帧中继环境下Ping的实现　

一. ICMP协议和Ping 命令

　　为了让互联网中的路由器报告错误或提供有关意外情况的信息，TCP/IP中加入了一个特殊用途的报文机制。这个机制叫做Internet控制报文协议ICMP(Internet Control Message Protocol)，它是IP的一部分，并在每个IP实现中必须有它。最初的设计虽然是为了允许路由器向主机报告投递出错的原因，但是ICMP并没有限制仅在路由器上使用。尽管限制某些ICMP报文的使用，但是任一台机器可以向任何其他机器发送ICMP报文。因此，主机可以使用ICMP与路由器或另一台主机通信。
　　当一台主机创建了一个I P 数据报时，主机会产生一个覆盖整个头部的校验和。无论何时收到一个数据报，校验和都被用于验证头部是否无损地到达。为了验证校验和，计算机对接收到的数据报的整个头部（包括校验和域）重新计算校验和。如果I P 头部中的某一位在传输过程中被破坏，则计算出的校验和不为零。当改变头部中的域时（例如将生存时间TIME TO LIVE 域递减），路由器必须在转发该数据报前，重新计算校验和。
　　发现校验和错时的处理非常简单：数据报必须立即丢弃，而不作进一步的处理。接收者不能相信数据包头部中的任何域，因为接收者不知道哪一位被改变了。甚至也不能发一个出错消息给发送者，因为接收者不能相信包头中的源地址。同样，接收者也不能转发被损坏的数据包，因为它也不能相信包头中的目的地址。因此，接收者除了将被损坏的数据包丢弃外别无选择。
　　ICMP报文是放在一个IP数据报的数据部分中通过互联网的。ICMP报文的最终目的不是一个应用程序或是目的机器上的用户，而是该机上处理它的Internet协议软件模块。总之，ICMP在两台机器上的Internet协议软件之间提供了通信。
ICMP中的回送请求（echo request）和回送应答（echo reply）报文为网络管理者或用户提供了一个识别网络问题的调试工具。主机或路由器向指定目的站发送ICMP回送请求报文，任何收到回送请求的机器形成回送应答并把它返回最初的发送者。回送请求包含一个可选数据区；应答包含了在请求中所发送数据的一个拷贝。回送请求及其关联的应答可用来测试目的站是否可达和是否响应。因为请求和应答都是在IP数据报中传送的，所以应答的成功接收就证实传送系统的主要部分是正常的。
　　在许多系统上，用户所使用的发送ICMP回送请求的命令叫做Ping。较复杂的Ping的发送一系列ICMP回送请求，捕获响应并提供丢失数据报的统计。不太复杂的版本仅仅发送一个ICMP回送请求并等待应答。

二. IP和ICMP报文格式

　　ICMP回送请求和回送应答报文格式如下：
　　
　　IP报文格式如下：
　　　

　　程序中利用函数CheckSum()来计算和验证IP的首部校验和以及ICMP的校验和。将要计算校验和的数据部分看作为一个16位的整数序列，并定义校验和是数据中所有16位整数的和的二进制反码。在函数CheckSum()中使用了32位（长）算法来累加得到一个和，然后通过向这个整数和中增加所有进位位的方法，将结果折合成一个16位的值。最后，CheckSum()返回结果的反码。注意，每次调用CheckSum()计算校验和之前，要先将校验和域清空，再计算赋值。

三. 程序思路

　　该实验的实现是在只是前面提到的ARP/InARP的基础上增加了对Ping的处理，仍然采用多线程结构，实现互斥操作。
　　在主线程中，增加了用户可以使用Ping命令，并做出相应处理。写线程仍然是从数据包队列中取出一个数据包，并在写事件到来时将其发送出去。 读线程在读取一个数据包后判断其包类型时，增加了对ICMP回送请求和回送应答的处理。

