Unsignedshortident;
Unsignedshortfrag_flags;
Unsignedcharttl;
Unsignedchorproto;
Unsignedshortchecksum;
UnsignedintsourceIP;
UnsignedintdestIP;
}IpHeader;
其中各字段表示意义如下。
h-len:
4:
表示IP报头长度，首部长度指的是首部占32bit字的数目，包括任何选项。
由于它是一个4bit字段，因此首部最长为60个字节，不包括任何选项的IP报头是20个字节。
Version:
4:
表示IP的版本号，这里表示Ipv4.。
Top:
表示服务的类型，可以表示最小时延，最大吞吐量，最高可靠性和最小费用。
Total–len:
整个IP数据报的总长度。
Ident:
唯一的标识符，标识主机发送的每一份数据报。
Frag-flags:
分段标志，表示过长的数据报是否要分段。
Ttl:
生存期，表示数据报可以经过的最多路由器数。
Proto:
协议类型（TCP、UDP等）。
Checksum:
校验和。
sourceIP:
源IP地址。
destIP:
目的IP地址。
2.定义ＩＣＭＰ报头结构体
Typedefstruct–icmphdr
{
BYTEi_type;
BYTEi_code:
USHORTi_cksum;
USHORTi_id;
USHORTi_seq;
ULONGtimestamp;
}IcmpHeader;
其中各字段表示意义如下。
I_tye:
ＩＣＭＰ 报文类型。
I_code:
该类型中的代码号，一种ICMP报文的类型号和该类型中的代码号共同决定。
、
I_cksum:
校验和。
I_seq:
序列号，序列号从0开始，每发送一次新的回显请求就加1.
Timestamp:
时间。
3.定义IP选项结构体
Typedefstruct_ipoptionhdr
{
Unsignedcharcode;
Unsignedcharlen;
Unsignedcharptr;
Unsignedloangaddr[9];
}IcmpHeader;
其中各字段表示意义如下。
Code:
指明IP选项类型，对于路由记录选项，它的值是7。
Len:
选项头长度。
Ptr:
地址指针字段，是一个基于1的指针，指向存放下一个IP地址的位置。
addr[9]:
记录的Ip地址列表，由于IP首部中选项的空间有限，所以可以记录的Ip地址最多是9个。
9.33函数功能描述
1）IntPing（）
函数原型：
voidIntPing（）
IntPing（）函数用于初始化ping所需的全局变量，为各个变量赋初始值。
2）userHelp（）
函数原型：
voiduserHelp（）
userHelp（）函数用于显示用户帮助信息。
当程序检查到参数错误或者没有必要的参数（如主机IP地址或者主机名）时，则会调用此函数显示帮助信息。
3）GetArgments（）
函数原型：
voidGetArgments（intargc,char**argv）
GetArgments（）函数用于获取用户提交的参数。
其中argc表示获取的参数个数，argv用于存储获取的参数，这两个形参和主函数中的形参表示的意义一样的。
4）checkSum（）
函数原型：
USHORTcheckSum（USHORT*buffer,intsize）
checkSum（）函数用于计算校验和。
计算过程是首先把数据报头中的校验和字段设置
为0，然后对首部中每个16bit进行二字段进制反码求和（整个首部看成是由一串16bit的字组成），结果存在校验和字段中。
其中buffer用于存放ICMP数据，size表示ICMP报文大小。
5）FillCMPData（）
函数原型：
voidFillCMPData（）
FillCMPData（）函数用于填充ICMP数据报中各个字段。
其中icmp_data表示ICMP数据，datasize表示ICMP报文大小。
6）reeRes（）
函数原型：
voidreeRes（）
reeRes（）函数用于释放占用的资源，包括关闭初始化socket调用的函数的、关闭创建的socket和释放分配的内存等。
7）DecodeIPOptions（）
函数原型：
voidDecodeIPOptions（）
DecodeIPOptions（）函数用于解读IP选项，从中读出从源主机到目的主机经过的路由，并输出路由信息。
Buf表示存放接收到的ICMP报文的缓冲区，bytes表示接收到的字节数。
8）DecodelICMPHeader（）
函数原型：
voidDecodelICMPHeader（char*buf,intbytes,SOCKADDR_IN*from）
DecodelICMPHeader（）函数用于解读ICMP报文信息。
Buf表示存放接收到的ICMP报文的缓冲区，bytes表示接收到的字节数，from表示发送ICMP回显应答的主机IP地址。
9）PingTest（）
函数原型：
voidPingTest（inttimeout）
PingTest（）函数用于进行Ping操作。
其中timeout表示设定的发送超时值。
9.4程序实现
9.1.4源码分析
1.程序预处理
/*导入库文件*/
#pragmacomment（lib,"ws2_32.lib"）
/*加载头文件*/
#include
#include
#include
#include
#include
