基于LINUX实现ping发送与接收

news2024/9/9 7:45:25

作用

Linux ping 命令用于检测主机：执行 ping 会使用 ICMP 传输协议，发出要求回应的信息，若远端主机的网络功能没有问题，就会回应该信息，因而得知该主机运作正常。

基础使用

  1. #ping 192.168.1.1//ping 主机ip
  2. #ping -c 2 www.runoob.com//收到两次包后，自动退出
  3. #ping -i 3 -s 1024 -t 255 g.cn //-i 3 发送周期为 3秒 -s 设置发送包的大小 -t 设置TTL值为 255

说明：
因为本文是偏linux ping编程，对于ping的用法介绍的很简单，关于详细的ping的介绍与使用，还请自行补充学习。

正文开始

  1. 先注册一个信号（虽然对于本文没什么关系，但是想增加下信号量的练习）:
#include <signal.h>
typedef void (*sighandler)(int); 
/*注册一个signal*/
void handler_func(int signumber)
{
     printf("[%s][%d]------ signumber:%d--------\n",__func__,__LINE__,signumber);
}
signal(SIGINT,handler_func);
  1. ICMP协议理解：要进行PING的开发，我们首先需要知道PING的实现是基于ICMP协议来开发的。要进行PING的开发，我们首先需要知道PING的实现是基于ICMP协议来开发的。

报文格式
在这里插入图片描述
图形格式
在这里插入图片描述
对比着看，ICMP报文的种类有两种，即ICMP差错报告报文和ICMP询问报文。PING程序使用的ICMP报文种类为ICMP询问报文。注意一下上面说到的ICMP报文格式中的“类型”字段，我们在组包的时候可以向该字段填写不同的值来标定该ICMP报文的类型。下面列出的是几种常用的ICMP报文类型：
在这里插入图片描述
每个字段的字节大小如下：
在这里插入图片描述
3. ICMP包的组装

 void combin_Internet_contrl_message_protocol(struct icmp* message,int seq,int lenth)
{
      int i = 0;
    message->icmp_type = ICMP_ECHO;
    message->icmp_code = 0;
    message->icmp_cksum = 0;
    message->icmp_seq = seq;
    message->icmp_id = pid & 0xffff;

    message->icmp_cksum = check_sum((unsigned short*)message, lenth);
    printf("-----icmp_type:%d-------\n",message->icmp_type);
    printf("-----icmp_code:%d-------\n",message->icmp_code);
    printf("-----check_sum:%#X-------\n",message->icmp_cksum);
    printf("-----icmp_seq:%d-------\n",message->icmp_seq);
    printf("-----icmp_id:%d-------\n",message->icmp_id);

    printf("-----icmp_data[1]:%d-------\n",message->icmp_data[1]);
    printf("-----icmp_data[2]:%d-------\n",message->icmp_data[2]);
    printf("-----icmp_data[3]:%d-------\n",message->icmp_data[3]);
    printf("-----icmp_data[4]:%d-------\n",message->icmp_data[4]);
    printf("-----icmp_data[63]:%d-------\n",message->icmp_data[63]);
}

icmp_cksum 必须先填写为0再执行校验和算法计算，否则ping时对方主机会因为校验和计算错误而丢弃请求包，导致ping的失败。
在代码中我们看到了校验和check_sum，算法的基本思路:

采用的都是将数据流视为16位整数流进行重复叠加计算。为了计算检验和，首先把检验和字段置为0。然后，对有效数据范围内中每个16位进行二进制反码求和，结果存在检验和字段中，如果数据长度为奇数则补一字节0。当收到数据后，同样对有效数据范围中每个16位数进行二进制反码的求和。由于接收方在计算过程中包含了发送方存在首部中的检验和，因此，如果首部在传输过程中没有发生任何差错，那么接收方计算的结果应该为全0或全1(具体看实现了,本质一样)如果结果不是全0或全1，那么表示数据错误。

具体算法如下：

int check_sum(unsigned short *buf, int sz)
{
    int nleft = sz;
    int sum = 0;
    unsigned short *w = buf;
    unsigned short ans = 0;

    while (nleft > 1) {
        sum += *w++;
        nleft -= 2;
    }

    if (nleft == 1) {
        *(unsigned char *) (&ans) = *(unsigned char *) w;
        sum += ans;
    }

    sum = (sum >> 16) + (sum & 0xFFFF);
    sum += (sum >> 16);
    ans = ~sum;
    
