ping源码程序分析

ping源码分析

10.4.1ping简介

Ping是网络中应用非常广泛的一个软件，它是基于TCMP协议的。下面首先对ICMP

协议做一简单介绍。

ICMP是IP层的一个协议，它是用来探测主机、路由维护、路由选择和流量控制的。

ICMP报文的最终报宿不是报宿计算机上的一个用户进程，而是那个计算机上的IP

层软件。也就是说，当一个带有错误信息的ICMP报文到达时，IP软件模块就处理

本身问题，而不把这个ICMP报文传送给应用程序。

ICMP报文类型有：回送（ECHO）回答（0）；报宿不可到达（3）；报源断开（4）；

重定向（改变路由）（5）；回送（ECHO）请求（8）；数据报超时（11）；数据

报参数问题（12）；时间印迹请求（13）；时间印迹回答（14）；信息请求（15）；

信息回答（16）；地址掩码请求（17）；地址掩码回答（18）。

虽然每种报文都有不同的格式，但它们开始都有下面三段：

一个8位整数报文?YPE（类型）段；

一个8位CODE（代码码）段，提供更多的报文类型信息；

一个16位CHECKSUM（校验和）段；

此外，报告差错的ICMP报文还包含产生问题数据报的网际报头及前64位数据。

一个ICMP回送请求与回送回答报文的格式如表10.17所示。

表10.17ICMP回送请求与回送回答报文格式类型CODE校验和［CHECKSUM］标识符

序列号《嵌入式Linux应用程序开发详解》一一第10章、嵌入式Linux网络编程

数据

10.4.2ping源码分析

下面的ping,c源码是在busybox里实现的源码。在这个完整的ping,c代码中有

较多选项的部分代码，因此，这里先分析除去选项部分代码的函数实现部分流程,

接下来再给出完整的p：ng代码分析。这样，读者就可以看到一个完整协议实现应

该考虑到的各个部分。

1.Ping代码主体流程

Ping,c主体流程图如下图10.8所示。另外，由于ping是IP层的协议，因此在建

立socket时需要使用S0CK_RAW选项。在循环等待回应信息处，用户可以指定“-f”

洪泛选项，这时就会使用select函数来指定在一定的时间内进行回应。

2.主要选项说明

Ping函数主要有以下几个选项:

d：调试选项(F_SODEBUG)

f：洪泛选项(F_FLOOD)

i：等待选项(F二NTERVAL)

r：路由选项(F_RROUTE)

1：广播选项(MULTICAST_NOLOOP)

对于这些选项，尤其是路由选项、广播选项和洪泛选项都会有不同的实现代码。

另外，ping函数可以接受用户使用的SIGINT和SIGALARM信号来结束程序，它

们分别指向了不同的结束代码，请读者阅读下面相关代码。

图10.8ping主体流程图

第1页共17页

3.源代码及注释

（1）主体代码

ping代码的主体部分可以四部分，首先是一些头函数及宏定义:

#include<sys/param.h>

#include<sys/socket.h>

#include<sys/file.h>

#include<sys/time.h>

itinclude<sys/signal.h>

#include<netinet/in.h>

#include<netinet/ip.h>

#include<netinet/ipicmp.h>

itinclude<arpa/inet.h>

itinclude<netdb.h>

itinclude<unistd.h>

itinclude<stdlib.h>

#include<string.h>

ttinclude<stdio.h>

#include<ctype.h>

ttinclude<errno.h>

#include<getopt.h>

itinclude<resolv.h>

#defineF.FLOOD0x001

#defineF.INTERVAL0x002

^defineF.NUMERIC0x004

^defineF_PINGFILLED0x008

#defineF_QUTET0x010

#defineF.RROUTE0x020

^defineF_SO_DEBUG0x040

#defineFSO_DONTROUTE0x080

#defineF_VERBOSE0x100

/*多播选定*/

intinoptions；

^defineMULTTCAST_NOLOOP0x001

#defineMULTICAST_TTL0x002

ttdefineMULTICAST_IF0x004

《嵌入式Linux应用程序开发详解》一一第10章、嵌入式Linux网络编程

接下来的第2部分是建立socket并处理选项：

Intmain(intargc,char*argv[])

