運用C語言編寫模擬常用網絡命令ping命令實現一個基於linux原始套接字和ICMP協議的ping程序。該程序能用於檢測主機或路由器工作是否正常。
程序中主要的函數
void alarm_handler(int); /*SIGALRM處理程序*/
void int_handler(int); /*SIGINT處理程序*/
void set_sighandler(); /*設置信號處理程序*/
void send_ping(); /*發送ping消息*/
void recv_reply(); /*接收ping應答*/
u16 checksum(u8 *buf, int len); /*計算校驗和*/
int handle_pkt(); /*ICMP應答消息處理*/
void get_statistics(int, int); /*統計ping命令的檢測結果*/
void bail(const char *); /*錯誤報告*/
頭文件：ping.h
#define ICMP_ECHOREPLY 0 /* Echo應答*/
#define ICMP_ECHO /*Echo請求*/
#define BUFSIZE 1500 /*發送緩存最大值*/
#define DEFAULT_LEN 56 /**ping消息數據默認大小/
/*數據類型別名*/
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned short u16;
typedef unsigned int u32;
/*ICMP消息頭部*/
struct icmphdr {
u8 type; /*定義消息類型*/
u8 code; /*定義消息代碼*/
u16 checksum; /*定義校驗*/
union{
struct{
u16 id;
u16 sequence;
}echo;
u32 gateway;
struct{
u16 unsed;
u16 mtu;
}frag; /*pmtu實現*/
}un;
/*ICMP數據佔位符*/
u8 data[0];
#define icmp_id un.echo.id
#define icmp_seq un.echo.sequence
};
#define ICMP_HSIZE sizeof(struct icmphdr)
/*定義一個IP消息頭部結構體*/
struct iphdr {
u8 hlen:4, ver:4; /*定義4位首部長度，和IP版本號爲IPV4*/
u8 tos; /*8位服務類型TOS*/
u16 tot_len; /*16位總長度*/
u16 id; /*16位標誌位*/
u16 frag_off; /*3位標誌位*/
u8 ttl; /*8位生存週期*/
u8 protocol; /*8位協議*/
u16 check; /*16位IP首部校驗和*/
u32 saddr; /*32位源IP地址*/
u32 daddr; /*32位目的IP地址*/
};
char *hostname; /*被ping的主機名*/
int datalen = DEFAULT_LEN; /*ICMP消息攜帶的數據長度*/
char sendbuf[BUFSIZE]; /*發送字符串數組*/
char recvbuf[BUFSIZE]; /*接收字符串數組*/
int nsent; /*發送的ICMP消息序號*/
int nrecv; /*接收的ICMP消息序號*/
pid_t pid; /*ping程序的進程PID*/
struct timeval recvtime; /*收到ICMP應答的時間戳*/
int sockfd; /*發送和接收原始套接字*/
struct sockaddr_in dest; /*被ping的主機IP*/
struct sockaddr_in from; /*發送ping應答消息的主機IP*/
struct sigaction act_alarm;
struct sigaction act_int;
/*函數原型*/
void alarm_handler(int); /*SIGALRM處理程序*/
void int_handler(int); /*SIGINT處理程序*/
void set_sighandler(); /*設置信號處理程序*/
void send_ping(); /*發送ping消息*/
void recv_reply(); /*接收ping應答*/
u16 checksum(u8 *buf, int len); /*計算校驗和*/
int handle_pkt(); /*ICMP應答消息處理*/
void get_statistics(int, int); /*統計ping命令的檢測結果*/
void bail(const char *); /*錯誤報告*/源程序2：ping.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/time.h> /*是Linux系統的日期時間頭文件*/
#include<unistd.h> /* 是POSIX標準定義的unix類系統定義符號常量的頭文件，包含了許多UNIX系統服務的函數原型，例如read函數、write函數和getpid函數*/
#include<string.h>
#include<sys/socket.h> /*對與引用socket函數必須*/
#include<sys/types.h>
#include<netdb.h> /*定義了與網絡有關的結構，變量類型，宏，函數。函數gethostbyname()用*/
#include<errno.h> /*sys/types.h中文名稱爲基本系統數據類型*/
#include<arpa/inet.h> /*inet_ntoa()和inet_addr()這兩個函數，包含在 arpa/inet.h*/
#include<signal.h> /*進程對信號進行處理*/
#include<netinet/in.h> /*互聯網地址族*/
