如何编码实现Windows下的ping功能

一、数据结构

首先根据IP数据包格式（图下图）定义IP数据包头的数据结构

typedef struct tagIPHDR	// IP数据包头部
{
	u_char VIHL;		// 版本号(4)+头长度(4)
	u_char TOS;			// 服务类型(8)
	short TotLen;		// 总长度(16)
	short ID;			// 标识(16)
	short FlagOff;		// 标志(3)+片偏移(13)
	u_char TTL;			// 生存时间TTL(8)
	u_short CheckSum;	// 头部校验和(16)
	in_addr iaSrc;		// 源IP地址(32)
	in_addr iaDst;		// 目标IP地址(32)	
} IPHDR, *PIPHDR;

然后根据ICMP回送请求与应答报文格式定义ICMP的数据结构

typedef struct tagICMPHDR	// ICMP回送请求与应带ICMP报文
{
	u_char Type;		// 类型(8)
	u_char Code;		// 代码(8)
	u_short Checksum;	// 校验和(16)
	u_short ID;			// 标识符(16)
	u_short Seq;		// 序号(16)
	char Data;			// 任选数据
} ICMPHDR, *PICMPHDR;

然后分别定义请求回送的数据长度

#define REQ_DATASIZE 32

请求回送的数据结构

typedef struct tagECHOREQUEST
{
	ICMPHDR icmpHdr;
	DWORD dwTime;
	char cData[REQ_DATASIZE];
} ECHOREQUEST, *PECHOREQUEST;

ICMP回送应答的数据结构

typedef struct tagECHOREPLY
{
	IPHDR ipHdr;
	ECHOREQUEST echoRequest;
	char cFiller[256];
} ECHOREPLY, *PECHOREPLY;

二、函数实现

（1）SendEchoRequest

函数功能是发送回送请求数据包，首先定义三个静态变量

static ECHOREQUEST echoReq; // 回送请求数据结构
static nId = 1; // 标识符
static nSeq = 1; // 序号

然后填写回送请求信息

echoReq.icmpHdr.Type = ICMP_ECHOREQ; // 类型
echoReq.icmpHdr.Code = 0; // 代码
echoReq.icmpHdr.Checksum = 0; // 校验和
echoReq.icmpHdr.ID = nId++; // 标识符

echoReq.icmpHdr.Seq = nSeq++; // 序号

填写要发送的数据
for (i = 0; i < REQ_DATASIZE; i++)
{
echoReq.cData[i] = ' ' + i;
}

保存发送时间
echoReq.dwTime = GetTickCount();

数据存入包中并计算校验和
echoReq.icmpHdr.Checksum = in_chsum((u_short*)&echoReq, sizeof(ECHOREQUEST));

发送回送请求
nRet = sendto(s,
(LPSTR)&echoReq,
sizeof(ECHOREQUEST),
0,
(LPSOCKADDR)lpstToAddr,
sizeof(SOCKADDR_IN));

（2）RecvEchoReply

函数功能为接收回送应答数据

DWORD RecvEchoReply(SOCKET s, LPSOCKADDR_IN lpsaFrom, u_char *pTTL)
{
ECHOREPLY echoReply; // 回送应答数据结构
int nRet;
int nAddrLen = sizeof(sockaddr_in);
// 接受回送应答
nRet = recvfrom(s,
(LPSTR)&echoReply,
sizeof(ECHOREPLY),
0,
(LPSOCKADDR)lpsaFrom,
&nAddrLen);
// 检查返回的值
if (nRet == SOCKET_ERROR)
{
ReportError("recvfrom()");
}
*pTTL = echoReply.ipHdr.TTL; // 取得TTL值
return (echoReply.echoRequest.dwTime); // 返回所用时间
}
（3）WaitForEchoReply