(

structtimevaltimeout；

structhostent*hp；

第2页共17页

structsockaddr_in*to；

structprotoent*proto；

structin_addrifaddr；

inti；

intch,fdmask,hold,packlen,preload；

u_char*datap,"packet；

char*targct,hnamcbuf[MAXHOSTNAMELEN]；

u_charttl,loop；

intam_i_root；

•••

staticchar*null=NULL；

/*_environ=&null；*/

am_i_root=(getuid；)-0)；

/*

*建立socket连接，并且测试是否是root用户

*/

if((s=socket(AFJNET,S0CK_RAW,1PPROTO_1CMP))<0){

if(errno==EPERM)7

fprintf(stderr,"ping：pingmustrunasroot\nn)；

)

elseperror(r'ping：socket1')；

exit(2)；

)

preload=0；

datap=&outpack[8-sizeof(structtimeval)]；

while((ch=getoptlarge,argv,MT：LRc：dfh：i：1：np：qrs：t：v"))!=EOF)

switch(ch){

case'c'：

npackets=atoi(optarg)；

if(npackets<=0)[

(void)fprintf(stderr,

“ping：badnumberofpacketstotransmit.\n'r)；

exit⑵；

)

break；

/*调用选项*/

case'd'：

options|=F_SO_DEBUG；

break；

,"flood选项*/

caserf1：

第3页共17页

if(!am_i_root){

(void)fprintf(stderr,

"ping：%s\n'r,strerror(EPERM))；

exit(2)；

)

options|=F_FL00D；

sctbuf(stdout,NULL；；

break；

/'*等待选项*/

case'i'：/*waitbetweensendingpackets*/

interval=atoi(optarg)；

if(interval<=0){

(void)fprintf(stderr,

“ping：badtiminginterval.\n，f)；

exit(2)；

)

options|=F_INTERVAL；

break；

case111:

if(!am_i_root){

(void)fprintf(stderr,

"ping：%s\n",strerror(EPERM))；

exit(2)；

}

preload=atoi(optarg)；

if(preload<0){

(void)fprintf(stderr,

“ping：badpreloadvalue.\n")；

exit⑵；

}

break；

•••

default：

usage()；

)

argc-=optind；

argv+=optind；

if(argc!=1)

usage()；

target=*argv；

接下来的第3部分是用于获取地址，这里主要使用了inet_aton函数，将点分十

进制地址转化为二进制地址。当然，作为完整的ping程序有较完善的出错处理:

mcmset(&whereto,0,sizeof(structsockaddr>)；

第4页共17页

to=(structsockaddr_in*)ftwhereto；

to->sin_family=AF_INET；

/*地址套换函数*/

if(inet_aton(target,&to->sin_addr)){

hostname=target；

}

else{

#if0

char*addr=resolve_name(target,0)；

if(!addr){

(void)fprintf(stderr,

“ping：unknownhost%s\n'r,target)；

exit(2)；

}

to->sin_addr.s_addr=inet_addr(addr)；

hostname=target;

#else

/*调用geIhosIbyname织别主机名*/

hp=gethostbyname(target)；

if(!hp){

(void)fprintf(stderr,

“ping：unknownhost%s\n,r,target)；

exit⑵；

)

to->sin_family=hp->h_addrtype；

if(hp->h_length>(int)sizeof(to->sin_addr)){

hp->h_length二sizeof(to->sin_addr)；

}

memcpy(&to->sin_addr,hp->h_addr,hp->h_length)；

(void)strncpy(hnamebuf,hp->h_name,sizeof(hnamebuf)-1)；

hostname=hnamebuf；

#endif

)

接下来的一部分主要是对各个选项(如路由、多播)的处理，这里就不做介绍了。

再接下来是ping函数的最主要部分，就是接收无限循环回应信息，这里主要用到

了函数recvfrom。

另外，对用户中断信息也有相应的处理，如下所示：

if(to->sin_family==AF_INET)

(void)printfC'PING%s(%s):%ddatabytes\n",hostname,

inet_ntoa(*(structin_addr*)&to->sin_addr.s_addr),

datalen)；

else

第5页共17页

(void)printf(MPING%s：%ddatabytes\n'f,hostname,datalen)；

/*若程序接收到SIGINT或SIGALRM信号，调用相关的函数*/

(void)signal(SIGINT,finish)；

(void)signal(STGALRM,catcher)；

•••

/*循环等待客户端的回应信息*/

for(；；){

structsockaddr_infrom；

registerintcc；

intfromlen；

if(options&F_FL00D){

/*形成ICMP回应暖据包，在后面会有讲解*/

pingerO；

/*设定等待实践*/

timeout.tv_sec=0；

timeout.tv_usec=10000；

fdmask=1«s；

/*调用select函数*/

《嵌入式Linux应用程序开发详解》一一第10章、嵌入式Linux网络编程

if(select(s+1,(fd_set*)&fdmask,(fd_set*)NULL,

(fd_set*)NULL,&tineout)<1)

continue;

