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大家都知道，ping程序是基于ICMP回显请求和应答报文的，通过IP数据报的选项字段可以达到记录路由的效果，老实说，在刚刚拿到这个课题时，毫无头绪，根本不知道如何下手，因为之前根本就没有从事过Socket网络编程，但是这又是必须的，没办法，凭借之前对孙鑫老师MFC视频教程里的网络编程的基础知识，以及计算机网络、TCP/IP详解等课本的知识，最终结合网上的参考代码，加上自己的理解和调试，解决众多BUG问题，可以说是对网上的代码进行了一定层次的优化。下面附上代码，希望对大家有所帮助，也希望能够和我交流思想。
头文件部分：
/*导入库文件*/
#pragma comment( lib, "ws2_32.lib" )
/*加载头文件*/
#include <Winsock2.h>//创建套接字头文件
#include <ws2tcpip.h>
#include <cmath>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <cstring>
using namespace std;
/*定义常量*/
/*表示要记录路由*/
#define IP_RECORD_ROUTE 0x7
/*默认数据报大小*/
#define DEF_PACKET_SIZE 32
/*最大的ICMP数据报大小*/
#define MAX_PACKET 1024
/*最大IP头长度*/
#define MAX_IP_HDR_SIZE 60
/*ICMP报文类型，回显请求*/
#define ICMP_ECHO 8
/*ICMP报文类型，回显应答*/
#define ICMP_ECHOREPLY 0
/*最小的ICMP数据报大小*/
#define ICMP_MIN 8
/*自定义函数原型*/
void Init_Ping();
void UserHelp();
void GetArgments(int argc, char** argv);
USHORT CheckSum(USHORT *buffer, int size);
void FillICMPData(char *icmp_data, int datasize);
void FreeRes();
void DecodeIPOptions(char *buf, int bytes); //ip报文各字段解析
void DecodeICMPHeader(char *buf, int bytes, SOCKADDR_IN* from); //icmp报文首部解析翻译
void PingTest(int timeout); //ping命令测试程序
void PingInput(int &argc,char *argv[]);
/*IP报头字段数据结构*/
typedef struct _iphdr //声明定义一个结构体，用来表示ip首部
{
unsigned int h_len:4; /*IP报头长度 位域为4(虽然为int32位的，但只用4位)*/
unsigned int version:4; /*IP的版本号 4*/
unsigned char tos; /*服务类型 8*/
unsigned short total_len; /*数据报总长度 16*/
unsigned short ident; /*惟一的标识符 16*/
unsigned short frag_flags; /*分段标志 16*/
unsigned char ttl; /*生存期 8*/
unsigned char proto; /*协议类型(TCP、UDP等) 8*/
unsigned short checksum; /*校验和 16*/
unsigned int sourceIP; /*源IP地址 32*/
unsigned int destIP; /*目的IP地址 32*/
} IpHeader;
/*ICMP报头字段数据结构*/
typedef struct _icmphdr //同上，这里表示icmp报文的首部：用数据结构表示
{
BYTE i_type; /*ICMP报文类型 8位*/
BYTE i_code; /*该类型中的代码号 8位*/
USHORT i_cksum; /*校验和 16位*/
USHORT i_id; /*惟一的标识符 16位*/
USHORT i_seq; /*序列号 16位*/
ULONG timestamp; /*时间戳 32位*/
} IcmpHeader;
/*IP选项头字段数据结构*/
typedef struct _ipoptionhdr //表示ip首部中的可选字段
{
unsigned char code; /*选项类型 8位*/
unsigned char len; /*选项头长度 8位*/
unsigned char ptr; /*地址偏移长度 8位*/
unsigned long addr[9]; /*记录的IP地址列表 32位*/
} IpOptionHeader;
SOCKET m_socket;
IpOptionHeader IpOption;
SOCKADDR_IN DestAddr;
SOCKADDR_IN SourceAddr;
char *icmp_data;
char *recvbuf;
USHORT seq_no ; //typedef unsigned short USHORT;
char *lpdest; //lpdest表示目的地址的指针
int datasize;
bool RecordFlag;
double PacketNum;
bool InputTrue;
int Rcount;源文件部分：
