Linux中PING怎么用

這篇文章主要為大家展示了“Linux中PING怎么用”，內容簡而易懂，條理清晰，希望能夠幫助大家解決疑惑，下面讓小編帶領大家一起研究并學習一下“Linux中PING怎么用”這篇文章吧。

PING(Packet InterNet  Groper)中文名為因特網包探索器，是用來查看網絡上另一個主機系統的網絡連接是否正常的一個工具。ping命令的工作原理是：向網絡上的另一個主機系統發送ICMP報文，如果指定系統得到了報文，它將把回復報文傳回給發送者，這有點象潛水艇聲納系統中使用的發聲裝置。所以，我們想知道我這臺主機能不能和另一臺進行通信，我們首先需要確認的是我們兩臺主機間的網絡是不是通的，也就是我說的話能不能傳到你那里，這是雙方進行通信的前提。在Linux下使用指令ping的方法和現象如下：

PING的實現看起來并不復雜，我想自己寫代碼實現這個功能，需要些什么知識儲備?我簡單羅列了一下：

• ICMP協議的理解

• RAW套接字

• 網絡封包和解包技能

搭建這么一個ping程序的步驟如下：

1. ICMP包的封裝和解封

2. 創建一個線程用于ICMP包的發送

3. 創建一個線程用于ICMP包的接收

4. 原始套接字編程

PING的流程如下：

一、ICMP包的封裝和解封

(1) ICMP協議理解

要進行PING的開發，我們首先需要知道PING的實現是基于ICMP協議來開發的。要進行ICMP包的封裝和解封，我們首先需要理解ICMP協議。ICMP位于網絡層，允許主機或者路由器報告差錯情況和提供有關異常情況的報告。ICMP報文是封裝在IP數據報中，作為其中的數據部分。ICMP報文作為IP層數據報的數據，加上數據報頭，組成IP數據報發送出去。ICMP報文格式如下：

ICMP報文的種類有兩種，即ICMP差錯報告報文和ICMP詢問報文。PING程序使用的ICMP報文種類為ICMP詢問報文。注意一下上面說到的ICMP報文格式中的“類型”字段，我們在組包的時候可以向該字段填寫不同的值來標定該ICMP報文的類型。下面列出的是幾種常用的ICMP報文類型。

我們的PING程序需要用到的ICMP的類型是回送請求(8)。

因為ICMP報文的具體格式會因為ICMP報文的類型而各不相同，我們ping包的格式是這樣的：

(2) ICMP包的組裝

對照上面的ping包格式，我們封裝ping包的代碼可以這么寫：

void icmp_pack(struct icmp* icmphdr, int seq, int length) {    int i = 0;      icmphdr->icmp_type = ICMP_ECHO;  //類型填回送請求     icmphdr->icmp_code = 0;        icmphdr->icmp_cksum = 0; //注意，這里先填寫0，很重要！     icmphdr->icmp_seq = seq;  //這里的序列號我們填1,2,3,4....     icmphdr->icmp_id = pid & 0xffff;  //我們使用pid作為icmp_id,icmp_id只是2字節，而pid有4字節     for(i=0;i<length;i++)     {         icmphdr->icmp_data[i] = i;  //填充數據段，使ICMP報文大于64B    }      icmphdr->icmp_cksum = cal_chksum((unsigned short*)icmphdr, length); //校驗和計算}

這里再三提醒一下，icmp_cksum  必須先填寫為0再執行校驗和算法計算，否則ping時對方主機會因為校驗和計算錯誤而丟棄請求包，導致ping的失敗。我一個同事曾經就因為這么一個錯誤而排查許久，血的教訓請銘記。

這里簡單介紹一下checksum(校驗和)。

計算機網絡通信時，為了檢驗在數據傳輸過程中數據是否發生了錯誤，通常在傳輸數據的時候連同校驗和一塊傳輸，當接收端接受數據時候會從新計算校驗和，如果與原校驗和不同就視為出錯，丟棄該數據包，并返回icmp報文。