    return (ans);
}
  1. ICMP包的解包：知道怎么封装包，那解包就也不难了，注意的是，收到一个ICMP包，我们不要就认为这个包就是我们发出去的ICMP回送回答包，我们需要加一层代码来判断该ICMP报文的id和seq字段是否符合我们发送的ICMP报文的设置，来验证ICMP回复包的正确性。
  int analyse_Internet_contrl_message_protocol(char* buf,int len)
{
    int iphdr_len;
    struct ip* ip_hdr = (struct ip *)buf;
    iphdr_len = ip_hdr->ip_hl*4;
    struct icmp* icmp = (struct icmp*)(buf+iphdr_len);
    len-=iphdr_len;  //icmp包长度
    /*判断date长度是否为0,因为还有八字节的header*/
    if(len < 8)  
    {
        printf("---- data len is null\n----");
        return -1;
    }

    if(icmp->icmp_type !=  ICMP_ECHOREPLY)
    {
        printf("--------------回复的不是reply-----------\n");
        return -1;
    }
    /*判断包的序列号是否合理*/
    if((icmp->icmp_seq < 0))
    {
        printf("------icmp packet seq is out of range!----------\n");
        return -1;
    }

    /*判断该包是ICMP回送回答包且该包是我们发出去的*/
    if(icmp->icmp_id == (pid & 0xffff))
    {
          printf("-----------getpid:%d---------\n",pid);
    }
    else
    {
        return -1;
    }

    return 1;
}
  1. 说明，因为代码中添加了信号量，所以ctrl+c不可以终止程序运行，需要用ctrl+\来终止

整体代码

#include <netdb.h>
#include<netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <signal.h>
#include <sys/time.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <net/if.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/ether.h>
#include <netpacket/packet.h>
#include <netdb.h>
#include <errno.h>
#include <netinet/ip_icmp.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

typedef void (*sighandler)(int); 

    int fd = 0;
    int pid;
    int size = 1024*128;
    struct protoent * ret;   
    struct sockaddr_in des;
    unsigned int inaddr; 
    struct icmp * send_buf;
    char recv_buf[512];
    unsigned int SEQ = 0 ;

int check_sum(unsigned short *buf, int sz)
{
    int nleft = sz;
    int sum = 0;
    unsigned short *w = buf;
    unsigned short ans = 0;

    while (nleft > 1) {
        sum += *w++;
        nleft -= 2;
    }

    if (nleft == 1) {
        *(unsigned char *) (&ans) = *(unsigned char *) w;
        sum += ans;
    }

    sum = (sum >> 16) + (sum & 0xFFFF);
    sum += (sum >> 16);
    ans = ~sum;
    
    return (ans);
}

void combin_Internet_contrl_message_protocol(struct icmp* message,int seq,int lenth)
{
      int i = 0;
    message->icmp_type = ICMP_ECHO;
    message->icmp_code = 0;
    message->icmp_cksum = 0;
    message->icmp_seq = seq;
    message->icmp_id = pid & 0xffff;

    message->icmp_cksum = check_sum((unsigned short*)message, lenth);
    printf("-----icmp_type:%d-------\n",message->icmp_type);
    printf("-----icmp_code:%d-------\n",message->icmp_code);
    printf("-----check_sum:%#X-------\n",message->icmp_cksum);
    printf("-----icmp_seq:%d-------\n",message->icmp_seq);
    printf("-----icmp_id:%d-------\n",message->icmp_id);

    printf("-----icmp_data[1]:%d-------\n",message->icmp_data[1]);
    printf("-----icmp_data[2]:%d-------\n",message->icmp_data[2]);
    printf("-----icmp_data[3]:%d-------\n",message->icmp_data[3]);
    printf("-----icmp_data[4]:%d-------\n",message->icmp_data[4]);
    printf("-----icmp_data[63]:%d-------\n",message->icmp_data[63]);
}

int analyse_Internet_contrl_message_protocol(char* buf,int len)
{
    int iphdr_len;
    struct ip* ip_hdr = (struct ip *)buf;
    iphdr_len = ip_hdr->ip_hl*4;
    struct icmp* icmp = (struct icmp*)(buf+iphdr_len);
    len-=iphdr_len;  //icmp包长度
    /*判断date长度是否为0,因为还有八字节的header*/
    if(len < 8)  
    {
        printf("---- data len is null\n----");
        return -1;
    }

    if(icmp->icmp_type !=  ICMP_ECHOREPLY)
    {
        printf("--------------回复的不是reply-----------\n");
        return -1;
    }
    /*判断包的序列号是否合理*/
    if((icmp->icmp_seq < 0))
    {
        printf("------icmp packet seq is out of range!----------\n");
        return -1;
    }