#include"ping.h"
#define IP_HSIZE sizeof(struct iphdr) /*定義IP_HSIZE爲ip頭部長度*/
#define IPVERSION 4 /*定義IPVERSION爲4，指出用ipv4*/
/*設置的時間是一個結構體，倒計時設置，重複倒時，超時值設爲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表示隱形程序命令行中參數的數目，argv是一個指向字符串數組指針，其中每一個字符對應一個參數*/
{
struct hostent *host; /*該結構體屬於include<netdb.h>*/
int on =1;
if(argc<2){ /*判斷是否輸入了地址*/
printf("Usage: %s hostname\n",argv[0]);
exit(1);
}
if((host=gethostbyname(argv[1]))==NULL){ /*gethostbyname()返回對應於給定主機名的包含主機名字和地址信息的結構指針,*/
perror("can not understand the host name"); /*理解不了輸入的地址*/
exit(1);
}
hostname=argv[1];/*取出地址名*/
memset(&dest,0,sizeof dest); /*將dest中前sizeof(dest)個字節替換爲0並返回s,此處爲初始化,給最大內存清零*/
dest.sin_family=PF_INET; /*PF_INET爲IPV4，internet協議，在<netinet/in.h>中，地址族*/
dest.sin_port=ntohs(0); /*端口號,ntohs()返回一個以主機字節順序表達的數。*/
dest.sin_addr=*(struct in_addr *)host->h_addr_list[0];/*host->h_addr_list[0]是地址的指針.返回IP地址，初始化*/
if((sockfd = socket(PF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP))<0){ /*PF_INEI套接字協議族，SOCK_RAW套接字類型，IPPROTO_ICMP使用協議，調用socket函數來創建一個能夠進行網絡通信的套接字。這裏判斷是否創建成功*/
perror("raw socket created error");
exit(1);
}
setsockopt(sockfd,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,&on,sizeof(on)); /*設置當前套接字選項特定屬性值，sockfd套接字，IPPROTO_IP協議層爲IP層，IP_HDRINCL套接字選項條目，套接字接收緩衝區指針，sizeof(on)緩衝區長度的長度*/
setuid(getuid());/*getuid()函數返回一個調用程序的真實用戶ID,setuid()是讓普通用戶可以以root用戶的角色運行只有root帳號才能運行的程序或命令。*/
pid=getpid(); /*getpid函數用來取得目前進程的進程識別碼*/
set_sighandler();/*對信號處理*/
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) /*定時函數*/
bail("setitimer fails.");
recv_reply();/*接收ping應答*/
return 0;
}
/*發送ping消息*/
void send_ping(void)
{
struct iphdr *ip_hdr; /*iphdr爲IP頭部結構體*/
struct icmphdr *icmp_hdr; /*icmphdr爲ICMP頭部結構體*/
int len;
int len1;
/*ip頭部結構體變量初始化*/
ip_hdr=(struct iphdr *)sendbuf; /*字符串指針*/
ip_hdr->hlen=sizeof(struct iphdr)>>2; /*頭部長度*/
ip_hdr->ver=IPVERSION; /*版本*/
ip_hdr->tos=0; /*服務類型*/
ip_hdr->tot_len=IP_HSIZE+ICMP_HSIZE+datalen; /*報文頭部加數據的總長度*/
ip_hdr->id=0; /*初始化報文標識*/
ip_hdr->frag_off=0; /*設置flag標記爲0*/
ip_hdr->protocol=IPPROTO_ICMP;/*運用的協議爲ICMP協議*/
ip_hdr->ttl=255; /*一個封包在網絡上可以存活的時間*/
ip_hdr->daddr=dest.sin_addr.s_addr; /*目的地址*/
len1=ip_hdr->hlen<<2; /*ip數據長度*/
/*ICMP頭部結構體變量初始化*/
icmp_hdr=(struct icmphdr *)(sendbuf+len1); /*字符串指針*/
icmp_hdr->type=8; /*初始化ICMP消息類型type*/
icmp_hdr->code=0; /*初始化消息代碼code*/
icmp_hdr->icmp_id=pid; /*把進程標識碼初始給icmp_id*/
icmp_hdr->icmp_seq=nsent++; /*發送的ICMP消息序號賦值給icmp序號*/
memset(icmp_hdr->data,0xff,datalen); /*將datalen中前datalen個字節替換爲0xff並返回icmp_hdr-dat*/
gettimeofday((struct timeval *)icmp_hdr->data,NULL); /* 獲取當前時間*/
len=ip_hdr->tot_len; /*報文總長度賦值給len變量*/