算法基本思路：

IP/ICMP/IGMP/TCP/UDP等協議的校驗和算法都是相同的，采用的都是將數據流視為16位整數流進行重復疊加計算。為了計算檢驗和，首先把檢驗和字段置為0。然后，對有效數據范圍內中每個16位進行二進制反碼求和，結果存在檢驗和字段中，如果數據長度為奇數則補一字節0。當收到數據后，同樣對有效數據范圍中每個16位數進行二進制反碼的求和。由于接收方在計算過程中包含了發送方存在首部中的檢驗和，因此，如果首部在傳輸過程中沒有發生任何差錯，那么接收方計算的結果應該為全0或全1(具體看實現了,本質一樣)  。如果結果不是全0或全1，那么表示數據錯誤。

/*校驗和算法*/  unsigned short cal_chksum(unsigned short *addr,int len) {       int nleft=len;        int sum=0;         unsigned short *w=addr;         unsigned short answer=0;        /*把ICMP報頭二進制數據以2字節為單位累加起來*/         while(nleft>1)         {                    sum+=*w++;             nleft-=2;         }        /*若ICMP報頭為奇數個字節，會剩下***一字節。把***一個字節視為一個2字節數據的高字節，這個2字節數據的低字節為0，繼續累加*/         if( nleft==1)         {                    *(unsigned char *)(&answer)=*(unsigned char *)w;             sum+=answer;         }         sum=(sum>>16)+(sum&0xffff);         sum+=(sum>>16);         answer=~sum;        return answer; }

(3) ICMP包的解包

知道怎么封裝包，那解包就也不難了，注意的是，收到一個ICMP包，我們不要就認為這個包就是我們發出去的ICMP回送回答包，我們需要加一層代碼來判斷該ICMP報文的id和seq字段是否符合我們發送的ICMP報文的設置，來驗證ICMP回復包的正確性。

int icmp_unpack(char* buf, int len) {    int iphdr_len;    struct timeval begin_time, recv_time, offset_time;    int rtt;  //round trip time      struct ip* ip_hdr = (struct ip *)buf;     iphdr_len = ip_hdr->ip_hl*4;    struct icmp* icmp = (struct icmp*)(buf+iphdr_len); //使指針跳過IP頭指向ICMP頭     len-=iphdr_len;  //icmp包長度     if(len < 8)   //判斷長度是否為ICMP包長度    {         fprintf(stderr, "Invalid icmp packet.Its length is less than 8\n");        return -1;     }    //判斷該包是ICMP回送回答包且該包是我們發出去的     if((icmp->icmp_type == ICMP_ECHOREPLY) && (icmp->icmp_id == (pid & 0xffff)))      {        if((icmp->icmp_seq < 0) || (icmp->icmp_seq > PACKET_SEND_MAX_NUM))         {             fprintf(stderr, "icmp packet seq is out of range!\n");            return -1;         }          ping_packet[icmp->icmp_seq].flag = 0;         begin_time = ping_packet[icmp->icmp_seq].begin_time;  //去除該包的發出時間         gettimeofday(&recv_time, NULL);          offset_time = cal_time_offset(begin_time, recv_time);         rtt = offset_time.tv_sec*1000 + offset_time.tv_usec/1000; //毫秒為單位         printf("%d byte from %s: icmp_seq=%u ttl=%d rtt=%d ms\n",             len, inet_ntoa(ip_hdr->ip_src), icmp->icmp_seq, ip_hdr->ip_ttl, rtt);              }    else     {         fprintf(stderr, "Invalid ICMP packet! Its id is not matched!\n");        return -1;     }    return 0; }

二、發包線程的搭建

根據PING程序的框架，我們需要建立一個線程用于ping包的發送，我的想法是這樣的：使用sendto進行發包，發包速率我們維持在1秒1發，我們需要用一個全局變量記錄***個ping包發出的時間，除此之外，我們還需要一個全局變量來記錄我們發出的ping包到底有幾個，這兩個變量用于后來收到ping包回復后的數據計算。

void ping_send() {    char send_buf[128];     memset(send_buf, 0, sizeof(send_buf));     gettimeofday(&start_time, NULL); //記錄***個ping包發出的時間     while(alive)     {        int size = 0;         gettimeofday(&(ping_packet[send_count].begin_time), NULL);         ping_packet[send_count].flag = 1; //將該標記為設置為該包已發送         icmp_pack((struct icmp*)send_buf, send_count, 64); //封裝icmp包         size = sendto(rawsock, send_buf, 64, 0, (struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest));         send_count++; //記錄發出ping包的數量         if(size < 0)         {             fprintf(stderr, "send icmp packet fail!\n");            continue;         }          sleep(1);     } }

