【网络编程2】网络编程基础-发送ICMP包(Ping程序)

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 
 ");
	}
	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_short	u = 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 
 ");
	}
	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 
",
			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;
}

参考：
C++实现Ping
http://www.cnblogs.com/goagent/p/4078940.html
给VS程序添加管理员权限等
http://www.voidcn.com/blog/wokaowokaowokao12345/article/p-5973906.html