ping程序设计(c语言课程设计).doc

07网络工程本制作人：北-624寝室负责人：赖文斌第四篇 网络编程第九章 ping程序设计ping命令是使用频率极高的一个网络测试命令，用以测试从一个主机到另一个主机间的网络上否可达。windows自带的ping命令具有强大的功能，它有很多选项用于实现不同的测试目的。本章模仿windows的ping命令，用c语言实现了一个简单的命令。本章着重讲述ping命令的实现原理和c语言的网络编程方法。读者可以在本章的基础上，对本章实现的ping命令进行扩展，开发出功能更强大、更完善的ping命令，并进一步掌握网络编程的方法。9.1 设计目的本章通过设计ping程序，讲解ping程序的实现原理，并初步讲解了c语言网络编程技术。本章涉及很多网络编程函数和编程技巧。包括库文件的导入；winsock的初始化、注销；socket的创建、关闭；设置socket选项；根据主机名获取ip地址； 从堆中分配一定数量的空间、释放从堆中分配的空间；获取当前进程id号；数据报的发送；数据报的接等。 通过本程序的训练，使读者对网络编程有一定的了解，掌握ping程序的设计方法，掌握网络编程的方法和技巧，从而编写出功能更强大的程序。9.2功能描述本章用 c 语言实现的 ping命令，能用于测试一个主机到另一个主机间的联通情况，程序还提供了几个选项以实现不同的功能。（1）实现ping功能。程序能实现基本的ping操作，发送icmp回显请求报文，接收显应答报文。（2）能记录路由。程序提供了“-r”选项，用以记录从源主机到目的主机的路由。（3）能输出指定条数的记录。程序提供了“-n”选项，用以输出指定条数的记录。（4）能按照指定大小输出每条记录。程序提供了“datasize”选项，用以指定输出的数据报的大小。（5）能输出用户帮助。程序提供了用户帮助，显示程序提供的选项以及选项格式等。9.3 总体设计9.3.1 功能模块设计1. 功能模块图本系统共有 4 个模块，分别是初始化模块、功能控制模块、数据控制模块、数据报解读模块和ping测试模块，如图9.1所示。各模块功能描述如下。ping程序设计初始化模块数据报解读模块功能控制模块ping测试模块图 9.1 系统模块图(1) 初始化模块。改模块用于初始化各个全局变量，为全局变量赋初始值；初始化，加载库。(2)功能控制模块。改模块是被其它模块调用，其功能包括获取参数、计算校验和填充数据报文、释放占用资源和显示用户帮助。(3)数据报解读模块。改模块用于解读接收到的报文和选项。(4)测试模块。改模块是本程序的核心模块，调用其他模块实现其功能，主要是实现的功能。 2系统流程图系统执行的流程图9.2所示。程序首先调用iniping()函数初始化各全局变量，然后getargments()函数获取用户输入的参数，检查用户输入的参数，如果参数不正确或者没有输入参数，则显示用户帮助信息(user help )，并结束程序；如果参数正确，则对指定目的地执行ping命令，如果ping通，则显示ping结果并释放占用资源，如果没有ping通，则报告错误信息，并释放占用资源。开始初始化个变量获取参数信息输入参数是否正确？ping目的地ping成功？输出ping结果释放占用资源结束输出错误信息显示帮助信息图9.2 系统流程图3.参数获取（getargments()函数）流程图获取的参数包括“-r”（记录路由）、“-n”（记录条数程序，任意的整数）和datasize(数据报大小)。程序首先判断每一个参数的第一字符，如果第一个字符是“-”（短横线），则认为是“-r”或者“-n”中的一个，然后作进一步判断。如果该参数的第二个字符是数字，则判断该参数为记录的条数，如果该参数的第二个字符是“r”，则判断该参数为“-r”， 用于记录路由；如果参数的第一个字符是数字，则认为 参数是ip地址；或者datasize,然后作进一步的判断。如果该参数中不存在非数字的字符， 则判断该参数为datasize；如果存在非数 字的字符，则判断该参数为ip地址；其他情况则判断为主机名。参数获取的流程如图9.3所示。开始argc=1?检查第一i个参数的第一个字符是“-”？检查第一i个参数的第二个字符是数字？该参数表示要获取的记录数转换成十进制记录到全局变量packetnum还有参数？结束是数字？该参数中有非数字字符？该参数表示ip地址该参数表示数据报大小该参数表示主机名是“r”?显示用户帮助设标志位recordflag为turei=i+1记录到变量lpdest中记录到变量datasize中记录到变量lpdest中图9.3 参数获取流程图4.ping()函数流程图ping()函数是本程序的核心部分它调用其他模块的函数来实现，其主要步骤包括创建接字，设置路由选项（如果需要的话）、设置接收和发送超时值、名字解析（如果需要的话）、分配内存、创建icmp报文、发送icmp请求报文、接收icmp应答报文和解读icmp报文。其执行流程如图9.4所示。开始创建原始套接字创建成功？记录路由？设置接收和发送超时值为每个icmp设置路由选项设置成功？名字解析？根据主机名获取各种参数获取成功？设置目的地址各项字段根据icmp报文大小分配内存分配成功创建icmp报文发送icmp请求发送成功？超时发送？输出超时发送接收icmp应答输出失败信息 接收成功？超时接收？输出失败信息输出超时接收读取icmp数据报文记录数达到指定值？图9.4 ping 函数流程图 9.3.2数据结构设计 本程序定义了3个结构体：-iphdr、-icmphdr、和-ipotionhdr，分别用于存放ip报头信息、icm p报头信息和ip路由选项信息。1. 