三、收包線程的搭建

我們同樣建立一個接收包的線程，這里我們采用select函數進行收包，并為select函數設置超時時間為200us，若發生超時，則進行下一個循環。同樣地，我們也需要一個全局變量來記錄成功接收到的ping回復包的數量。

void ping_recv() {    struct timeval tv;     tv.tv_usec = 200;  //設置select函數的超時時間為200us     tv.tv_sec = 0;     fd_set read_fd;    char recv_buf[512];     memset(recv_buf, 0 ,sizeof(recv_buf));    while(alive)     {        int ret = 0;         FD_ZERO(&read_fd);         FD_SET(rawsock, &read_fd);         ret = select(rawsock+1, &read_fd, NULL, NULL, &tv);        switch(ret)         {            case -1:                 fprintf(stderr,"fail to select!\n");                break;            case 0:                break;            default:                 {                    int size = recv(rawsock, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0);                    if(size < 0)                     {                         fprintf(stderr,"recv data fail!\n");                        continue;                     }                      ret = icmp_unpack(recv_buf, size); //對接收的包進行解封                     if(ret == -1)  //不是屬于自己的icmp包，丟棄不處理                    {                        continue;                     }                     recv_count++; //接收包計數                }                break;         }      } }

四、中斷處理

我們規定了一次ping發送的包的***值為64個，若超出該數值就停止發送。作為PING的使用者，我們一般只會發送若干個包，若有這幾個包順利返回，我們就crtl+c中斷ping。這里的代碼主要是為中斷信號寫一個中斷處理函數，將alive這個全局變量設置為0，進而使發送ping包的循環停止而結束程序。

oid icmp_sigint(int signo) {     alive = 0;     gettimeofday(&end_time, NULL);     time_interval = cal_time_offset(start_time, end_time); }  signal(SIGINT, icmp_sigint);

