相信大家一定遇到过上不了网的情形，都知道用个ping命令。这不小王就是这样的女孩，老是上不了网，老是找我，我就先ping一下，逐步找找问题在哪儿，有的放矢，不至于盲目抓瞎(说心里话，我真不愿意帮小王弄，每次弄好了，她就和那个叫寒烟的Q友，使劲聊天，唉，心里哇凉啊.)都说实践是最好的老师，小王不和老师我聊天，说明我这个老师没做好，没关系，我有技术我怕谁，抓住小王的心，我还是有把握的。不知谁问：刀是什么样的刀，朱锈断环刀；剑是什么样的剑，流光翠月剑！不要问我为啥这大反差，没办法，谁叫小王喜欢呢。唉，不说了，小王把眨巴着眼催我快点呢.

好，今天就给大家讲讲有关linux下ping程序的实现，以后谁再找我修网，对不起，该不奉陪，我只为小王，嘿嘿。

先来说说ping程序的原理吧，其实挺简单，就是一个主机系统向另外一个主机系统说：I love you(ICMP报文)，然后那个主机如果相信你或者说想和你通信，和你心知心，那它就把收到的I love you(ICMP)报文原样返回.好嘛,源主机收到这个回应后，就happy了，因为对方是和自己心连心的。如果对方没有收到这个消息，或者对你不感冒，不愿意理你，不回你这个报文，或者说些不知云是云雾是雾的话，对不起啦，感情是两个人的事情哦.

要想深刻了解，需有入目三分的实力，这个ping也一样，咱们先来看看它采用的TCP/IP协议，我刚说了，它发送的是ICMP回显请求，回答的是回显应答报文。谈起这个ICMP(Internet Control Message,网际控制报文协议)是为网关和目标主机而提供的一种差错控制机制，使它们在遇到差错时能把错误报告给报文源发方.是IP层的一个协议。但是由于差错报告在发送给报文源发方时可能也要经过若干子网，因此牵涉到路由选择等问题，所以ICMP报文需通过IP协议来发送。ICMP数据报的数据发送前需要两级封装：首先添加ICMP报头形成ICMP报文，再添加IP报头形成IP数据报。如下图所示：

IP报头

ICMP报头

ICMP数据报

由于IP层协议是一种点对点的协议，而非端对端的协议，它提供无连接的数据报服务，没有端口的概念，因此很少使用bind()和connect()函数，若有使用也只是用于设置IP地址。发送数据使用sendto()函数，接收数据使用recvfrom()函数。

TCP/IP的经典大作《TCP/IP协议详解.卷一》清晰的告诉我，IP报头格式如下：

详细的，小王那懒的人都知道翻翻上面提到的书，我也就不详细介绍了，我这里给出linux中的数据结构实现：

structip

{ #if__BYTE_ORDER ==

__LITTLE_ENDIANunsignedintip_hl:4;/* header length */unsignedintip_v:4;/* version */#endif #if__BYTE_ORDER == __BIG_ENDIANunsignedintip_v:4;/* version */unsignedintip_hl:4;/* header length */#endif     u_int8_t ip_tos;/* type of service */u_short ip_len;/* total length */u_short ip_id;/* identification */u_short ip_off;/* fragment offset field */#define IP_RF 0x8000/* reserved fragment flag */#define IP_DF 0x4000/* dont fragment flag */#define IP_MF 0x2000/* more fragments flag */#define IP_OFFMASK 0x1fff/* mask for fragmenting bits */u_int8_t ip_ttl;/* time to live */u_int8_t ip_p;/* protocol */u_short ip_sum;/* checksum */structin_addr ip_src, ip_dst;/* source and dest address */};

别看这多，其实ping程序用到的没几个：

(1)IP报头长度IHL(Internet

Header Length)以4字节为一个单位来记录IP报头的长度，是上述IP数据结构的ip_hl变量。

(2)生存时间TTL(Time

To Live)以秒为单位，指出IP数据报能在网络上停留的最长时间，其值由发送方设定，并在经过路由的每一个节点时减一，当该值为０时，数据报将被丢弃，是上述IP数据结构的ip_ttl变量。ICMP报文分为两种：查询报文和差错报文。每个ICMP报头均包含类型、编码和校验和这三项内容，其余选项则随ICMP的功能不同而不同。ICMP报文格式如下：

