在linux中用C語言實現ping命令的部分功能

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：