Linux网络编程---ICMP协议分析及ping程序实现.docx
《Linux网络编程---ICMP协议分析及ping程序实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Linux网络编程---ICMP协议分析及ping程序实现.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
⼀、IP协议
Linux⽹络编程---ICMP协议分析及ping程序实现
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
structiphdr
{
#ifdefined_LITTLE_ENDIAN_BITFIELD//⼩端机u8hlen:
4,
ver:
4;
#elifdefined_BIG_ENFIAN_BITFELD//⼤端机u8ver:
4,
hlen:
4;#endif
u8tos;
u16tot_len;u16id;
u16frag_off;u8ttl;
u8protocol;u16check;u32saddr;u32daddr;
};
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
structicmphdr
{
u8type;u8code;
u16checksum;union
{
struct
{
u16id;
u16sequence;
}echo;
u32gateway;struct
{
u16unused;u16mtu;
}frag;//pmtu发现
}un;
//u32icmp_timestamp[2];//时间戳
//ICMP数据占位符
u8data[0];
#defineicmp_idun.echo.id
#defineicmp_sequn.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
#defineIP_HSIZEsizeof（structiphdr）//定义IP_HSIZE为ip头部长度#defineIPVERSION4//定义IPVERSION为4，指出⽤ipv4
#defineICMP_ECHOREPLY0//Echo应答
#defineICMP_ECHO 8//Echo请求
#defineBUFSIZE1500 //发送缓存最⼤值
#defineDEFAULT_LEN56//ping消息数据默认⼤⼩
//数据类型别名
typedefunsignedcharu8;
typedefunsignedshortu16;
typedefunsignedintu32;
//ICMP消息头部structicmphdr
{
u8type;u8code;
u16checksum;union
{
struct
{
u16id;
u16sequence;
}echo;
u32gateway;struct
{
u16unused;u16mtu;
}frag;//pmtu发现
}un;
u32icmp_timestamp[2];//时间戳
//ICMP数据占位符
u8data[0];
#defineicmp_idun.echo.id
#defineicmp_sequn.echo.sequence
};
#defineICMP_HSIZEsizeof（structicmphdr）structiphdr
{
#ifdefined_LITTLE_ENDIAN_BITFIELDu8hlen:
4,
ver:
4;
#elifdefined_BIG_ENFIAN_BITFELDu8ver:
4,
hlen:
4;#endif
u8tos;
u16tot_len;u16id;
u16frag_off;u8ttl;
u8protocol;u16check;u32saddr;u32daddr;
};
charhello[]="hellothisisapingtest.";char*hostname;//被ping的主机
intdatalen=DEFAULT_LEN;//ICMP消息携带的数据长度
charsendbuf[BUFSIZE];charrecvbuf[BUFSIZE];
intnsent;//发送的ICMP消息序号
intnrecv;
pid_tpid;//ping程序的进程pid
structtimevalrecvtime;//收到ICMP应答的时间戳intsockfd;//发送和接收原始套接字
structsockaddr_indest;//被ping主机的ip
structsockaddr_infrom;//发送ping应答消息的主机ip
structsigactionact_alarm;structsigactionact_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structitimervalval_alarm;
//函数原型
voidalarm_handler（int）;//SIGALRM处理程序voidint_handler（int）;//SIGINT处理程序
voidset_sighandler（）;//设置信号处理程序voidsend_ping（）;//发送ping消息
voidrecv_reply（）;//接收ping应答
u16checksum（u8*buf,intlen）;//计算校验和inthandle_pkt（）;//ICMP应答消息处理
voidget_statistics（int,int）;//统计ping命令的检测结果voidbail（constchar*）;//错误报告
intmain（intargc,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;
structhostent*host;//该结构体属于include
inton=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（"cannotunderstandthehostname"）;//理解不了输⼊的地址
exit
（1）;
}
hostname=argv[1];//取出地址名
memset（&dest,0,sizeofdest）;//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_IN
升级会员 