Ping命令只使用众多ICMP报文中的两种："请求回送'(ICMP_ECHO)和"请求回应'(ICMP_ECHOREPLY)。在Linux中定义如下：

#define ICMP_ECHO   0 #define ICMP_ECHOREPLY  8

在Linux中ICMP数据结构()定义如下：

linux中ICMP数据结构

Ping命令中需要显示的信息，包括icmp_seq和ttl都已有实现的办法，但还缺rtt往返时间。为了实现这一功能，可利用ICMP数据报携带一个时间戳。使用以下函数生成时间戳：

#includeintgettimeofday(structtimeval *tp,void*tzp)其中timeval结构如下：structtimeval{longtv_sec;longtv_usec; }

在发送和接收报文时由gettimeofday分别生成两个timeval结构，两者之差即为往返时间,即

ICMP报文发送与接收的时间差，而timeval结构由ICMP数据报携带,

tzp指针表示时区，一般都不使用，赋NULL值。系统自带的ping命令当它接送完所有ICMP报文后，会对所有发送和所有接收的ICMP报文进行统计，从而计算ICMP报文丢失的比率。为达此目的，定义两个全局变量：接收计数器和发送计数器，用于记录ICMP报文接受和发送数目。丢失数目=发送总数-接收总数，丢失比率=丢失数目/发送总数。现给出模拟Ping程序功能的代码如下：

必要的头文件,宏定义和函数说明

voidstatistics(intsigno) {printf("\n--------------------PING

statistics-------------------\n");printf("%d packets transmitted, %d received , %d%%  lost\n",

nsend,nreceived,(nsend-nreceived)/nsend*100);close(sockfd);exit(1); }/*校验和算法*/unsignedshortcal_chksum(unsignedshort*addr,intlen) {intnleft=len;intsum=0;unsignedshort*w=addr;unsignedshortanswer=0;/*把ICMP报头二进制数据以2字节为单位累加起来*/while(nleft>1)         {       sum+=*w++;                 nleft-=2;         }/*若ICMP报头为奇数个字节，会剩下最后一字节。把最后一个字节视为一个2字节数据的高

//字节，这个2字节数据的低字节为0，继续累加*/if( nleft==1)         {       *(unsignedchar*)(&answer)=*(unsignedchar*)w;                 sum+=answer;         }

sum=(sum>>16)+(sum&0xffff);         sum+=(sum>>16);         answer=~sum;returnanswer; }/*设置ICMP报头*/intpack(intpack_no) {inti,packsize;structicmp *icmp;structtimeval *tval;          icmp=(structicmp*)sendpacket;         icmp->icmp_type=ICMP_ECHO;         icmp->icmp_code=0;         icmp->icmp_cksum=0;         icmp->icmp_seq=pack_no;         icmp->icmp_id=pid;         packsize=8+datalen;         tval= (structtimeval *)icmp->icmp_data;         gettimeofday(tval,NULL);/*记录发送时间*/icmp->icmp_cksum=cal_chksum( (unsignedshort*)icmp,packsize);/*校验算法*/returnpacksize; }/*发送三个ICMP报文*/voidsend_packet() {intpacketsize;while( nsend发送MAX_NO_PACKETS个ICMP报文

{

nsend++;                 packetsize=pack(nsend);/*设置ICMP报头*///sendpacket为要发送的内容，由pack()函数设定，dest_addr是目的地址，

if( sendto(sockfd,sendpacket,packetsize,0,                           (structsockaddr *)&dest_addr,sizeof(dest_addr) )<0  )                 {       perror("sendto error");continue;                 }                 sleep(1);/*每隔一秒发送一个ICMP报文*/} }/*接收所有ICMP报文*/voidrecv_packet() {intn,fromlen;externinterrno;signal(SIGALRM,statistics);         fromlen=sizeof(from);while( nreceived

//alarm()用来设置信号SIGALRM在经过参数seconds指定的秒数后传送给目前的进程

alarm(MAX_WAIT_TIME);if( (n=recvfrom(sockfd,recvpacket,sizeof(recvpacket),0,                                 (structsockaddr *)&from,&fromlen))