    /*判断该包是ICMP回送回答包且该包是我们发出去的*/
    if(icmp->icmp_id == (pid & 0xffff))
    {
          printf("-----------getpid:%d---------\n",pid);
    }
    else
    {
        return -1;
    }

    return 1;
}

void handler_func(int signumber)
{
     printf("[%s][%d]------ signumber:%d--------\n",__func__,__LINE__,signumber);
}

int main(void)
{ 
    struct timeval tv;
    tv.tv_usec = 0;  /*设置select函数的超时时间为200us*/
    tv.tv_sec = 3;
    struct protoent *proto;
    int rev_size1 = 0 ;
    int ret;
    fd_set read_fd;
     
    /*注册一个signal*/
    signal(SIGINT,handler_func);
    proto = getprotobyname("icmp"); 
    int cnt= 0 ;
    if(proto == NULL)
    {
        printf("[%s][%d]-----------getprotobyname get is fail----\n",__func__,__LINE__);
        return;
    }
    printf("-------------proto->p_proto:%d------\n",proto->p_proto);

    /*创建socket */
    fd = socket(AF_INET,SOCK_RAW,proto->p_proto);
    if(fd < 0)
    {
        printf("[%s][%d]-----------fd is:%d,socket create is fail----\n",__func__,__LINE__,fd);
        int eno = errno;
        if(eno == 1)
        {
            /*必须使用sudo才能建立Raw socket*/
            printf("Operation not permitted!\n");
        }
        else
        {
            /*除了权限之外的错误打印*/
            printf("Cannot create socket! Error %d", eno);
        }
        return;
    }

    /*增大接收缓冲区至128K*/
    printf("-----------setsockopt---------\n");
    setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &size, sizeof(size)); 

    /*清空网络结构体*/
    bzero(&des,sizeof(des));

    /*网络结构体赋值ipv4*/
    des.sin_family = AF_INET;

    /*十进制的数转化为二进制的数,将字符串形式的IP地址转换为按网络字节顺序的整型值*/
    inaddr = inet_addr("192.168.3.1");
    printf("-----------------inet_addr结束------------\n");

    /*将需要ping的ip地址赋值到des网络结构体*/
    memcpy((char*)&des.sin_addr, &inaddr, sizeof(inaddr));
    
    /*设置监听socket*/
    FD_ZERO(&read_fd);
    FD_SET(fd, &read_fd);

    /*获取当前pid*/
    pid = getpid()&0xffff;
    printf("-----------getpid:%d---------\n",pid);
    
    /*申请内存，并赋空*/
    send_buf = malloc(64);
    if(send_buf == NULL)
    {
        free(send_buf);
        goto fail;
    }
    bzero(send_buf,sizeof(send_buf));

    while(1)
    {
    /*组包*/
    combin_Internet_contrl_message_protocol(send_buf,cnt,64);
    printf("[%s][%d]-----------------组包结束------------\n",__func__,__LINE__);

    /*sendto 函数*/
    /*或者使用ret = sendto(fd, send_buf, 64, 0, (struct sockaddr*)&des, sizeof(struct sockaddr_in));*/
    ret = sendto(fd,send_buf,64,0,(struct sockaddr *)&des,sizeof(des));
    if(ret < 0 )
    {
        printf("------------send fail ---------\n");

    }
    /*发包数++*/
    cnt++;
    /*睡眠1s*/
    sleep(1);
    
    /*接受buff赋空*/
    memset(recv_buf, 0 ,sizeof(recv_buf));
    
    /*监视socket*/
    printf("---------------正常进入----------------\n");
    ret = select(fd+1, &read_fd, NULL, NULL, &tv);
    
    switch(ret)
    {
        case 0://超时
            printf("------------超时-----------\n");
        break; 
        case -1://error
            printf("------------错误-----------\n");
        break; 
        default:
        
                    rev_size1 = recv(fd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0);
                    if(rev_size1 < 0)
                    {
                        printf("----------recv data fail!------------\n");
                        continue;//中止本次循环，重新判断循环条件，开始下一次循环
                    }
                    /*对接收的包进行解封*/
                    ret = analyse_Internet_contrl_message_protocol(recv_buf, size); 
                    /*不是属于自己的icmp包，丢弃不处理*/
                    if(ret == -1)  
                    {
                        continue;
                    }
                    printf("--------------ping success ----------\n");
    break;
    }
    }
    fail:
    close(fd);
    return 0;
}

编译与运行

代码可以直接gcc进行编译：

 gcc ping.c -o ping.o

执行：因为存在权限问题，所以要root执行

sudo ./ping.o

运行结果：
在这里插入图片描述
抓包截图：成功抓取发送与接收
在这里插入图片描述

欢迎大家一起探讨交流，不吝指教hh

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