}

fromlen二sizeof(from)；

/*接收客户端信息*/

if((cc二recvfrom(s,(char*)packet,packlen,0,

(structsockaddr*)&from,&fromlen))<0){

if(errno=EINTR)

continue；

perror(Hping：recvfromM)；

continue；

)

pr_pack((char*)packet,cc,&from)；

if(npackets&&nreceived>=npackets)

break；

)

finish(0)；

/*NOTREACHED*/

return0；

)

(2)其他函数

下面的函数也是ping程序中用到的重要函数。首先catcher函数是用户在发送

SIGINT时调用的函数，在该函数中又调用了SIGALARM信号的处理来结束程序。

第6页共17页

staticvoid

catcher(intignore)

{

intwaittime；

(void)ignore；

pinger()；

/*调用catcher函数*/

(void)signal(SIGALRM,catcher)；

if(!npacketsIIntransmitted<npackets)

alarm((u_int)interval)；

else{

if(nreceived){

waittime=2*tmax/1000；

if(!waittime)

waittime=1；

if(waittime>MAXWAIT)

waittime=MAXWAIT；

}else

waittime=MAXWAIT；

/*调用finish函数，并设定一定的等待实践*/

(void)signal(SIGALRM,finish)；

(void)alarm((u_int)waittime)；

)

)

Pinger函数也是一个非常重要的函数，用于形成ICMP回应数据包，其中TD是该

进程的ID,数据段中的前8字节用于存放时间间隔，从而可以计算ping程序从对

端返回的往返时延差，这里的数据校验用到了后面定义的in,ksum函数。其代码

如下所示：

staticvoid

pinger(void)

(

registerstructicmphdr*icp；

registerintcc；

inti；

/*形成icmp信息包，填写icmphdr结构体中的各项数据*/

icp=(structicmphdr*)outpack；

icp->icmp_type=ICMP_ECH0；

icp->icmp_code=0；

icp->icmp_cksum=0；

icp->icmp_seq=ntransmitted++；

icp->icmp_id=ident；/*TD*/

CLR(icp->icmpseq%mxdupck)；

第7页共17页

/*设定等待实践*/

if(timing)

(void)gettimeofday(^structtimeval*)&outpack[8],

(structtimezone*)NULL)；

cc=datalen+8；/*skipsICMPportion*/

《嵌入式Linux应用程序开发详解》一一第10章、嵌入式Linux网络编程

/*computeICMPchecksumhere*/

icp->icmp_cksum=in_cksum((u_short*)icp,cc)；

i=sendto(s,(char*)outpack,cc,0,&whereto,

sizeof(structsockaddr))；

if(i<0|i!=cc){

if(i<0)

perror(Hping：sendto'r)；

(void)printf(Mping：wrote%s%dchars,ret=%d\n,f,

hostname,cc,i);

)

if(!(options&E_QUIET)&&options&F_rL00D)

(void)write(STD0UT_FILEN0,&DOT,1)；

}

prepack是数据包显示函数，分别打印出IP数据包部分和ICMP回应信息。在规

范的程序中通常将数据的显示部分独立出来，这样就可以很好地加强程序的逻辑

性和结构性。

void

pr_pack(char*buf,inicc,structsockaddr_in*from)

(

registerstructicmphdr*icp；

registerinti；

registeru_char*cp,*dp；

/*#if0*/

registeru_long1；

registerintj；

staticintold_rrlen；

staticcharold_rr[MAX_IPOPTLEN]；

/♦Sendif*/

structiphdr*ip；

structtimevaltv,*tp;

longtriptime=0；

inthlen,dupflag；

(void)gettimeofday(&tv,(structtimezoneNULL)；

/*检查IP数据包头信息*/

ip=(structiphdr*)buf；

第8页共17页

hlen=ip->ip_hl<<2；

if(cc<datalen+ICMP_MINLEN){

if(options&F_VERBOSE)