<0)                 {if(errno==EINTR)continue;                         perror("recvfrom error");continue;                 }

gettimeofday(&tvrecv,NULL);/*记录接收时间*/if(unpack(recvpacket,n)==-1)continue;                 nreceived++;         }

}/*剥去ICMP报头*/intunpack(char*buf,intlen) {inti,iphdrlen;structip *ip;structicmp *icmp;structtimeval *tvsend;doublertt;          ip=(structip *)buf;//求ip报头长度,即ip报头的长度标志乘4,头长度指明头中包含的4字节字的个数。可接受

//的最小值是5，最大值是15

iphdrlen=ip->ip_hl<<2;             icmp=(structicmp *)(buf+iphdrlen);/*越过ip报头,指向ICMP报头*/len-=iphdrlen;/*ICMP报头及ICMP数据报的总长度*/if( len<8)/*小于ICMP报头长度则不合理*/{printf("ICMP packets\'s length is less than 8\n");return-1;

}/*确保所接收的是我所发的的ICMP的回应*/if(

(icmp->icmp_type==ICMP_ECHOREPLY) && (icmp->icmp_id==pid)

)         {       tvsend=(structtimeval *)icmp->icmp_data;

tv_sub(&tvrecv,tvsend);/*接收和发送的时间差*/rtt=tvrecv.tv_sec*1000+tvrecv.tv_usec/1000;/*以毫秒为单位计算rtt*//*显示相关信息*/printf("%d byte from %s: icmp_seq=%u ttl=%d

rtt=%.3f ms\n",

len,inet_ntoa(from.sin_addr),icmp->icmp_seq,ip->ip_ttl,rtt);         }elsereturn-1; }

int main(intargc,char*argv[]) {structhostent *host;structprotoent *protocol;unsignedlonginaddr=0l;intwaittime=MAX_WAIT_TIME;    //#define MAX_WAIT_TIME   5

intsize=50*1024;if(argc<2)         {printf("usage:%s hostname/IP address\n",argv[0]);exit(1);

}//getprotobyname("icmp")返回对应于给定协议名的包含名字和协议号的protoent结构指针。if( (protocol=getprotobyname("icmp") )==NULL)         {       perror("getprotobyname");exit(1);

}/*生成使用ICMP的原始套接字,这种套接字只有root才能生成*/if( (sockfd=socket(AF_INET,SOCK_RAW,protocol->p_proto)

)<0)         {       perror("socket error");exit(1);

}/*回收root权限,设置当前用户权限*/setuid(getuid());/*扩大套接字接收缓冲区到50K这样做主要为了减小接收缓冲区溢出的的可能性,若无意中ping一个广播地址或多播地址,将会引来大量应答*/setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_RCVBUF,&size,sizeof(size) );         bzero(&dest_addr,sizeof(dest_addr));         dest_addr.sin_family=AF_INET;/*判断是主机名还是ip地址*/if(

inaddr=inet_addr(argv[1])==INADDR_NONE)         {if((host=gethostbyname(argv[1]) )==NULL)/*是主机名*/{       perror("gethostbyname error");exit(1);                 }                 memcpy( (char*)&dest_addr.sin_addr,host->h_addr,host->h_length);         }else/*是ip地址*/dest_addr.sin_addr.s_addr =

inet_addr(argv[1]);

/*获取main的进程id,用于设置ICMP的标志符*/pid=getpid();printf("PING %s(%s): %d bytes data in ICMP

packets.\n",argv[1],

inet_ntoa(dest_addr.sin_addr),datalen);         send_packet();/*发送所有ICMP报文*/recv_packet();/*接收所有ICMP报文*/statistics(SIGALRM);/*进行统计*/return0; }/*两个timeval结构相减*/voidtv_sub(structtimeval *out,structtimeval *in) {if( (out->tv_usec-=in->tv_usec)<0)         {       --out->tv_sec;

out->tv_usec+=1000000;

}         out->tv_sec-=in->tv_sec;

}

好了，编译，运行。按照正常的ping程序运行(当然了，这个程序还是很简单，目前为止还不支持环回地址127.0.0.1)。结果告诉我，小王微微的笑了(调皮的很，还不想让我看见)，我也就开心了..