函数功能：等待套接子s是否有数据可读
int WaitForEchoReply(SOCKET s)
{
timeval Timeout;
fd_set readfds;
readfds.fd_count = 1;
readfds.fd_array[0] = s;
Timeout.tv_sec = 5;
Timeout.tv_usec = 0;
return (select(1, &readfds, NULL, NULL, &Timeout));
}

（3）in_chsum

函数功能计算校验和

u_short in_chsum(u_short *addr, int len)
{
register int nLeft = len;
register u_short *w = addr;
register u_short answer;
register int sum = 0;
while (nLeft > 1)
{
sum += *w++;
nLeft -= 2;
}

if (nLeft == 1)
{
u_short u = 0;
*(u_char*)(&u) = *(u_char*)w;
sum += u;
}

sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff);
sum += (sum >> 16);
answer = ~sum;
return (answer);
}

（4）main函数的实现

第一步：定义Winsock数据结构wsaData并新建版本号1.1

第二步：调用WSAStartup初始化wsaData

第三步：调用Ping函数

第四步：调用WSACleanup释放Winsock

void main(int argc, char **argv)
{
WSADATA wsaData;
WORD wVersionRequested = MAKEWORD(1, 1); // Winsock1.1
int nRet;

// 命令行参数检查
if (argc != 2)
{
fprintf(stderr, "/nUsage: ping hostname/n");
return;
}

// 初始化Winsock
nRet = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
if (nRet)
{
fprintf(stderr, "/nError initializing Winsock/n");
return;
}

if (wsaData.wVersion != wVersionRequested)
{
fprintf(stderr, "/nWinsock version not supported/n");
return;
}
// 调用ping函数
Ping(argv[1]);
//Ping("www.sina.com");
// 释放Winsock
WSACleanup();
}

（5）Ping

函数功能：实现ping功能

定义函数用到的数据

SOCKET rawSocket; // 原始套接字
LPHOSTENT lpHost; // 主机信息
sockaddr_in saDest; // 目的地址
sockaddr_in saSrc; // 源地址
DWORD dwTimeSent; // 发送时间
DWORD dwElapsed; // 延迟时间

然后创建一个原始套接字

创建一个原始套接口，协议为ICMP协议
rawSocket = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);

根据用户输入的目的地址获取

lpHost = gethostbyname(pstrHost);

设置目标套接口地址
saDest.sin_addr.s_addr = *((u_long FAR*)(lpHost->h_addr));
saDest.sin_family = AF_INET;
saDest.sin_port = 0;

输出ping程序的提示信息
printf("/nPinging %s [%s] with %d bytes of data:/n",
pstrHost,
inet_ntoa(saDest.sin_addr),
REQ_DATASIZE);

发送ICMP回送请求
SendEchoRequest(rawSocket, &saDest);
使用select()等待接收回送的数据

WaitForEchoReply(rawSocket);
接收应答
dwTimeSent = RecvEchoReply(rawSocket, &saSrc, &cTTL);
计算传输时间，并输出提示信息
dwElapsed = GetTickCount() - dwTimeSent;

答应应答信息
printf("/nReply from: %s: bytes=%d time=%ldms TTL=%d",
inet_ntoa(saSrc.sin_addr),
REQ_DATASIZE,
dwElapsed,
cTTL);
}
// 关闭套接字
nRet = closesocket(rawSocket);