定义ip报头结构体typedef struct _iphdr unsigned int h_len:4;unsigned int version:4;unsigned char tos;unsigned short total_len;unsigned short ident;unsigned short frag_flags;unsigned char ttl;unsigned chor proto;unsigned short checksum;unsigned int sourceip;unsigned int destip; ipheader; 其中各字段表示意义如下。 h-len:4 : 表示ip报头长度，首部长度指的是首部占32bit字的数目，包括任何选项。由于它是一个4bit 字段，因此首部最长为60个字节，不包括任何选项的ip报头是20个字节。 version:4: 表示ip的版本号，这里表示ipv4.。 top: 表示服务的类型，可以表示最小时延，最大吞吐量，最高可靠性和最小费用。 total len: 整个ip数据报的总长度。 ident: 唯一的标识符，标识主机发送的每一份数据报。 frag-flags: 分段标志，表示过长的数据报是否要分段。 ttl: 生存期，表示数据报可以经过的最多路由器数。 proto: 协议类型（tcp、udp等）。 checksum: 校验和。 sourceip: 源ip地址。destip: 目的ip地址。2. 定义报头结构体typedef struct icmphdr byte i_type; byte i_code : ushort i_cksum; ushort i_id; ushort i_seq; ulong timestamp; icmpheader; 其中各字段表示意义如下。 i_tye : 报文类型。i_code : 该类型中的代码号，一种icmp 报文的类型号和该类型中的代码号共同决定。、 i_cksum: 校验和。 i_seq: 序列号，序列号从0开始，每发送一次新的回显请求就加1. timestamp: 时间。3. 定义ip 选项结构体typedef struct _ipoptionhdr unsigned char code; unsigned char len; unsigned char ptr; unsigned loang addr9; icmpheader;其中各字段表示意义如下。code: 指明ip 选项类型，对于路由记录选项，它的值是7。len: 选项头长度。 ptr: 地址指针字段，是一个基于1的指针，指向存放下一个ip地址的位置。addr9: 记录的ip地址列表，由于ip首部中选项的空间有限，所以可以记录的ip地址最多是9个。9.33 函数功能描述1） intping()函数原型：void intping()intping()函数用于初始化ping 所需的全局变量，为各个变量赋初始值。2)userhelp()函数原型：void userhelp() userhelp()函数用于显示用户帮助信息。当程序检查到参数错误或者没有必要的参数（如主机ip地址或者主机名）时，则会调用此函数显示帮助信息。3) getargments()函数原型：void getargments(int argc, char*argv)getargments()函数用于获取用户提交的参数。其中argc 表示获取的参数个数，argv 用于存储获取的参数，这两个形参和主函数中的形参表示的意义一样的。4)checksum()函数原型：ushort checksum(ushort *buffer,int size)checksum()函数用于计算校验和。计算过程是首先把数据报头中的校验和字段设置为0，然后对首部中每个16bit 进行二字段进制反码求和（整个首部看成是由一串16bit的字组成），结果存在校验和字段中。 其中buffer 用于存放icmp数据，size表示icmp报文大小。5)fillcmpdata()函数原型：void fillcmpdata()fillcmpdata()函数用于填充icmp数据报中各个字段。其中icmp_data 表示icmp数据，datasize 表示icmp报文大小。6) reeres()函数原型：void reeres()reeres()函数用于释放占用的资源，包括关闭初始化socket 调用的函数的、关闭创建的socket和释放分配的内存等。7)decodeipoptions()函数原型：void decodeipoptions()decodeipoptions()函数用于解读ip选项，从中读出从源主机到目的主机经过的路由，并输出路由信息。buf表示存放接收到的icmp报文的缓冲区，bytes表示接收到的字节数。8)decodelicmpheader()函数原型：void decodelicmpheader(char*buf,int bytes,sockaddr_in*from)decodelicmpheader()函数用于解读icmp报文信息。buf表示存放接收到的icmp报文的缓冲区，bytes表示接收到的字节数，from 表示发送icmp回显应答的主机ip地址。9)pingtest() 函数原型：void pingtest(int timeout)pingtest()函数用于进行ping操作。其中timeout表示设定的发送超时值。9.4 程序实现9.1.4 源码分析1. 