(void)fprintf(stderr,

“ping：packettooshort(%dbytes)from%s\nH,cc,

inet_ntoa(*(structin_addr*)&from->sin_addr.s_addr))；

return；

}

/*ICMP部分显示*/

cc-=hlen；

icp二(structicmphdr*)(buf+hlen)；

if(icp->icmp_type==ICMP_ECHOREPLY){

if(icp->icmp_id1=ident)

return；/*'TwasnotourECHO*/

++nreceived；

if(timing){

#ifndeficmp_data

tp=(structtimeval*)(icp।1)；

#else

tp=(structtimeval*)icp->icmp_data；

#endif

tvsub(&tv,tp)；

triptime=tv.tv_sec*10000+(tv.tv_usec/100)；

tsum+=triptime；

if(triptime<train)

tmin=triptime；

if(triptime>tmax)

tmax=triptime；

}

if(TST(icp->icmp_scq%mx_dup_ck)){

++nrepeats；

一一nreceived；

dupflag=1；

}else{

SET(icp->icmpseq%mxdupck)；

dupflag=0；

)

《嵌入式Linux应用程序开发详解》一一第10章、嵌入式Linux网络编程

if(options&F_QUIET)

return；

if(options&F_FLOOD)

(void)write(STDOUT_FTLENO,&BSPACE,1)；

else{

第9页共17页

(void)printf(M%dbytesfrom%s：icmp_seq=%u",cc,

inet_ntoa(*(structin_addr*)&from->sin_addr.s_addr),

icp->icmp_seq)；

(void)printf(Mip->ip_ttl)；

if(timing)

(void)printf(Mtime=%ld.%ldmsw,triptime/10,

triptime%10);

if(dupflag)

(void)printfC(DUP!)w);

/'*checkthedata*/

#ifndeficmp_data

cp=((u_char*)(icp+1)+8)；

#else

cp=(u_char*)icp->icmp_data+8；

#endif

dp=&outpack[8+sizeof(structtimeval)];

for(i=8；i<datalen；++i,++cp,++dp)(

if(*cp!=*dp){

(void)printf("\nwrongdatabyte#%dshouldbeOx%xbutwasOx%xM,

i,*dp,*cp)；

cp=(u_char*)(icp-1)；

for(i=8；i<datalen；++i,++cp){

if((i%32)==8)

(void)printf(M\n\tM)；

(void)printf(M%x",*cp)；

)

break；

)

}

}

}else{

/*We'vegotsomethingotherthananECHOREPLY*/

if(1(options&F_VERBOSE))

return；

(void)printf(n%dbytesfrom%s:二cc,

pr_addr(from->sin_addr.s_addr))；

pr_icmph(icp)；

)

/*#if0*/

/*显示其他IP选项*/

cp=(u_char*)buf-sizeof(structiphdr)；

for(；hlen>(int)sizeof(structiphdr)；-hlen,++cp)

第io页共17页

switch(*cp){

caseIPOPT_EOL：

hlen=0；

break；

caseIP0PT_LSRR：

(void)printf("\nLSRR：")；

hlen-=2；

j=*++cp；

++cp；

if(j>IP0PT_MIN0FF)

for(；；){

1=*++cp；

1=(1«8)+*++cp；

1=(1«8)+*++cp；

1=(1«8)+*++cp；

if(1=0)

(void)printf(M\t0.0.0.0")；

else

(void)printf(,，\t%sn,pr_addr(ntohl(1)));

hlen-=4；

j-=4；

if(j<=IP0PT_MIN0FF)

break；

(void)putchar(r\n');

)

break；

caseTPOPT_RR：

j=*++cp；/*getlength*/

i=*++cp；/*andpointer*/

hlen-=2；

if(i>j)

i=j；

i-=IPOPT_M1NOFF；

if(i<=0)

continue；

if(i==old_rrlen

&&cp==(u_char*)buf+sizcof(structiphdr)+2

&&!inemcmp((char*)cp,old_rr,i)

&&!(options&F_FL00D)){

(void)printf("\t(saneroute)”)；

i=((i+3)/4)*4；

hlen-=i；

cp+=i；

break；

笫u页共17页

}

old_rrlen=i；

memcpy(old_rr,cp,i)；

(void)printf("\nRR：")；

for(；；){

1=*++cp；

1=(1«8)+*++cp；

1=(1«8)+*++cp；

1=(1«8)+*++cp；

if(1==0)

(void)printf(M\t0.0.0.0M)；

else

(void)printf("\t%s",pr_addr(ntohl(1)))；

hlen-=4；

i-=4；

if(i<=0)

break；

(void)putchar('\n')；

}

break；

caseIPOPT.NOP：

(void)printf("\nN0P*)；

break；

default：

(void)printf("\nunknownoption%x0,*cp)；

break；

}

/*#endif*/

if(!(options&FJ'LOOD)){

(void)putchar('\n');

