Ping程序设计(c语言课程设计)

1、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命令的实现原理和现的ping命令进行扩展，的方法。c语言的网络编程方法。读者可以在本章的基础上，对本章实开发出功能更强大、更完善的ping命令，9.1设计目的并进一步掌握网络编程本章通过设计Ping程序，讲解本章涉及很多网络编程函数和编程技巧。Pi

2、ng程序的实现原理，并初步讲解了包括库文件的导入；c语言网络编程技术。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。本章用c语言实现的况，程序还提供了几个选项以实现不同的功能。（1）实现ping功能。程序能实现基本的答报文。（2）能记录路由。程序提供了“（3）能输出指定条数的记录。程序提供了“（4）能按照指定大小输出每

3、条记录。程序提供了“9.2功能描述ping命令，能用于测试一个主机到另一个主机间的联通情ping操作，发送ICMP回显请求报文，接收显应-r”选项，用以记录从源主机到目的主机的路由。-n”选项，用以输出指定条数的记录。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。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，

4、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(Userhelp)，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

5、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。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。

6、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。Argc=l是数字?是数字?该参数中有是还有参数?非数字字是？该参数表示该参数表示IP地址数据报大小转换成十进制记录到全局变量packetNUM检查第一i个参数的第二个字符检查第一i个参数的第一个字符该参数表示要获取的记录数设标志位RecordFlag为ture开始记录到变量Lpdest中该参数表示主机名记录到变量Datasize中记录到变量Lpdest中显示用户帮助I=i+1结束图9.3参数获取流程图4.ping()ping()函

7、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。创建成功？记录路由？设置成功？名字解析?获取成功？分配成功发送成功？超时发送?输出失败信息为每个ICMP设置路由选项设置目的地址各项字段根据ICMP报文大小分配内存设置接收和发送超时值创建ICMP报文发送ICMP请求接收ICMP应答根据主机名获取各种参数输出超时发送创建原始套接字图9.4Ping函数流程图9.3.2数据结构设计本程序

8、定义了3个结构体：-iphdr、-icmphdr、和-ipotionhdr，分别用于存放IP报头信息、ICMP报头信息和IP路由选项信息。1.定义IP报头结构体Typedefstruct_iphdr1Unsignedinth_len:4;Unsignedintversion:4;Unsignedchartos;Unsignedshorttotal_leUnsignedshortident;Unsignedshortfrag_flags;Unsignedcharttl;Unsignedchorproto;Unsignedshortchecksum;UnsignedintsourceIP;Unsi

9、gnedintdestIP;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。Totallen: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:Proto:Checksum:生存期，表示数据报可以经

10、过的最多路由器数。协议类型（TCP、UDP等）。校验和。sourceIP:源IP地址。destIP:目的IP地址。2.定义ICMP报头结构体TypedefstructicmphdrBYTEi_type;BYTEi_code:USHORTUSHORTUSHORTULONGi_cksum;i_id;i_seq;timestamp;IcmpHeader;其中各字段表示意义如下。I_tye:DDDD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:I_seq:校验和。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:

11、时间。3.定义IP选项结构体Typedefstruct_ipoptionhdrUnsignedUnsignedUnsignedUnsignedcharcode;charlen;charptr;loangaddr9;IcmpHeader;其中各字段表示意义如下。Code:Len:Ptr:addr9:指明IP选项类型，对于路由记录选项，它的值是7。选项头长度。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。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。9.331) IntPing()函数原型：voidIntPing()IntPing()函数用于

12、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：voiduserHelp()userHeIp()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：voidGetArgments(intargc,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：USHORTcheckSum(USHO

13、RT*buffer,intsize)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：voidFillCMPData()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：voidreeRes()reeRes()函数

14、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：voidDecodeIPOptions()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：voidDecodelICMPHeader(char*buf,intbytes,SOCKADDR_IN*from)DecodelICMPHeader()函数用于解读IC

15、MP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：voidPingTest(inttimeout)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*/#pragmacomment(lib,"ws2_32.lib")/*加载头文件*/#include<winsock2.h>#include<ws2tcpip.h>#include<

16、stdio.h>#include<stdlib.h>#include<math.h>/*定义常量*/*表示要记录路由*/#defineIP_RECORD_ROUTE0x7/*默认数据报大小*/#defineDEF_PACKET_SIZE32/*最大的ICMP数据报大小*/#defineMAX_PACKET1024/*最大IP头长度*/#defineMAX_IP_HDR_SIZE60/*ICMP报文类型，回显请求*/#defineICMP_ECHO8/*ICMP报文类型，回显应答*/#defineICMP_ECHOREPLY0/*最小的ICMP数据报大小*/#def

17、ineICMP_MIN8/*自定义函数原型*/voidInitPing();voidUserHelp();voidGetArgments(intargc,char*argv);USHORTCheckSum(USHORT*buffer,intsize);voidFillICMPData(char*icmp_data,intdatasize);voidFreeRes();voidDecodeIPOptions(char*buf,intbytes);voidDecodeICMPHeader(char*buf,intbytes,SOCKADDR_IN*from);voidPingTest(inttim

