【网络编程2】网络编程基础-发送ICMP包(Ping程序)

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IP协议

网络地址和主机协议

位于网络层的协议，主要目的是使得网络能够互相通信，该协议使用逻辑地址跨网络通信，目前有两个版本IPV4，IPV6。

在IPV4协议中IP地址是一个32位的数备，采用点分四组的表示法便于使用。每个IP地址包含两个部分，网络地址和主机地址。

网络地址和主机地址的划分由子网掩码来决定。网络地址用来标示所连接到的局域网，主机地址则标示设备本身，子网掩码与IP地址等长，被设为1的部分标示IP地址的对应部分为网络地址，设为0则标示IP对应位为主机地址。

IP格式

0-3 版本：IP所使用的版本
4-7 首部长度：IP头的长度（4字节的整数倍）
8-15 服务类型：路由器使用该字段做流量优先排序
16-18 | 19-31 总长度：IP长度+数据包长度
32 标示符：一个唯一标示，用来区分数据包或数据分片的顺序
32 标记：标示数据包是否分片数据
32 分片偏移：分片数据时该字段有效，用于将数据包按顺序组合
64 存活时间：定义数据包的生存周期，路由器中转一次该值减一
64 协议：用来识别数据包上层协议类型
64 首部校验和：错误检测机制，确认内容是否损坏或被篡改
96 源IP地址：发送方主机的IP地址
128 目的IP地址：接收方主机的IP地址
160 选项：可选
160 or 192+ 数据：使用IP传递的实际数据

ICMP协议

IP协议并不是一个可靠的协议，它不保证数据被送达，那么保证数据送达的工作应该由其他的模块来完成。其中一个重要的模块就是ICMP（网络控制报文）协议。

ICMP(internet control message protocol)是internet控制报文协议。是TCP/IP协议族里的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制信息。

控制信息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。

ICMP协议大致分为两类，一种是查询报文，一种是差错报文。查询报文由发送者发出，差错报文是由出错的主机返回发给源数据包的发送者。

PING可以说是ICMP的最著名的应用，系统自带工具当某一个网站上不去的时候。通常会ping一下这个网站，ping会回显一些有用的信息。

ICMP协议的格式

ICMP头相对较小并根据用途而改变，ICMP报文的前4个字节是统一的格式，共有三个字段：即类型，代码和检验和。

ICMP报文类型

各种类型的ICMP报文如所示，不现类型由报文中的类型字段和代码字段来共同决定。

常见的类型和代码有

ICMP回显（echo）请求和辉县应答报文格式
ICMP地址掩码请求和应答
ICMP时间戳请求与应答
ICMP不可达报文、ICMP超时报文
ICMP重定向报文
ICMP路由器请求报文格式
ICMP路由器通告报文格式
ICMP源站抑制差错报文格式

等等。。。。。

ICMP地址掩码请求和应答

ICMP时间戳请求与应答

编程操作

1、定义结构体

因为ICMP是基于IP协议运行的，所以我们要先定义IP格式的结构体；

以下的是三个结构体分别对应了IP、ICMP请求、ICMP应答的发包格式。。

定义IP首部格式

//定义IP首部格式 typedef struct _IPHeader { u_char vile; // 版本和首部长度 u_char ser; // 服务类型 u_short totalLen; // 总长度 u_short id; // 标示符 u_short flag; // 标记+分片偏移 u_char ttl; // 存活时间 u_char protocol; // 协议 u_short checkSum; // 首部校验和 in_addr srcIP; // 源IP地址 in_addr destIP; // 目的IP地址 }IPHeader, *PIPHDR;

定义ICMP头部格式

//ICMP头部 typedef struct _ICMPHeader { u_char type; // 类型 u_char code; // 代码 u_short checkSum; // 校验和 u_short id; // 标示符 u_short seq; // 序列号 }ICMPHeader, *PICMPHDR;

ICMP时间戳请求报文格式

//ICMP时间戳请求报文 typedef struct _ECHOREQUEST { ICMPHeader icmpHeader; //ICMP头部 int time; //记录ping时间 char data[32]; //数据 }ECHOREQUEST, *pechorequest;

ICMP时间戳应答报文格式

//ICMP时间戳应答报文 typedef struct _ECHORESPONSE { IPHeader ipHeader; ECHOREQUEST echoRequest; char fill[255]; //接收其他多余的应答数据}ECHORESPONSE, *PECHORESPONSE;

2、ICMP发送和接收

发送ICMP数据包函数

将请求的包的宽度写入结构体中，构造出ICMP的请求格式向目标服务器发送数据。

//发送ICMP数据包 sendEchoReQuest void sendEchoReQuest(SOCKET sock, sockaddr_in dstIP) { static int id = 1; static int seq = 1;//ICMP请求 ECHOREQUEST echoRequest = { 0 }; //主要是用来记录请求应答的时间，当发送ECHO请求时记录发送时间，当接受到应答数据时，在用GetTickcount()- echoRequest.time这样就能得到请求应答需要多少时间了。 echoRequest.time = GetTickCount(); echoRequest.icmpHeader.type = 8; echoRequest.icmpHeader.code = 0; echoRequest.icmpHeader.id = id++; echoRequest.icmpHeader.seq = seq++; echoRequest.icmpHeader.checkSum = checksum((u_short*)&echoRequest, sizeof(echoRequest));int re = sendto(sock, (char *)&echoRequest, sizeof(echoRequest), 0, (sockaddr*)&dstIP, sizeof(dstIP));if (re == SOCKET_ERROR) { printf(" send error \n "); } return; }