(void)fflush(stdoutj；

)

)

in_cksum是数据校验程序，如下所示：

staticint

in_cksum(u_short*addr,intlen)

(

registerintnleft=len；

registeru_short*w=addr；

registerintsum=0；

u_shortanswer=0；

/*这里的算法很简单，就采用32bit的加法*/

第12页共17页

while(nleft>1)(

sum+=*w++；

nleft-=2；

)

if(nleft==1){

*(u_char*)(&answer)=*(u_char*)w；

sum+=answer；

}

/*把高16bit加到低16bit上去*/

sum=(sum»16)+(sum&Oxffff)；

sum+=(sum»16)；

answer=飞um；

return(answer)；

}

《嵌入式Linux应用程序开发详解》一一第10章、嵌入式Linux网络编程

Finish程序是ping程序的结束程序，主要是打印出来一些统计信息，如下麻示:

staticvoid

finish(intignore)

(

(void)ignore；

(void)signal(SIGINT,SIG_IGN)；

(void)putchar('\n')；

(void)fflush(stdout)；

(void)printf(M---%spingstatistics---\n\hostname)；

(void)printf(M%ldpacketstransmitted,",ntransmitted)；

(void)printf(M%ldpacketsreceived,”,nreceived)；

if(nrepeats)

(void)printf(M+%ldduplicates,二nrepeats)；

if(ntransmitted)

if(nreceived>ntransmitted)

(void)printf("--sonebody'sprintinguppackets!*');

else

(void)printfpacketloss",

(int)(((ntransmitted-nreceived)*100)/

ntransmitted))；

(void)putchar('\n')；

if(nreceived&&tining)

(void)printf("round-tripmin/avg/max=%ld.%ld/%lu.%ld/%ld.%ld

ms\n",

tmin/10,tmin%10,

(tsum/(nreceived-nrepeats))/10,

(tsum/(nreceived-nrepeats))%10,

tmax/10,tmax%10)；

第13页共17页

if(nreceived==O)exit(1)；

exit(0)；

)

ttifdefnotdef

staticchar*ttab[]={

"EchoReply",/*ip+seq+udata*/

11DostUnreachablen,/*net,host,proto,port,frag,sr+IP*/

"SourceQuenchw,/*IP*/

"Redirect",/*redirect类型，gateway,+TP*/

"Echo",

"TimeExceeded'1,/*传输超时*/

"ParameterProblem'1,/*IP参数问题*/

“Timestamp",/*id-seq+threetimestamps*/

MTimestampReply",/*"*/

"InfoRequestw,/*id+sq*/

"InfoReply"/*"*/

};

ttendif

pjiemph函数是用于打印ICMP的回应信息，如下所示：

staticvoid

pr_icmph(structicmphdr*icp)

{

switch(icp->icmp_type){

/*ICMP回应*/

caseICMP_ECHOREPLY：

(void)printf("EchoReply\n")；

/*XXXTD+Seq+Data*/

break；

/*ICMP终点不可达*/

caseICMP_DEST_UNREACH：

switch(icp->icmp_code){

caseTCMP_NET_UNREACH：

(void)printf("DestinationNetUnreachable\n")；

break；

caseICMP_HOST_UNREACH：

(void)printf("DestinationHostUnreachable\n")；

break；

case1CMP_PROT_UNREACH：

(void)printf("DestinationProtocolUnreachable\n")；

break；

default：

第14页共17页

(void)printf(MDestUnreachable,UnknownCode：%d\n',,

icp->icmp_code);

break；

)

/*PrintreturnedIPheaderinformation*/

#ifndcficmpdata

pr_retip((structiphdr*)(icp+1))；

ttelse

pr_retip((structiphdr*)icp->icmp_data)；

ttendif

break；

•••

default：

(void)printf(Redirect,BadCode：%dM,icp->icmp_code)；

break；

)

(void)printf("(Newaddr；%s)\nM,

inet_ntoa(icp->icmp_gwaddr))；

#ifndeficmp_data

pr_retip((structiphdr*)(icp+1))；

#else

pr_retip((structiphdr*)icp->icmp_data)；

#endif

break；

caseICMPECHO：

(void)printf("EchoRequestXn'1)；

/*XXXID+Seq+Data*/

break；

caseICMPTIME^EXCEEDED：

switch(icp->icmp_code){

caseICMP_EXC_TTL：

(void)printf("Timetoliveexceeded、/')；

break；

caseICMP_EXC_FRAGTIME：

(void)printf("Fragr