#include"ping.h"
/*初始化变量*/
void Init_Ping()
{
WSADATA wsaData;
icmp_data = NULL;
seq_no = 0;
recvbuf = NULL;
RecordFlag = FALSE; //记录标志为false
lpdest = NULL;
datasize = DEF_PACKET_SIZE;
PacketNum = 4;
InputTrue = FALSE;
Rcount=9;
if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) //加载套接字库，进行套接字库的版本协商，确定哪一个版本的套接字库
{
cout<<"WSAStartup() failed: "<<GetLastError()<<endl;
return ;
}
m_socket = INVALID_SOCKET; //初始化套接字描述符为无效的
}
//成功加载winsock dll动态链接库后
//WSA data结构 lpwsadata 指向wsa data结构的指针
//高位字节--副版本，低位字节--主版本
//makeword()这个宏来得到WSA version 的word值，
/*显示帮助信息*/
void UserHelp()
{
cout<<"UserHelp: ping [-r -n|-n] <host/ip> [data size]"<<endl;
cout<<" -r [count|0-9] record route"<<endl;
cout<<" -n record amount"<<endl;
cout<<" host remote machine to ping"<<endl;
cout<<" datasize can be up to 1KB"<<endl;
}
/*获取ping选项、参数信息*/
void GetArgments(int argc,char* argv[])
{
int i,j;
int exp,len,m;
if(argc == 1) /*如果没有指定目的地地址和任何选项*/
{
cout<<endl<<"Please specify the destination IP address and the ping option as follow!"<<endl;
InputTrue=true;
UserHelp(); //请指明目的ip地址和如下的选项字段 -->调用用户使用帮助
return ;
}
for(i = 1; i < argc; i++) //参数的个数>1，即不止一个"ping"字符串
{
len = strlen(argv[i]);
if (argv[i][0] == '-') //是否为选项字段
{
if(isdigit(argv[i][1]))
{
PacketNum = 0;
for(j=len-1,exp=0;j>=1;j--,exp++) //将输入的记录条数转为10进制数
PacketNum += ((double)(argv[i][j]-48))*pow(10,exp);
}
else
{
switch (tolower(argv[i][1])) //转为小写字母
{
case 'r': //表明要记录路由
RecordFlag = TRUE;
break;
default: //输入不符合规范
InputTrue=true;
UserHelp();
return ;
}
}
}
/*参数是数据报大小或者IP地址*/
else if (isdigit(argv[i][0])) //判断是否为数字
{
for(m=1;m<len;m++) //这里会有一个问题，就是指定icmp报文数据部分<10时的问题
{
if(!(isdigit(argv[i][m])))
{
lpdest = argv[i]; //只要数字中存在不是数字的,就说明是ip地址，而不是数据报大小
break;
}
if(m==len-1&&i==argc-1) //光有数字，代表用户指明数据报大小
datasize = atoi(argv[i]);
}
if(RecordFlag&&i<argc-1)
Rcount=atoi(argv[i]);
}
else //上述情况都不满足就是主机名了
{
lpdest = argv[i];
}
}
}
//inet_addr()函数可以将一个点分十进制的ip地址转为u_long类型以适合分配给S_addr
//inet_ntoa()函数接收一个in_addr结构体类型的参数并返回一个点分十进制表示的ip地址
//从主机字节序转换为TCP/IP网络字节序
/*求校验和*/
USHORT CheckSum(USHORT *buffer, int size) //模拟二进制反码求和(先取反再按二进制直接相加)的整个过程
{
unsigned long cksum=0; //注意buffer指针的基类型
while (size > 1)
{
cksum += *buffer++;
size -= sizeof(USHORT); //无符号短整型占两个字节，即16位
}
if (size)
{
cksum += *(UCHAR*)buffer;
}
while(cksum>>16)
cksum = (cksum>>16) + (cksum & 0xffff); //两次就够了，就能保证高16位为全0
return (USHORT)(~cksum); //最后的二进制反码和再取反赋值给检验和字段
}
/*填充ICMP数据报字段*/
void FillICMPData(char *icmp_data, int datasize)
{
IcmpHeader *icmp_hdr = NULL;