程序预处理/*导入库文件*/#pragma comment( lib, ws2_32.lib )/*加载头文件*/#include #include #include #include #include /*定义常量*/*表示要记录路由*/#define ip_record_route 0x7/*默认数据报大小*/#define def_packet_size 32 /*最大的icmp数据报大小*/#define max_packet 1024 /*最大ip头长度*/#define max_ip_hdr_size 60 /*icmp报文类型，回显请求*/ #define icmp_echo 8/*icmp报文类型，回显应答*/ #define icmp_echoreply 0/*最小的icmp数据报大小*/#define icmp_min 8/*自定义函数原型*/void initping();void userhelp();void getargments(int argc, char* argv); ushort checksum(ushort *buffer, int size);void fillicmpdata(char *icmp_data, int datasize);void freeres();void decodeipoptions(char *buf, int bytes);void decodeicmpheader(char *buf, int bytes, sockaddr_in* from);void pingtest(int timeout);/*ip报头字段数据结构*/typedef struct _iphdr unsigned int h_len:4; /*ip报头长度*/ unsigned int version:4; /*ip的版本号*/ unsigned char tos; /*服务的类型*/ unsigned short total_len; /*数据报总长度*/ unsigned short ident; /*惟一的标识符*/ unsigned short frag_flags; /*分段标志*/ unsigned char ttl; /*生存期*/ unsigned char proto; /*协议类型(tcp、udp等)*/ unsigned short checksum; /*校验和*/ unsigned int sourceip; /*源ip地址*/ unsigned int destip; /*目的ip地址*/ ipheader;/*icmp报头字段数据结构*/typedef struct _icmphdr byte i_type; /*icmp报文类型*/ byte i_code; /*该类型中的代码号*/ ushort i_cksum; /*校验和*/ ushort i_id; /*惟一的标识符*/ ushort i_seq; /*序列号*/ ulong timestamp; /*时间戳*/ icmpheader;/*ip选项头字段数据结构*/typedef struct _ipoptionhdr unsigned char code; /*选项类型*/ unsigned char len; /*选项头长度*/ unsigned char ptr; /*地址偏移长度*/ unsigned long addr9; /*记录的ip地址列表*/ ipoptionheader;/*定义全局变量*/socket m_socket;ipoptionheader ipoption;sockaddr_in destaddr;sockaddr_in sourceaddr;char *icmp_data;char *recvbuf;ushort seq_no ;char *lpdest;int datasize;bool recordflag;double packetnum;bool sucessflag;2. 初始化模块/*初始化变量函数*/ void initping() wsadata wsadata; icmp_data = null; seq_no = 0; recvbuf = null; recordflag = false; lpdest = null; datasize = def_packet_size; packetnum = 5; sucessflag = false; /*winsock初始化*/ if (wsastartup(makeword(2, 2), &wsadata) != 0) /*如果初始化不成功则报错，getlasterror()返回发生的错误信息*/ printf(wsastartup() failed: %dn, getlasterror(); return ; m_socket = invalid_socket;3. 功能控制模块/*显示信息函数*/void userhelp() printf(userhelp: ping -r data sizen); printf( -r record routen); printf( -n record amountn); printf( host remote machine to pingn); printf( datasize can be up to 1kbn); exitprocess(-1); /*获取ping选项函数*/void getargments(int argc,char* argv) int i; int j; int exp; int len; int m; /*如果没有指定目的地地址和任何选项*/ if(argc = 1) printf(nplease specify the destination ip address and the ping option as follow!n); userhelp(); for(i = 1; i =1;j-,exp+) /*根据argvij中的ascii值计算要获取的记录条数(十进制数)*/ packetnum += (double)(argvij-48)*pow(10,exp); else switch (tolower(argvi1) /*选项指示要获取路由信息*/ case r: recordflag = true; break; /*没有按要求提供选项*/ default: userhelp(); break; /*参数是数据报大小或者ip地址*/ else if (isdigit(argvi0) for(m=1;m 1) cksum += *buffer+; size -= sizeof(ushort); if (size) cksum += *(uchar*)buffer; /*对每个16bit进行二进制反码求和*/ cksum = (cksum 16) + (cksum & 0xffff); cksum += (cksum 16); return (ushort)(cksum);/*填充icmp数据报字段函数*/void fillicmpdata(char *icmp_data, int datasize) icmpheader *icmp_hdr = null; char *datapart = null; icmp_hdr = (icmpheader*)icmp_data; /*icmp报文类型设置为回显请求*/ icmp_hdr-i_type = icmp_echo; icmp_hdr-i_code = 0; /*获取当前进程ip作为标识符*/ icmp_hdr-i_id = (ushort)getcurrentprocessid(); icmp_hdr-i_cksum = 0; icmp_hdr-i_seq = 0; datapart = icmp_data + sizeof(icmpheader); /*以数字0填充剩余空间*/ memset(datapart,0,datasize-sizeof(icmpheader);/*释放资源函数*/void freeres() /*关闭创建的套接字*/ if (m_socket != invalid_socket) closesocket(m_socket); /*释放分配的内存*/ heapfree(getprocessheap(), 0, recvbuf); heapfree(getprocessheap(), 0, icmp_data); /*注销wsastartup()调用*/ wsacleanup(); return ;4. 数据报解读模块/*解读ip选项头函数*/void decodeipoptions(char *buf, int bytes) ipoptionheader *ipopt = null; in_addr inaddr; int i; hostent *host = null; /*获取路由信息的地址入口*/ ipopt = (ipoptionheader *)(buf + 20); printf(rr: ); for(i = 0; i ptr / 4) - 1; i+) inaddr.s_un.s_addr = ipopt-addri; if (i != 0) printf( ); /*根据ip地址获取主机名*/ host = gethostbyaddr(char *)&inaddr.s_un.s_addr,sizeof(inaddr.s_un.s_addr), af_inet); /*如果获取到了主机名，则输出主机名*/ if (host) printf(%-15s) %sn, inet_ntoa(inaddr), host-h_name); /*否则输出ip地址*/ else printf(%-15s)n, inet_ntoa(inaddr); return;/*解读icmp报头函数*/void decodeicmpheader(char *buf, int bytes, sockaddr_in *from) ipheader *iphdr = null; icmpheader *icmphdr = null; unsigned short iphdrlen; dword tick; static int icmpcount = 0; iphdr = (ipheader *)buf; /*计算ip报头的长度*/ iphdrlen = iphdr-h_len * 4; tick = gettickcount(); /*如果ip报头的长度为最大长度(基本长度是20字节)，则认为有ip选项，需要解读ip选项*/ if (iphdrlen = max_ip_hdr_size) & (!icmpcount) /*解读ip选项，即路由信息*/ decodeipoptions(buf, bytes); /*如果读取的数据太小*/ if (bytes sin_addr); icmphdr = (icmpheader*)(buf + iphdrlen); /*如果收到的不是回显应答报文则报错*/ if (icmphdr-i_type != icmp_echoreply) printf(nonecho type %d recvdn, icmphdr-i_type); return; /*核实收到的id号和发送的是否一致*/ if (icmphdr-i_id != (ushort)getcurrentprocessid() printf(someone elses packet!n); return ; sucessflag = true; /*输出记录信息*/ printf(%d bytes from %s:, bytes, inet_ntoa(from-sin_addr); printf( icmp_seq = %d. , icmphdr-i_seq); printf( time: %d ms, tick - icmphdr-timestamp); printf(n); icmpcount+; return;5. ping 测试模块/*ping函数*/void pingtest(int timeout) int ret; int readnum; int