四. 主要的数据结构

　　Ping的实现是ARP/InARP实现的基础上增加了以下一些数据结构：
　　struct S_PING_PKT
　　
　　// 定义了Ping报文的格式，包括帧中继报文头，
　　// IP数据报头，ICMP报文格式；
　　/
　　{
　　　　　//FrameRelay head
　　　　　unsigned char frameHead[2];

　　　　　// IP head
　　　　　unsigned char ip_ver; // 0x45
　　　　　unsigned char ip_tos; // 0
　　　　　unsigned short ip_tl; // 0x0020
　　　　　unsigned short ip_id;
　　　　　unsigned short ip_ffo; // 0x0000
　　　　　unsigned char ip_ttl; // 32
　　　　　unsigned char ip_pro; // 1

　　　　　unsigned short ip_chk;
　　　　　unsigned char ip_sip[4];
　　　　　unsigned char ip_tip[4];

　　　　　// ICMP head
　　　　　unsigned char type; // 8=echo request 0=Echo reply
　　　　　unsigned char code; // 0
　　　　　unsigned short chk;
　　　　　unsigned short id;
　　　　　unsigned short seq;

　　　　　//可选数据
　　　　　unsigned char data[32];
　　};

　　struct S_pingState； //用于记录发送出去的Ping报文的状态信息，包括Ping的目的IP地址，该报文是否已发送，是否已经接收到应答；

六. 程序结构与主要流程

　　（1） 主线程: 接收用户输入，在用户使用Ping命令时，将用户输入的目的IP地址存放到S_pingState结构中去，调用函数SendPing()
　　函数SendPing()实现如下:

　　（2） 读线程

函数handlePingRequest()：
　　生成一个相应的回送请求，并暂存到待发送数据队列中

函数handlePingReply()：
　　根据收到的应答的序列号，将相应的S_pingState中的已接收标志置为1

七．程序中其他一些处理

　　1. 并发控制：由于本程序是一个多线程的程序，多个线程运行时是共享代码和数据的。如果不对这种共享作一些控制的话肯定会出现不可预料的结果。本程序对并发的处理采用 MFC 中的并发锁机制，由于线程会共享的数据被封装在两个类里面(C_QUEUE_INFO和C_DLCI_INFO),线程操作数据都是通过这两个类的实例进行的，所以只要在两个类的代码里实现并发锁就可以了。
　　2. 需要特别注意的是数据链路帧的帧头不是固定的，有的情况下（发送配置类原语）是8个字节，真正发送数据的时候是2个字节。
　　3. 协议中对数字的处理可能会和大家最初设想的很不一样。譬如主机的IP地址，大家很可能会认为是和标准Socket里面那样是一个以网络字节序存储的结构体来表示的，结果经过分析发现不是，而是用了四个字节，每个字节存储相应的点分十进制数字。如 100.1.1.1 在协议数据包中是这样构成的：[100] [1] [1] [1],其中[ ]表示一个字节。
　　4. 校验和的处理也很奇怪。传输时也不是采用网络字节序,而是采用了位串的方式。

参考资料:

RFC791, J. Postel. Internet Protocol, Sep-01-1981.
RFC826, D.C. Plummer. Ethernet Address Resolution Protocol, Nov-01-1982.
RFC1293, T. Bradley, C. Brown， Inverse Address Resolution Protocol. January 1992.
RFC1294, T. Bradley, C.Brown, A. Malis. Multiprotocol Interconnect over Frame Relay. January 1992.
CCITT X.36