附：程序源代码

// ping.h
// 在该头文件中定义了IP和ICMP协议头的结构
#pragma pack(1)
#define ICMP_ECHOREPLY 0
#define ICMP_ECHOREQ 8
typedef struct tagIPHDR	// IP数据包头部
{
	u_char VIHL;		// 版本号(4)+头长度(4)
	u_char TOS;			// 服务类型(8)
	short TotLen;		// 总长度(16)
	short ID;			// 标识(16)
	short FlagOff;		// 标志(3)+片偏移(13)
	u_char TTL;			// 生存时间TTL(8)
	u_short CheckSum;	// 头部校验和(16)
	in_addr iaSrc;		// 源IP地址(32)
	in_addr iaDst;		// 目标IP地址(32)	
} IPHDR, *PIPHDR;
typedef struct tagICMPHDR	// ICMP回送请求与应带ICMP报文
{
	u_char Type;		// 类型(8)
	u_char Code;		// 代码(8)
	u_short Checksum;	// 校验和(16)
	u_short ID;			// 标识符(16)
	u_short Seq;		// 序号(16)
	char Data;			// 任选数据
} ICMPHDR, *PICMPHDR;
// 请求回送的数据长度
#define REQ_DATASIZE 32
// ICMP回送请求的数据结构
typedef struct tagECHOREQUEST
{
	ICMPHDR icmpHdr;
	DWORD dwTime;
	char cData[REQ_DATASIZE];
} ECHOREQUEST, *PECHOREQUEST;
// ICMP回送应答
typedef struct tagECHOREPLY
{
	IPHDR ipHdr;
	ECHOREQUEST echoRequest;
	char cFiller[256];
} ECHOREPLY, *PECHOREPLY;
#pragma pack()

// ping.cpp
// 实现简易ping功能
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <winsock.h>
#include "ping.h"
void Ping(LPCSTR pstrHost);
void ReportError(LPCSTR pstrFrom);
int WaitForEchoReply(SOCKET s);
u_short in_chsum(u_short *addr, int len);
// ICMP 回送请求和应答函数声明
int SendEchoRequest(SOCKET, LPSOCKADDR_IN);
DWORD RecvEchoReply(SOCKET, LPSOCKADDR_IN, u_char *);
// 主程序
void main(int argc, char **argv)
{
	WSADATA wsaData;
	WORD wVersionRequested = MAKEWORD(1, 1); // Winsock1.1
	int nRet;
	