/*定义常量*/
/*表示要记录路由*/
#defineIP_RECORD_ROUTE0x7
/*默认数据报大小*/
#defineDEF_PACKET_SIZE32
/*最大的ICMP数据报大小*/
#defineMAX_PACKET1024
/*最大IP头长度*/
#defineMAX_IP_HDR_SIZE60
/*ICMP报文类型，回显请求*/
#defineICMP_ECHO8
/*ICMP报文类型，回显应答*/
#defineICMP_ECHOREPLY0
/*最小的ICMP数据报大小*/
#defineICMP_MIN8
/*自定义函数原型*/
voidInitPing（）;
voidUserHelp（）;
voidGetArgments（intargc,char**argv）;
USHORTCheckSum（USHORT*buffer,intsize）;
voidFillICMPData（char*icmp_data,intdatasize）;
voidFreeRes（）;
voidDecodeIPOptions（char*buf,intbytes）;
voidDecodeICMPHeader（char*buf,intbytes,SOCKADDR_IN*from）;
voidPingTest（inttimeout）;
/*IP报头字段数据结构*/
typedefstruct_iphdr
{
unsignedinth_len:
4;/*IP报头长度*/
unsignedintversion:
4;/*IP的版本号*/
unsignedchartos;/*服务的类型*/
unsignedshorttotal_len;/*数据报总长度*/
unsignedshortident;/*惟一的标识符*/
unsignedshortfrag_flags;/*分段标志*/
unsignedcharttl;/*生存期*/
unsignedcharproto;/*协议类型（TCP、UDP等）*/
unsignedshortchecksum;/*校验和*/
unsignedintsourceIP;/*源IP地址*/
unsignedintdestIP;/*目的IP地址*/
}IpHeader;
/*ICMP报头字段数据结构*/
typedefstruct_icmphdr
{
BYTEi_type;/*ICMP报文类型*/
BYTEi_code;/*该类型中的代码号*/
USHORTi_cksum;/*校验和*/
USHORTi_id;/*惟一的标识符*/
USHORTi_seq;/*序列号*/
ULONGtimestamp;/*时间戳*/
}IcmpHeader;
/*IP选项头字段数据结构*/
typedefstruct_ipoptionhdr
{
unsignedcharcode;/*选项类型*/
unsignedcharlen;/*选项头长度*/
unsignedcharptr;/*地址偏移长度*/
unsignedlongaddr[9];/*记录的IP地址列表*/
}IpOptionHeader;
/*定义全局变量*/
SOCKETm_socket;
IpOptionHeaderIpOption;
SOCKADDR_INDestAddr;
SOCKADDR_INSourceAddr;
char*icmp_data;
char*recvbuf;
USHORTseq_no;
char*lpdest;
intdatasize;
BOOLRecordFlag;
doublePacketNum;
BOOLSucessFlag;
2.初始化模块
/*初始化变量函数*/
voidInitPing（）
{
WSADATAwsaData;
icmp_data=NULL;
seq_no=0;
recvbuf=NULL;
RecordFlag=FALSE;
lpdest=NULL;
datasize=DEF_PACKET_SIZE;
PacketNum=5;
SucessFlag=FALSE;
/*Winsock初始化*/
if（WSAStartup（MAKEWORD（2,2）,&wsaData）!
=0）
{
/*如果初始化不成功则报错，GetLastError（）返回发生的错误信息*/
printf（"WSAStartup（）failed:
%d\n",GetLastError（））;
return;
}
m_socket=INVALID_SOCKET;
}
3.功能控制模块
/*显示信息函数*/
voidUserHelp（）
{
printf（"UserHelp:
ping-r[datasize]\n"）;
printf（"-rrecordroute\n"）;
printf（"-nrecordamount\n"）;
printf（"hostremotemachinetoping\n"）;
printf（"datasizecanbeupto1KB\n"）;
ExitProcess（-1）;
}
/*获取ping选项函数*/
voidGetArgments（intargc,char**argv）
{
inti;
intj;
intexp;
intlen;
intm;
/*如果没有指定目的地地址和任何选项*/
if（argc==1）
{
printf（"\nPleasespecifythedestinationIPaddressandthepingoptionasfollow!