icmp_hdr->checksum=0; /*初始化*/
icmp_hdr->checksum=checksum((u8 *)icmp_hdr,len); /*計算校驗和*/
sendto(sockfd,sendbuf,len,0,(struct sockaddr *)&dest,sizeof (dest)); /*經socket傳送數據*/
}
/*接收程序發出的ping命令的應答*/
void recv_reply()
{
int n,len;
int errno;
n=nrecv=0;
len=sizeof(from); /*發送ping應答消息的主機IP*/
while(nrecv<4){
if((n=recvfrom(sockfd,recvbuf,sizeof recvbuf,0,(struct sockaddr *)&from,&len))<0){ /*經socket接收數據,如果正確接收返回接收到的字節數，失敗返回0.*/
if(errno==EINTR) /*EINTR表示信號中斷*/
continue;
bail("recvfrom error");
}
gettimeofday(&recvtime,NULL); /*記錄收到應答的時間*/
if(handle_pkt()) /*接收到錯誤的ICMP應答信息*/
continue;
nrecv++;
}
get_statistics(nsent,nrecv); /*統計ping命令的檢測結果*/
}
/*計算校驗和*/
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應答消息處理*/
int handle_pkt()
{
struct iphdr *ip;
struct icmphdr *icmp;
int ip_hlen;
u16 ip_datalen; /*ip數據長度*/
double rtt; /* 往返時間*/
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)) /*計算校驗和*/
return -1;
if(icmp->icmp_id!=pid)
return -1;
sendtime=(struct timeval *)icmp->data; /*發送時間*/
rtt=((&recvtime)->tv_sec-sendtime->tv_sec)*1000+((&recvtime)->tv_usec-sendtime->tv_usec)/1000.0;/* 往返時間*/
/*打印結果*/
printf("%d bytes from %s:icmp_seq=%u ttl=%d rtt=%.3f ms\n",
ip_datalen, /*IP數據長度*/
inet_ntoa(from.sin_addr), /*目的ip地址*/
icmp->icmp_seq, /*icmp報文序列號*/
ip->ttl, /*生存時間*/
rtt); /*往返時間*/
return 0;
}
/*設置信號處理程序*/
void set_sighandler()
{
act_alarm.sa_handler=alarm_handler;
if(sigaction(SIGALRM,&act_alarm,NULL)==-1) /*sigaction()會依參數signum指定的信號編號來設置該信號的處理函數。參數signum指所要捕獲信號或忽略的信號，&act代表新設置的信號共用體，NULL代表之前設置的信號處理結構體。這裏判斷對信號的處理是否成功。*/
bail("SIGALRM handler setting fails.");
act_int.sa_handler=int_handler;
if(sigaction(SIGINT,&act_int,NULL)==-1)
bail("SIGALRM handler setting fails.");
}
/*統計ping命令的檢測結果*/
void get_statistics(int nsent,int nrecv)
{
printf("--- %s ping statistics ---\n",inet_ntoa(dest.sin_addr)); /*將網絡地址轉換成“.”點隔的字符串格式。*/
printf("%d packets transmitted, %d received, %0.0f%% ""packet loss\n",
nsent,nrecv,1.0*(nsent-nrecv)/nsent*100);
}
/*錯誤報告*/
void bail(const char * on_what)
{
fputs(strerror(errno),stderr); /*:向指定的文件寫入一個字符串（不寫入字符串結束標記符‘\0’）。成功寫入一個字符串後，文件的位置指針會自動後移，函數返回值爲0；否則返回EOR(符號常量，其值爲-1)。*/
fputs(":",stderr);
fputs(on_what,stderr);
fputc('\n',stderr); /*送一個字符到一個流中*/
exit(1);
}
/*SIGINT（中斷信號）處理程序*/
void int_handler(int sig)
{
get_statistics(nsent,nrecv); /*統計ping命令的檢測結果*/
close(sockfd); /*關閉網絡套接字*/
exit(1);
}
/*SIGALRM（終止進程）處理程序*/
void alarm_handler(int signo)
{
send_ping(); /*發送ping消息*/
}程序執行：
1、程序編譯。在linux終端下執行如下命令：
gcc ping.h -o myping -std=gnu99
因爲原始套接字的創建需要root用戶權限，所以爲了能讓所有的其他用戶也可以使用該程序，需要通過如下命令設置myping的set-user-id位：
$sudo chmod u+s myping
結果爲：