fromlen; struct hostent *hp = null; /*创建原始套接字，该套接字用于icmp协议*/ m_socket = wsasocket(af_inet, sock_raw, ipproto_icmp, null, 0,wsa_flag_overlapped); /*如果套接字创建不成功*/ if (m_socket = invalid_socket) printf(wsasocket() failed: %dn, wsagetlasterror(); return ; /*若要求记录路由选项*/ if (recordflag) /*ip选项每个字段用0初始化*/ zeromemory(&ipoption, sizeof(ipoption); /*为每个icmp包设置路由选项*/ ipoption.code = ip_record_route; ipoption.ptr = 4; ipoption.len = 39; ret = setsockopt(m_socket, ipproto_ip, ip_options,(char *)&ipoption, sizeof(ipoption); if (ret = socket_error) printf(setsockopt(ip_options) failed: %dn,wsagetlasterror(); /*设置接收的超时值*/ readnum = setsockopt(m_socket, sol_socket, so_rcvtimeo,(char*)&timeout, sizeof(timeout); if(readnum = socket_error) printf(setsockopt(so_rcvtimeo) failed: %dn,wsagetlasterror(); return ; /*设置发送的超时值*/ timeout = 1000; readnum = setsockopt(m_socket, sol_socket, so_sndtimeo,(char*)&timeout, sizeof(timeout); if (readnum = socket_error) printf(setsockopt(so_sndtimeo) failed: %dn,wsagetlasterror(); return ; /*用0初始化目的地地址*/ memset(&destaddr, 0, sizeof(destaddr); /*设置地址族，这里表示使用ip地址族*/ destaddr.sin_family = af_inet; if (destaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(lpdest) = inaddr_none) /*名字解析，根据主机名获取ip地址*/ if (hp = gethostbyname(lpdest) != null) /*将获取到的ip值赋给目的地地址中的相应字段*/ memcpy(&(destaddr.sin_addr), hp-h_addr, hp-h_length); /*将获取到的地址族值赋给目的地地址中的相应字段*/ destaddr.sin_family = hp-h_addrtype; printf(destaddr.sin_addr = %sn, inet_ntoa(destaddr.sin_addr); /*获取不成功*/ else printf(gethostbyname() failed: %dn,wsagetlasterror(); return ; /*数据报文大小需要包含icmp报头*/ datasize += sizeof(icmpheader); /*根据默认堆句柄，从堆中分配max_packet内存块，新分配内存的内容将被初始化为0*/ icmp_data =(char*) heapalloc(getprocessheap(), heap_zero_memory,max_packet); recvbuf =(char*) heapalloc(getprocessheap(), heap_zero_memory,max_packet); /*如果分配内存不成功*/ if (!icmp_data) printf(heapalloc() failed: %dn, getlasterror(); return ; /* 创建icmp报文*/ memset(icmp_data,0,max_packet); fillicmpdata(icmp_data,datasize); while(1) static int ncount = 0; int writenum; /*超过指定的记录条数则退出*/ if (ncount+ = packetnum) break; /*计算校验和前要把校验和字段设置为0*/ (icmpheader*)icmp_data)-i_cksum = 0; /*获取操作系统启动到现在所经过的毫秒数，设置时间戳*/ (icmpheader*)icmp_data)-timestamp = gettickcount(); /*设置序列号*/ (icmpheader*)icmp_data)-i_seq = seq_no+; /*计算校验和*/ (icmpheader*)icmp_data)-i_cksum = checksum(ushort*)icmp_data, datasize); /*开始发送icmp请求 */ writenum = sendto(m_socket, icmp_data, datasize, 0,(struct sockaddr*)&destaddr, sizeof(destaddr); /*如果发送不成功*/ if (writenum =