char *datapart = NULL;
icmp_hdr = (IcmpHeader*)icmp_data;
icmp_hdr->i_type = ICMP_ECHO; //为数字8，代表回显请求
icmp_hdr->i_code = 0;
icmp_hdr->i_id = (USHORT)GetCurrentProcessId(); //获取当前进程的PID作为标识符
icmp_hdr->i_cksum = 0;
icmp_hdr->i_seq = 0;
datapart = icmp_data + sizeof(IcmpHeader); //icmp数据包的数据部分
memset(datapart,'0',datasize-sizeof(IcmpHeader)); //字符填充或者是0比特填充，此处0比特填充
}
/*释放资源*/
void FreeRes()
{
if (m_socket != INVALID_SOCKET) //只要套接字不等于无效的套接字，就关闭套接字，以释放为套接字分配的资源
closesocket(m_socket);
HeapFree(GetProcessHeap(), 0, recvbuf); //释放堆分配的内存
HeapFree(GetProcessHeap(), 0, icmp_data);
WSACleanup(); //终止对winsocket套接字库的使用
return ;
}
/*解读IP选项头*/
void DecodeIPOptions(char *buf, int bytes)
{
IpOptionHeader *ipopt = NULL;
IN_ADDR inaddr;
int i;
HOSTENT *host = NULL;
/*获取路由信息的地址入口*/
ipopt = (IpOptionHeader *)(buf + 19); //因为如果设置了ip首部选项字段的话，buf是指向ip数据报首字节的
//移动20字节，不久指向了ip option吗
cout<<"路由: ";
int temp=(Rcount<=(ipopt->ptr/4))?Rcount:(ipopt->ptr/4);
for(i = 0; i < temp; i++) //ptr是地址偏移长度，4字节一移动，因为ip地址为4个字节
{
inaddr.S_un.S_addr = ipopt->addr[i]; //选项字段的ip地址赋给了地址结构体变量
if (i != 0)
cout<<" ";
/*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);
if (host) //获取成功
cout<<"("<<setw(-15)<<inet_ntoa(inaddr)<<")"<<" "<<host->h_name;//inet_ntoa通过接收in_addr结构体返回点分十进制的ip地址 host结构体存储了主机的信息
else //获取失败
cout<<"("<<setw(-15)<<inet_ntoa(inaddr)<<") ";
if(i!=temp-1)
cout<<"->";
cout<<endl;
}
return;
}
/*解读ICMP报头*/
int icmpcount; //icmp报文的个数
void DecodeICMPHeader(char *buf, int bytes, SOCKADDR_IN *from)
{
IpHeader *iphdr = NULL; //ip首部的指针
IcmpHeader *icmphdr = NULL; //icmp首部的指针
unsigned short iphdrlen; //ip首部的长度
DWORD tick;
iphdr = (IpHeader *)buf; //指针的基类型转换-强制类型转换
iphdrlen = iphdr->h_len * 4; //ip的首部长度字段乘以4个字节就是ip首部的总长度
tick = GetTickCount();
/*如果IP报头的长度为最大长度(基本长度是20字节)，则认为有IP选项，需要解读IP选项*/
if ((iphdrlen == MAX_IP_HDR_SIZE) && (!icmpcount)) //ip首部的最大长度为60字节，15*4=60
DecodeIPOptions(buf, bytes); //解读ip首部选项字段(路由信息)
if (bytes < iphdrlen + ICMP_MIN) /*如果读取的数据太小 iphdrlen=20 icmp_min=8*/
{
cout<<"Too few bytes from "<<inet_ntoa(from->sin_addr)<<endl; //打印输出对方ip发过来的数据太小了
}
icmphdr = (IcmpHeader*)(buf + iphdrlen); //icmp首部指针由空指针指向了icmp首部，只需要指向ip首部的指针移动ip首部的长度就可以了
/*如果收到的不是回显应答报文则报错*/
if (icmphdr->i_type != ICMP_ECHOREPLY)
{
printf("non-echo type of %d is recvd!!!\n",icmphdr->i_type);
return;
}
/*核实收到的ID号和发送的是否一致*/
if (icmphdr->i_id != (USHORT)GetCurrentProcessId()) //GetCurrentProcessId返回当前进程的pid
{
cout<<"someone else's packet!"<<endl; //如果pid不一致，代表不是我这个进程的icmp响应报文