\n"）;
UserHelp（）;
}
for（i=1;i{
len=strlen（argv[i]）;
if（argv[i][0]=='-'）
{
/*选项指示要获取记录的条数*/
if（isdigit（argv[i][1]））
{
PacketNum=0;
for（j=len-1,exp=0;j>=1;j--,exp++）
/*根据argv[i][j]中的ASCII值计算要获取的记录条数（十进制数）*/
PacketNum+=（（double）（argv[i][j]-48））*pow（10,exp）;
}
else
{
switch（tolower（argv[i][1]））
{
/*选项指示要获取路由信息*/
case'r':
RecordFlag=TRUE;
break;
/*没有按要求提供选项*/
default:
UserHelp（）;
break;
}
}
}
/*参数是数据报大小或者IP地址*/
elseif（isdigit（argv[i][0]））
{
for（m=1;m{
if（!
（isdigit（argv[i][m]）））
{
/*是IP地址*/
lpdest=argv[i];
break;
}
/*是数据报大小*/
elseif（m==len-1）
datasize=atoi（argv[i]）;
}
}
/*参数是主机名*/
else
lpdest=argv[i];
}
}
/*求校验和函数*/
USHORTCheckSum（USHORT*buffer,intsize）
{
unsignedlongcksum=0;
while（size>1）
{
cksum+=*buffer++;
size-=sizeof（USHORT）;
}
if（size）
{
cksum+=*（UCHAR*）buffer;
}
/*对每个16bit进行二进制反码求和*/
cksum=（cksum>>16）+（cksum&0xffff）;
cksum+=（cksum>>16）;
return（USHORT）（~cksum）;
}
/*填充ICMP数据报字段函数*/
voidFillICMPData（char*icmp_data,intdatasize）
{
IcmpHeader*icmp_hdr=NULL;
char*datapart=NULL;
icmp_hdr=（IcmpHeader*）icmp_data;
/*ICMP报文类型设置为回显请求*/
icmp_hdr->i_type=ICMP_ECHO;
icmp_hdr->i_code=0;
/*获取当前进程IP作为标识符*/
icmp_hdr->i_id=（USHORT）GetCurrentProcessId（）;
icmp_hdr->i_cksum=0;
icmp_hdr->i_seq=0;
datapart=icmp_data+sizeof（IcmpHeader）;
/*以数字0填充剩余空间*/
memset（datapart,'0',datasize-sizeof（IcmpHeader））;
}
/*释放资源函数*/
voidFreeRes（）
{
/*关闭创建的套接字*/
if（m_socket!
=INVALID_SOCKET）
closesocket（m_socket）;
/*释放分配的内存*/
HeapFree（GetProcessHeap（）,0,recvbuf）;
HeapFree（GetProcessHeap（）,0,icmp_data）;
/*注销WSAStartup（）调用*/
WSACleanup（）;
return;
}
4.数据报解读模块
/*解读IP选项头函数*/
voidDecodeIPOptions（char*buf,intbytes）
{
IpOptionHeader*ipopt=NULL;
IN_ADDRinaddr;
inti;
HOSTENT*host=NULL;
/*获取路由信息的地址入口*/
ipopt=（IpOptionHeader*）（buf+20）;
printf（"RR:
"）;
for（i=0;i<（ipopt->ptr/4）-1;i++）
{
inaddr.S_un.S_addr=ipopt->addr[i];
if（i!
=0）
printf（""）;
/*根据IP地址获取主机名*/
host=gethostbyaddr（（char*）&inaddr.S_un.S_addr,sizeof（inaddr.S_un.S_addr）,AF_INET）;
/*如果获取到了主机名，则输出主机名*/
if（host）
printf（"（%-15s）%s\n",inet_ntoa（inaddr）,host->h_name）;
/*否则输出IP地址*/
else
printf（"（%-15s）\n",inet_ntoa（inaddr））;
}
return;
}
/*解读ICMP报头函数*/
voidDecodeICMPHeader（c
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