接收ICMP数据包函数

有对应的发送数据包动作，对方服务器如果存活那么会发回来响应包；

//接收ICMP数据包 recvEchoReQuest void recvEchoReQuest(SOCKET sock, ECHORESPONSE * sponse, sockaddr_in *dstIP) { int size = sizeof(sockaddr); int re = recvfrom(sock, (char *)sponse, sizeof(ECHORESPONSE), 0, (sockaddr*)dstIP, &size); if (re == SOCKET_ERROR) { printf(" recvfrom error"); } return; }

附录A：如何计算检验和

// 计算校验和(16位二进制反码求和) u_short checksum(u_short *buffer, int len) { register int nleft = len; register u_short *w = buffer; register u_short answer; register int sum = 0; // 使用32bit的累加器，进行16bit的反馈计算 while (nleft > 1) { sum += *w++; nleft -= 2; } // 补全奇数位 if (nleft == 1) { u_shortu = 0;*(u_char *)(&u) = *(u_char *)w; sum += u; } // 将反馈的16bit从高位移至地位 sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff);/* add hi 16 to low 16 */ sum += (sum >> 16);/* add carry */ answer = ~sum;/* truncate to 16 bits */ return (answer); }

ICMP中检验和的计算算法为：

1、将检验和字段置为0

2、把需校验的数据看成以16位为单位的数字组成，依次进行二进制反码求和

3、把得到的结果存入检验和字段中

所谓二进制反码求和，就是：

1、将源数据转成反码

2、0+0=0 0+1=1 1+1=0进1

3、若最高位相加后产生进位，则最后得到的结果要加1

在实际实现的过程中，比较常见的代码写法是：

1、将检验和字段置为0

2、把需校验的数据看成以16位为单位的数字组成，依次进行求和，并存到32位的整型中

3、把求和结果中的高16位(进位)加到低16位上，如果还有进位，重复第3步[实际上，这一步最多会执行2次]

4、将这个32位的整型按位取反，并强制转换为16位整型(截断)后返回

附录B VS2015 UAC设置

使用原始套接字编程调试的时候运行权限不够，是无法运行的。

可以在VS里做设置，在需要提升权限的时候自动重启VS提升权限。

点击项目右键->属性->配置属性->链接器->清单文件->UAC执行级别->requireAdministrator（选择）。

实例代码

将上面的代码与思路整合就成了下面的实例代码；

#include "stdafx.h" #define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS #include "data.h"//发送ICMP数据包 sendEchoReQuest void sendEchoReQuest(SOCKET sock, sockaddr_in dstIP) { static int id = 1; static int seq = 1;//ICMP请求 ECHOREQUEST echoRequest = { 0 }; //主要是用来记录请求应答的时间，当发送ECHO请求时记录发送时间，当接受到应答数据时，在用GetTickcount()- echoRequest.time这样就能得到请求应答需要多少时间了。 echoRequest.time = GetTickCount(); echoRequest.icmpHeader.type = 8; echoRequest.icmpHeader.code = 0; echoRequest.icmpHeader.id = id++; echoRequest.icmpHeader.seq = seq++; echoRequest.icmpHeader.checkSum = checksum((u_short*)&echoRequest, sizeof(echoRequest));int re = sendto(sock, (char *)&echoRequest, sizeof(echoRequest), 0, (sockaddr*)&dstIP, sizeof(dstIP));if (re == SOCKET_ERROR) { printf(" send error \n "); } return; }//接收ICMP数据包 recvEchoReQuest void recvEchoReQuest(SOCKET sock, ECHORESPONSE * sponse, sockaddr_in *dstIP) { int size = sizeof(sockaddr); int re = recvfrom(sock, (char *)sponse, sizeof(ECHORESPONSE), 0, (sockaddr*)dstIP, &size); if (re == SOCKET_ERROR) { printf(" recvfrom error"); } return; }//ping函数 void Ping(char * host) { //2.创建套接字 SOCKET sock = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);//获取域名对应的IP HOSTENT * lpHost = gethostbyname(host);sockaddr_in dstIP = { 0 }; dstIP.sin_family = AF_INET; dstIP.sin_addr.S_un.S_addr = *(u_long*)lpHost->h_addr;for (int i=0;i<4;i++) { //发送ICMP数据 sendEchoReQuest(sock, dstIP);//接收ICMP数据 ECHORESPONSE sponse; recvEchoReQuest(sock, &sponse, &dstIP);printf("来自 %s 的回复: 字节=32 时间=%dms TTL=%d \n", inet_ntoa(dstIP.sin_addr), GetTickCount() - sponse.echoRequest.time, sponse.ipHeader.ttl ); } }int main() { //1.初始化winsock环境 WSADATA wsa; WSAStartup(MAKEWORD(2, 2),&wsa);while (true) { Ping("www.baidu.com"); char in = getchar(); if (in == 'q') { break; }} //2.释放环境 WSACleanup(); return 0; }