附录：

A. 帧中继的一些原语

　　#define DL_DATA_IND 4
　　#define DL_DATA_REQ 4
　　/*
　　ID (04)
　　DSAP
　　USER_DATA
　　*/
　　#define NUM_DL_PARA 12
　　#define DL_PARA_REQ 7
　　#define DL_PARA_IND 7
　　/*
　　ID (07)
　　DSAP
　　..........
　　**********
　　PARA
　　VALUE_LOW
　　VALUE_HIGH
　　**********
　　..........
　　*/
　　/* ------------PARA TABLE--------------
　　PAR 1: CONFIG
　　　　BIT 0: 1-ON,0-OFF
　　　　BIT 1: 1-LMI:Q.933 Annex A, 0-LMI:NONE
　　PAR 2: FIRST_DLCI
　　PAR 3: NUM_DLCI
　　PAR 4: NUM_PVC
　　PAR 5: N203
　　PAR 6: N391
　　PAR 7: N392
　　PAR 8: N393
　　PAR 9: T391
　　PAR 10: T392
　　PAR 11: BAUD RATE
　　　　0---XXX
　　　　1---XXX
　　　　2---XXX
　　　　3---75
　　　　4---150
　　　　5---300
　　　　6---600
　　　　7---1200
　　　　8---2400
　　　　9---4800
　　　　10---9600
　　　　11---19200
　　　　12---48000
　　　　13---64000
　　　　14---128000
　　　　15---256000
　　PAR 12:CLOCK 1-INTER; 0-EXTERN */

　　CONFIG： 3--使用Q.933协议中附件A的链路管理协议 （缺省值）
　　　　　　　1--不使用上述链路管理协议
　　DLCI NUM： 永久虚电路的个数
　　FIRST DLCI： 第一条永久虚电路的DLCI编号，缺省为16
　　N391： 完全状态(所有PVC状态)轮询计数器
　　N392： 差错/恢复计数器(N392应小于或等于N393)。
　　N393： 事件监测计数器(如果N393置为一个比N391小很多的值, 则链路可能在差错和无差错状态之间切换而未能被DTE或网络觉察)。
　　T391： 链路完整性校验轮询计时器
　　T392： 轮询校验计时器

　　#define DL_WIND_IND 8
　　/*
　　ID (08)
　　DSAP
　　WIND_SIZE
　　*/

　　#define DL_PERMIT_REQ 9
　　/*
　　ID (09)
　　DSAP
　　PERMIT_SIZE
　　*/

　　#define DL_STATE_IND 10
　　/*
　　ID (10)
　　DSAP (0)
　　STATE
　　**********
　　DSAP
　　DLCI_LOW
　　DLCI_HIGH
　　STATE : 0---NOT READY 1---READY
　　**********
　　*/

B. 物理层原语

　　VL3-X25规程控制卡向高层提供了按X.211建议设计的网络服务原语。当VL3-X25规程控制卡设置成物理模式时可以使用这些原语。VL3规程控制卡原语用VL3规程控制卡驱动程序作为数据块发送和接收。用户把每个原语看成一个数据块，交给VL3规程控制卡驱动程序，VL3规程控制卡控制卡驱动程序也把原语以数据块的形式交给用户。

　　PH_ACT_REQ激活请求、PH_ACT_IND激活指示
　　格式
　　　　ID 　(01)
　　说明
　　　　PH_ACT_REQ用于激活物理链路，PH_ACT_IND用于指示物理链路已激活。
PH_DEACT_REQ撤消请求、PH_DEACT_IND撤消指示
　　格式
　　　　ID　　(02)
　　说明
PH_DEACT_REQ用于撤消已激活的物理链路、PH_DEACT_IND用于指示物理链路已撤消。
　　PH_DATA_REQ数据请求、PH_DATA_IND数据指示
　　格式
　　　　ID 　(03)
　　　　USER_DATA
　　说明
　　　　PH_DATA_REQ用于发数据，PH_DATA_IND用于指示收到的数据。
　　 PH_PARA_REQ参数请求、PH_PARA_IND参数指示
　　格式
　　　　ID 　　(04)
　　　　.....................
　　　　*********************
　　　　PARA
　　　　VALUE_LOW
　　　　VALUE_HIGH
　　　　*********************
　　　　.....................
　　说明
　　　　PH_PARA_REQ用于设置或读出参数。当原语没有参数字段时从VL3规程控制卡中读出参数。否则设置新的参数值。参数的编号和意义如下表。