Winsock网络编程—ping命令的简单实现
前言
先声明 博主实现的是Windows平台的ping命令的简单实现，没有做域名解析，只能直接ping ip。我们要实现ping 肯定得先知道ping的实现原理，ping 发送的 ICMP报文。实际上的落脚点 就是对 ICMP协议和IP协议 结构的学习 以及 如何使用Winsock API 来实现ICMP报文的组包和解包。需要使用wireshark 抓包软件 配合学习，这样可以验证你分析的对不对。
网络协议基础知识
ip协议结构图：
- ping 中有显示 TTL 值，这个就是从ip头部中取得。
- ip头部的长度是从 IHL 中的值。
icmp协议结构图：
类型和代码字段 所有情况如下，我们主要用的是 请求回显 和 回显应答
字节序问题
只有当 数据类型长度超过1个字节是 才会出现字节序问题。
网络传输的字节序和本地存储的字节序 有可能是一样 也有可能不一样。
网络字节序 是大端对齐模式（低地址 放高字节，高地址 放低字节）。
本地字节序 就要分CPU架构了，一般小型计算机 都是小端对齐模式（低地址 放低字节，高地址 放高字节）。
Winsock api 函数
完成 icmp报文的发送和接受 使用的api 函数有：
- setsockopt
https://docs.microsoft.com/en-us/windows/desktop/api/winsock2/nf-winsock2-setsockopt
int WSAAPI setsockopt(
SOCKET s,
int level, // 选项级别
int optname, // 选项名
const char *optval, // 选项值
int optlen // 选项的长度
);
- sendto
https://docs.microsoft.com/en-us/windows/desktop/api/winsock2/nf-winsock2-sendto
int WSAAPI sendto(
SOCKET s,
const char *buf,
int len,
int flags, // 调用模式flag
const sockaddr *to,
int tolen
);
- recvfrom
https://docs.microsoft.com/en-us/windows/desktop/api/winsock/nf-winsock-recvfrom
int recvfrom(
SOCKET s,
char *buf,
int len,
int flags,
sockaddr *from, // 写出参数，为源地址
int *fromlen
);
- u_short ntohs(u_short hostshort); 网络字节序 转本地字节序
实现效果
先看下效果 再说
和 wireshark 抓包数据对比
实现代码
一次ICMP 报文请求的核心代码
int ping(char *szDestIp)
{
//printf("destIp = %s\n",szDestIp);
int bRet = 1;
WSADATA wsaData;
int nTimeOut = 1000;//1s
char szBuff[ICMP_HEADER_SIZE + 32] = { 0 };
icmp_header *pIcmp = (icmp_header *)szBuff;
char icmp_data[32] = { 0 };
WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);
// 创建原始套接字
SOCKET s = socket(PF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
// 设置接收超时
setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char const*)&nTimeOut, sizeof(nTimeOut));
// 设置目的地址
sockaddr_in dest_addr;
dest_addr.sin_family = AF_INET;
dest_addr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(szDestIp);
dest_addr.sin_port = htons(0);
// 构造ICMP封包
pIcmp->icmp_type = ICMP_ECHO_REQUEST;
pIcmp->icmp_code = 0;
pIcmp->icmp_id = (USHORT)::GetCurrentProcessId();
pIcmp->icmp_sequence = 0;
pIcmp->icmp_checksum = 0;
// 填充数据，可以任意
memcpy((szBuff + ICMP_HEADER_SIZE), "abcdefghijklmnopqrstuvwabcdefghi", 32);
// 计算校验和
pIcmp->icmp_checksum = chsum((struct icmp_header *)szBuff, sizeof(szBuff));
sockaddr_in from_addr;
char szRecvBuff[1024];
int nLen = sizeof(from_addr);
int ret,flag = 0;
DWORD start = GetTickCount();
ret = sendto(s, szBuff, sizeof(szBuff), 0, (SOCKADDR *)&dest_addr, sizeof(SOCKADDR));
//printf("ret = %d ,errorCode:%d\n",ret ,WSAGetLastError() );
int i = 0;
//这里一定要用while循环，因为recvfrom 会接受到很多报文，包括 发送出去的报文也会被收到！ 不信你可以用 wireshark 抓包查看，这个问题纠结来了一晚上 才猜想出来！
while(1){
if(i++ > 5){// icmp报文 如果到不了目标主机，是不会返回报文，多尝试几次接受数据，如果都没收到 即请求失败
flag = 1;
break;
}
memset(szRecvBuff,0,1024);
//printf("errorCode1:%d\n",WSAGetLastError() );
int ret = recvfrom(s, szRecvBuff, MAXBYTE, 0, (SOCKADDR *)&from_addr, &nLen);
//printf("errorCode2:%d\n",WSAGetLastError() );
//printf("ret=%d,%s\n",ret,inet_ntoa(from_addr.sin_addr)) ;
//接受到 目标ip的 报文
if( strcmp(inet_ntoa(from_addr.sin_addr),szDestIp) == 0) {
respNum++;
break;
}
}
DWORD end = GetTickCount();
DWORD time = end -start;
if(flag){
printf("请求超时。\n");
return bRet;
}
sumTime += time;
if( minTime > time){
minTime = time;
}
if( maxTime < time){
maxTime = time;
}
// Windows的原始套接字 开发，系统没有去掉IP协议头，需要程序自己处理。
// ip头部的第一个字节（只有1个字节不涉及大小端问题），前4位 表示 ip协议版本号，后4位 表示IP 头部长度(单位为4字节)
char ipInfo = szRecvBuff[0];
// ipv4头部的第9个字节为TTL的值
char ttl = szRecvBuff[8];
//printf("ipInfo = %x\n",ipInfo);
int ipVer = ipInfo >> 4;
int ipHeadLen = ((char)( ipInfo << 4) >> 4) * 4;
if( ipVer == 4) {
//ipv4
//printf("ipv4 len = %d\n",ipHeadLen);
// 跨过ip协议头，得到ICMP协议头的位置，不过是网络字节序。
// 网络字节序 是大端模式 低地址 高位字节 高地址 低位字节。-> 转换为 本地字节序 小端模式 高地址高字节 低地址低字节
icmp_header* icmp_rep = (icmp_header*)(szRecvBuff + ipHeadLen);
//由于校验和是 2个字节 涉及大小端问题，需要转换字节序
unsigned short checksum_host = ntohs(icmp_rep->icmp_checksum);// 转主机字节序 和wireshark 抓取的报文做比较
//printf("type = %d ，checksum_host = %x\n",icmp_rep,checksum_host);
if(icmp_rep->icmp_type == 0){ //回显应答报文
//来自 61.135.169.121 的回复: 字节=32 时间=1ms TTL=57
printf("来自 %s 的回复：字节=32 时间=%2dms TTL=%d checksum=0x%x \n", szDestIp, time, ttl, checksum_host);
} else{
bRet = 0;
printf("请求超时。type = %d\n",icmp_rep->icmp_type);
}
}else{
// ipv6 icmpv6 和 icmpv4 不一样，要做对应的处理
//printf("ipv6 len = %d\n",ipLen);
}
return bRet;
}
代码下载
就一个C文件 可以用IDE打开运行，需要链接 ws2_32.lib 库。博主用的devc++，完整工程代码下载，或者Github最新代码。