	// 命令行参数检查
	if (argc != 2)
	{
		fprintf(stderr, "/nUsage: ping hostname/n");
		return;
	}
	// 初始化Winsock
	nRet = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
	if (nRet)
	{
		fprintf(stderr, "/nError initializing Winsock/n");
		return;
	}
	if (wsaData.wVersion != wVersionRequested)
	{
		fprintf(stderr, "/nWinsock version not supported/n");
		return;
	}
	// 调用ping函数
	Ping(argv[1]);
	//Ping("www.sina.com");
	// 释放Winsock
	WSACleanup();
}
void Ping(LPCSTR pstrHost)
{
	SOCKET rawSocket;	// 原始套接字
	LPHOSTENT lpHost;	// 主机信息
	sockaddr_in saDest;	// 目的地址
	sockaddr_in saSrc;	// 源地址
	DWORD dwTimeSent;	// 发送时间
	DWORD dwElapsed;	// 延迟时间
	u_char cTTL;		
	int nLoop;
	int nRet;
	// 创建一个原始套接口
	rawSocket = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
	if (rawSocket == SOCKET_ERROR)
	{
		ReportError("socket()");
		return;
	}
	lpHost = gethostbyname(pstrHost);
	if (lpHost == NULL)
	{
		fprintf(stderr, "/nHost not found: %s/n", pstrHost);
		return;
	}
	// 设置目标套接口地址
	saDest.sin_addr.s_addr = *((u_long FAR*)(lpHost->h_addr));
	saDest.sin_family = AF_INET;
	saDest.sin_port = 0;
	// 输出ping程序的提示信息
	printf("/nPinging %s [%s] with %d bytes of data:/n",
				pstrHost,
				inet_ntoa(saDest.sin_addr),
				REQ_DATASIZE);
	// 控制ping执行的次数
	for (nLoop = 0; nLoop < 4; nLoop++)
	{
		// 发送ICMP回送请求
		SendEchoRequest(rawSocket, &saDest);
		// 使用select()等待接收回送的数据
		nRet = WaitForEchoReply(rawSocket);
		if (nRet == SOCKET_ERROR)
		{
			ReportError("select()");
			break;
		}
		if (!nRet)
		{
			printf("/nTimeOut/n");
			break;
		}
		// 接收应答
		dwTimeSent = RecvEchoReply(rawSocket, &saSrc, &cTTL);
		// 计算传输时间，并输出提示信息
		dwElapsed = GetTickCount() - dwTimeSent;
		printf("/nReply from: %s: bytes=%d time=%ldms TTL=%d",
				inet_ntoa(saSrc.sin_addr),
				REQ_DATASIZE,
				dwElapsed,
				cTTL);
	}
	printf("/n");
	// 关闭套接字
	nRet = closesocket(rawSocket);
	if (nRet == SOCKET_ERROR)
	{
		ReportError("closesocket()");
	}
}
int SendEchoRequest(SOCKET s, LPSOCKADDR_IN lpstToAddr)
{
	static ECHOREQUEST echoReq;	// 回送请求数据结构
	static nId = 1;		// 标识符
	static nSeq = 1;	// 序号
	int nRet;
	int i;
	// 填写回送请求信息
	echoReq.icmpHdr.Type = ICMP_ECHOREQ; // 类型
	echoReq.icmpHdr.Code = 0;			 // 代码
	echoReq.icmpHdr.Checksum = 0;		 // 校验和
	echoReq.icmpHdr.ID = nId++;			 // 标识符
	echoReq.icmpHdr.Seq = nSeq++;		 // 序号
	// 填写要发送的数据
	for (i = 0; i < REQ_DATASIZE; i++)
	{
		echoReq.cData[i] = ' ' + i;
	}
	// 保存发送时间
	echoReq.dwTime = GetTickCount();
	// 数据存入包中并计算校验和
	echoReq.icmpHdr.Checksum = in_chsum((u_short*)&echoReq, sizeof(ECHOREQUEST));
	// 发送回送请求
	nRet = sendto(s,
		(LPSTR)&echoReq,
		sizeof(ECHOREQUEST),
		0,
		(LPSOCKADDR)lpstToAddr,
		sizeof(SOCKADDR_IN));
	if (nRet == SOCKET_ERROR)
	{
		ReportError("sendto()");
	}
	return nRet;
}
DWORD RecvEchoReply(SOCKET s, LPSOCKADDR_IN lpsaFrom, u_char *pTTL)
{
	ECHOREPLY echoReply;	// 回送应答数据结构
	int nRet;
	int nAddrLen = sizeof(sockaddr_in);
	// 接受回送应答
	nRet = recvfrom(s,
					(LPSTR)&echoReply,
					sizeof(ECHOREPLY),
					0,
					(LPSOCKADDR)lpsaFrom,
					&nAddrLen);
	// 检查返回的值
	if (nRet == SOCKET_ERROR)
	{
		ReportError("recvfrom()");
	}
	*pTTL = echoReply.ipHdr.TTL;	// 取得TTL值
	return (echoReply.echoRequest.dwTime);	// 返回所用时间
}
void ReportError(LPCSTR pstrFrom)
{
	fprintf(stderr, "/n %d error: /n", WSAGetLastError());
}
// 等待套接子s是否有数据可读
int WaitForEchoReply(SOCKET s)
{
	timeval Timeout;
	fd_set readfds;
	readfds.fd_count = 1;
	readfds.fd_array[0] = s;
	Timeout.tv_sec = 5;
	Timeout.tv_usec = 0;
	return (select(1, &readfds, NULL, NULL, &Timeout));
}
u_short in_chsum(u_short *addr, int len)
{
	register int nLeft = len;
	register u_short *w = addr;
	register u_short answer;
	register int sum = 0;
	while (nLeft > 1)
	{
		sum += *w++;
		nLeft -= 2;
	}
	if (nLeft == 1)
	{
		u_short u = 0;
		*(u_char*)(&u) = *(u_char*)w;
		sum += u;
	}
	sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff);
	sum += (sum >> 16);
	answer = ~sum;
	return (answer);
}