18、eout);/*IP报头字段数据结构*/typedefstruct_iphdrunsignedinth_len:4;unsignedintversion:4;unsignedchartos;unsignedshorttotal_len;unsignedshortident;unsignedshortfrag_flags;unsignedcharttl;unsignedcharproto;unsignedshortchecksum;unsignedintsourceIP;unsignedintdestIP;IpHeader;/*ICMP报头字段数据结构*/typedefstruct_icmphd

19、rBYTEi_type;BYTEi_code;USHORTi_cksum;USHORTi_id;USHORTi_seq;ULONGtimestamp;IcmpHeader;/*IP报头长度*/*IP的版本号*/*服务的类型*/*数据报总长度*/*惟一的标识符*/*分段标志*/*生存期*/*协议类型（TCP、UDP等）*/*校验和*/*源IP地址*/*目的IP地址*/*ICMP报文类型*/*该类型中的代码号*/*校验和*/*惟一的标识符*/*序列号*/*时间戳*/*IP选项头字段数据结构*/typedefstruct_ipoptionhdrunsignedcharunsignedcharunsi

20、gnedcharunsignedlongcode;len;ptr;addr9;/*选项类型*/*选项头长度*/*地址偏移长度*/*记录的IP地址列表*/IpOptionHeader;/*定义全局变量*/SOCKETm_socket;IpOptionHeaderIpOption;SOCKADDR_INDestAddr;SOCKADDR_INSourceAddr;char*icmp_data;char*recvbuf;USHORTseq_no;char*lpdest;intdatasize;BOOLRecordFlag;doublePacketNum;BOOLSucessFlag;2.初始化模块/

21、*初始化变量函数*/voidInitPing()WSADATAwsaData;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",G

22、etLastError();return;m_socket=INVALID_SOCKET;3.功能控制模块/*显示信息函数*/voidUserHelp()printf("UserHelp:ping-r<host>datasizen");printf("-rrecordrouten");printf("-nrecordamountn");printf("hostremotemachinetopingn");printf("datasizecanbeupto1KBn");ExitProc

23、ess(-1);/*获取ping选项函数*/voidGetArgments(intargc,char*argv)inti;intj;intexp;intlen;intm;/*如果没有指定目的地地址和任何选项*/if(argc=1)printf("nPleasespecifythedestinationIPaddressandthepingoptionasfollow!n");UserHelp();for(i=1;i<argc;i+)len=strlen(argvi);if(argvi0='-')/*选项指示要获取记录的条数*/if(isdigit(ar

24、gvi1)PacketNum=0;for(j=len-1,exp=0;j>=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);elseswitch(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*/elseif(isdigit(argvi0)for(m=1;m<

25、len;m+)if(!(isdigit(argvim)/*是IP地址*/lpdest=argvi;break;/*是数据报大小*/elseif(m=len-1)datasize=atoi(argvi);/*参数是主机名*/elselpdest=argvi;/*求校验和函数*/USHORTCheckSum(USHORT*buffer,intsize)unsignedlongcksum=0;while(size>1)cksum+=*buffer+;size-=sizeof(USHORT);if(size)cksum+=*(UCHAR*)buffer;/*对每个16bit进行二进制反码求和*/

26、cksum=(cksum>>16)+(cksum&0xffff);cksum+=(cksum>>16);return(USHORT)(cksum);/*填充ICMP数据报字段函数*/voidFillICMPData(char*icmp_data,intdatasize)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;/*

27、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*/voidFreeRes()/*关闭创建的套接字*/if(m_socket!=INVALID_SOCKET)closesocket(m_socket);

28、/*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*/voidDecodeIPOptions(char*buf,intbytes)IpOptionHeader*ipopt=NULL;IN_ADDRinaddr;inti;HOSTENT*host=NULL;/*获取路由信息的地址入口*/ipopt=(IpOptionHeader*)(buf+20);pri

29、ntf("RR:");for(i=0;i<(ipopt->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),hos

30、t->h_name);/*否则输出IP地址*/elseprintf("(%-15s)n",inet_ntoa(inaddr);return;/*解读ICMP报头函数*/voidDecodeICMPHeader(char*buf,intbytes,SOCKADDR_IN*from)IpHeader*iphdr=NULL;IcmpHeader*icmphdr=NULL;unsignedshortiphdrlen;DWORDtick;staticinticmpcount=0;iphdr=(IpHeader*)buf;/*计算IP报头的长度*/iphdrlen=iphdr-&

31、gt;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<iphdrlen+ICMP_MIN)printf("Toofewbytesfrom%sn",inet_ntoa(from->sin_addr);icmphdr=(IcmpHeader

32、*)(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("nonechotype%drecvdn",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("someoneelse'spacket!n");return;SucessFlag=TRUE;/*输出记录信息*/printf(&qu

33、ot;%dbytesfrom%s:",bytes,inet_ntoa(from->sin_addr);printf("icmp_seq=%d.",icmphdr->i_seq);printf("time:%dms",tick-icmphdr->timestamp);printf("n");icmpcount+;return;5.Ping测试模块/*ping函数*/voidPingTest(inttimeout)intret;intreadNum;intfromlen;structhostent*hp=NUL

34、L;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,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

35、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,

36、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("s

37、etsockopt(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

38、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*/elseprintf("gethostbyname()failed:%dn",WSAGetLastError();return;/*数据报文大小需要包含ICMP

39、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);w