return ;
}
cout<<bytes<<" bytes from "<<inet_ntoa(from->sin_addr)<<":"; //字节数和ip地址
cout<<" icmp_seq = "<<icmphdr->i_seq<<". "; //序号
cout<<" time: "<<tick - icmphdr->timestamp<<" ms"<<endl; //花费的时间
icmpcount++;
return;
}
/*开始ping测试*/
void PingTest(int timeout)
{
int ret;
int readNum;
int fromlen;
int smiss=PacketNum,rmiss=PacketNum;
struct hostent *hp = NULL; //hostent结构用于存储一个给定主机的信息：例如主机名，ip地址
/*创建原始套接字，该套接字用于ICMP协议*/
m_socket = WSASocket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP, NULL, 0,WSA_FLAG_OVERLAPPED);
/*如果套接字创建不成功，即创建的是无效的套接字*/
if (m_socket == INVALID_SOCKET)
{
cout<<"WSASocket() failed: "<<WSAGetLastError()<<endl;
return ;
}
if (RecordFlag) //若要记录路由,进行ip选项字段的填充
{
ZeroMemory(&IpOption, sizeof(IpOption)); //zeromemory函数用0填充一块内存
/*为每个ICMP包设置路由选项*/
IpOption.code = IP_RECORD_ROUTE;
IpOption.ptr = 4;
IpOption.len = 39; //4*9+3=39
/*设置套结字的选项函数 setsockopt()*/
ret = setsockopt(m_socket, IPPROTO_IP, IP_OPTIONS,(char *)&IpOption, sizeof(IpOption));
if (ret == SOCKET_ERROR)
{
cout<<"setsockopt(IP_OPTIONS) failed: "<<WSAGetLastError()<<endl;
}
}
/*设置接收的超时值*/
readNum = setsockopt(m_socket, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO,(char*)&timeout, sizeof(timeout));
if(readNum == SOCKET_ERROR)
{
cout<<"setsockopt(SO_RCVTIMEO) failed: "<<WSAGetLastError()<<endl;
return ;
}
/*设置发送的超时值*/
timeout = 1000; //设置发送超时
readNum = setsockopt(m_socket, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO,(char*)&timeout, sizeof(timeout));
if (readNum == SOCKET_ERROR)
{
cout<<"setsockopt(SO_SNDTIMEO) failed: "<<WSAGetLastError()<<endl;
return ;
}
memset(&DestAddr, 0, sizeof(DestAddr)); //用0初始化目的地地址
DestAddr.sin_family = AF_INET; //TCP/IP中此字段必须为AF_INET
if ((DestAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(lpdest)) == INADDR_NONE) //如果是0xffffffff
{
if ((hp = gethostbyname(lpdest)) != NULL) //名字解析，根据主机名获取IP地址
{
/*将获取到的IP值赋给目的地地址中的相应字段*/
memcpy(&(DestAddr.sin_addr), hp->h_addr, hp->h_length);
/*将获取到的地址族值赋给目的地地址中的相应字段*/
DestAddr.sin_family = hp->h_addrtype;
cout<<"DestAddr.sin_addr = "<<inet_ntoa(DestAddr.sin_addr)<<endl;
}
else //获取不成功
{
cout<<"gethostbyname() failed: "<<WSAGetLastError()<<endl;
return ;
}
}
datasize += sizeof(IcmpHeader); //icmp数据部分大小+ICMP首部组成icmp报文长度
/*根据默认堆句柄，从堆中分配MAX_PACKET内存块，新分配内存的内容将被初始化为0*/
icmp_data =(char*) HeapAlloc(GetProcessHeap(), HEAP_ZERO_MEMORY,MAX_PACKET); //堆分配函数，调用成功返回指向该堆的指针
recvbuf =(char*) HeapAlloc(GetProcessHeap(), HEAP_ZERO_MEMORY,MAX_PACKET); //堆分配接收缓存空间
if (!icmp_data)
{ //堆分配失败：打印错误原因
cout<<"HeapAlloc() failed: "<<GetLastError()<<endl;
return ;
}
/*构建ICMP报文*/
memset(icmp_data,0,MAX_PACKET); //先进行0
FillICMPData(icmp_data,datasize); //数据填充，以获得一个完整的icmp报文
int nCount = 0;
icmpcount=0;
while(1)
{
int writeNum;
if (nCount++ == PacketNum) //控制输出的记录个数
break;
/*计算校验和前要把校验和字段设置为0*/
((IcmpHeader*)icmp_data)->i_cksum = 0;
/*获取操作系统启动到现在所经过的毫秒数，设置时间戳*/
((IcmpHeader*)icmp_data)->timestamp = GetTickCount();
/*设置序列号*/
((IcmpHeader*)icmp_data)->i_seq = seq_no++;
/*计算校验和*/
((IcmpHeader*)icmp_data)->i_cksum = CheckSum((USHORT*)icmp_data, datasize);
/*基于UDP开始发送ICMP请求*/ //设定目的套接字的地址信息，地址结构体的长度
writeNum = sendto(m_socket, icmp_data, datasize, 0,(struct sockaddr*)&DestAddr, sizeof(DestAddr));
//设置0那个位置的值，将会影响sendto函数调用的行为
/*如果发送不成功*/
if (writeNum == SOCKET_ERROR)
{
if (WSAGetLastError() == WSAETIMEDOUT) //发送超时
{
cout<<"timed out"<<endl;
smiss--;
continue;
} //其他发送失败原因
cout<<"sendto() failed: "<<WSAGetLastError()<<endl;
return ;
}
/*基于UDP开始接收ICMP应答 */
fromlen = sizeof(SourceAddr);
readNum = recvfrom(m_socket, recvbuf, MAX_PACKET, 0,(struct sockaddr*)&SourceAddr, &fromlen);
if (readNum == SOCKET_ERROR) //如果接收失败
{
if (WSAGetLastError() == WSAETIMEDOUT) //接收超时
{
cout<<"timed out"<<endl;
rmiss--;
continue;
} //其他接收失败原因
cout<<"recvfrom() failed: "<<WSAGetLastError()<<endl;
return ;
}
/*解读接收到的ICMP数据报*/
DecodeICMPHeader(recvbuf, readNum, &SourceAddr);
}
if(rmiss>0)
{
cout<<endl<<inet_ntoa(SourceAddr.sin_addr)<<"的ping统计信息："<<endl;
cout<<" 数据包：已发送 = "<<smiss<<", 已接收 = "<<rmiss<<", 丢失 = "<<PacketNum-rmiss<<"("<<(PacketNum-rmiss)*100/PacketNum<<"% 丢失)"<<endl;
}
else
{
cout<<endl<<inet_ntoa(DestAddr.sin_addr)<<"的ping统计信息："<<endl;
cout<<" 数据包：已发送 = "<<smiss<<", 已接收 = "<<rmiss<<", 丢失 = "<<PacketNum-rmiss<<"("<<(PacketNum-rmiss)*100/PacketNum<<"% 丢失)"<<endl;
}
}
char a[200];
void PingInput(int &argc,char *argv[])
{
int i=0,j=0;
memset(a,'\0',sizeof(a));
gets(a);
while(a[i])
{
if(a[i]==' ')
{
while(a[++i]==' '&&a[i]);
}
if(a[i]!=' ')
{
argv[j++]=&a[i];
while(a[++i]!=' '&&a[i]);
}
a[i++]='\0';
}
argc=j;
return ;
}
int main()
{
UserHelp();
while(1)
{
int argc;
char* argv[20];
cout<<">";
Init_Ping();
PingInput(argc,argv);
GetArgments(argc, argv);
if(InputTrue)
continue;
if(!lpdest)
{
cout<<"没有指定目的地址,请重新输入!!!"<<endl;
continue;
}
PingTest(1000);
Sleep(1000);
FreeRes();
}
return 0;
}程序运行测试：
测试路由功能：
测试路由和ping功能：
补充：部分网络环境可能禁止 记录路由功能，同时，我们的程序是 基于Visual C++ 6.0开发环境的，其他开发环境需要做相应头文件包括的更改；程序的运行 需要提供 "管理员权限" ；否则会报 1013 的错误。
//写的不好的话，还请大家多给点建议。