五、總體實現

各模塊介紹完了，現在貼出完整代碼。

#include <stdio.h>   #include <netinet/in.h>   #include <netinet/ip.h>   #include <netinet/ip_icmp.h>   #include <unistd.h>   #include <signal.h>   #include <arpa/inet.h>   #include <errno.h>   #include <sys/time.h>  #include <string.h>  #include <netdb.h>  #include <pthread.h>        #define PACKET_SEND_MAX_NUM 64       typedef struct ping_packet_status   {        struct timeval begin_time;        struct timeval end_time;        int flag;   //發送標志,1為已發送        int seq;     //包的序列號    }ping_packet_status;                ping_packet_status ping_packet[PACKET_SEND_MAX_NUM];        int alive;    int rawsock;    int send_count;    int recv_count;    pid_t pid;    struct sockaddr_in dest;    struct timeval start_time;    struct timeval end_time;    struct timeval time_interval;        /*校驗和算法*/    unsigned short cal_chksum(unsigned short *addr,int len) {       int nleft=len;            int sum=0;            unsigned short *w=addr;            unsigned short answer=0;                /*把ICMP報頭二進制數據以2字節為單位累加起來*/            while(nleft>1)            {                      sum+=*w++;                nleft-=2;            }            /*若ICMP報頭為奇數個字節，會剩下***一字節。把***一個字節視為一個2字節數據的高字節，這個2字節數據的低字節為0，繼續累加*/            if( nleft==1)            {                      *(unsigned char *)(&answer)=*(unsigned char *)w;                sum+=answer;            }            sum=(sum>>16)+(sum&0xffff);            sum+=(sum>>16);            answer=~sum;            return answer;    }        struct timeval cal_time_offset(struct timeval begin, struct timeval end)    {        struct timeval ans;        ans.tv_sec = end.tv_sec - begin.tv_sec;        ans.tv_usec = end.tv_usec - begin.tv_usec;        if(ans.tv_usec < 0) //如果接收時間的usec小于發送時間的usec，則向sec域借位        {            ans.tv_sec--;            ans.tv_usec+=1000000;        }        return ans;    }        void icmp_pack(struct icmp* icmphdr, int seq, int length)    {        int i = 0;            icmphdr->icmp_type = ICMP_ECHO;        icmphdr->icmp_code = 0;        icmphdr->icmp_cksum = 0;        icmphdr->icmp_seq = seq;        icmphdr->icmp_id = pid & 0xffff;        for(i=0;i<length;i++)        {            icmphdr->icmp_data[i] = i;        }            icmphdr->icmp_cksum = cal_chksum((unsigned short*)icmphdr, length);    }        int icmp_unpack(char* buf, int len)    {        int iphdr_len;        struct timeval begin_time, recv_time, offset_time;        int rtt;  //round trip time          struct ip* ip_hdr = (struct ip *)buf;      iphdr_len = ip_hdr->ip_hl*4;       struct icmp* icmp = (struct icmp*)(buf+iphdr_len);      len-=iphdr_len;  //icmp包長度      if(len < 8)   //判斷長度是否為ICMP包長度      {          fprintf(stderr, "Invalid icmp packet.Its length is less than 8\n");          return -1;      }          //判斷該包是ICMP回送回答包且該包是我們發出去的      if((icmp->icmp_type == ICMP_ECHOREPLY) && (icmp->icmp_id == (pid & 0xffff)))       {          if((icmp->icmp_seq < 0) || (icmp->icmp_seq > PACKET_SEND_MAX_NUM))            {                       fprintf(stderr, "icmp packet seq is out of range!\n");              return -1;          }            ping_packet[icmp->icmp_seq].flag = 0;          begin_time = ping_packet[icmp->icmp_seq].begin_time;          gettimeofday(&recv_time, NULL);            offset_time = cal_time_offset(begin_time, recv_time);          rtt = offset_time.tv_sec*1000 + offset_time.tv_usec/1000; //毫秒為單位            printf("%d byte from %s: icmp_seq=%u ttl=%d rtt=%d ms\n",              len, inet_ntoa(ip_hdr->ip_src), icmp->icmp_seq, ip_hdr->ip_ttl, rtt);                }      else      {          fprintf(stderr, "Invalid ICMP packet! Its id is not matched!\n");          return -1;      }      return 0;  }    void ping_send()  {      char send_buf[128];      memset(send_buf, 0, sizeof(send_buf));      gettimeofday(&start_time, NULL); //記錄***個ping包發出的時間      while(alive)      {          int size = 0;          gettimeofday(&(ping_packet[send_count].begin_time), NULL);          ping_packet[send_count].flag = 1; //將該標記為設置為該包已發送            icmp_pack((struct icmp*)send_buf, send_count, 64); //封裝icmp包          size = sendto(rawsock, send_buf, 64, 0, (struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest));          send_count++; //記錄發出ping包的數量          if(size < 0)          {              fprintf(stderr, "send icmp packet fail!\n");              continue;          }            sleep(1);      }  }    void ping_recv()  {     struct timeval tv;      tv.tv_usec = 200;  //設置select函數的超時時間為200us      tv.tv_sec = 0;      fd_set read_fd;      char recv_buf[512];      memset(recv_buf, 0 ,sizeof(recv_buf));      while(alive)      {          int ret = 0;          FD_ZERO(&read_fd);          FD_SET(rawsock, &read_fd);          ret = select(rawsock+1, &read_fd, NULL, NULL, &tv);          switch(ret)          {              case -1:                  fprintf(stderr,"fail to select!\n");                 break;              case 0:                  break;              default:                  {                      int size = recv(rawsock, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0);                      if(size < 0)                      {                          fprintf(stderr,"recv data fail!\n");                          continue;                      }                        ret = icmp_unpack(recv_buf, size); //對接收的包進行解封                      if(ret == -1)  //不是屬于自己的icmp包，丟棄不處理                      {                          continue;                      }                      recv_count++; //接收包計數                  }                  break;          }        }     }    void icmp_sigint(int signo)  {      alive = 0;      gettimeofday(&end_time, NULL);      time_interval = cal_time_offset(start_time, end_time);  }    void ping_stats_show()   {      long time = time_interval.tv_sec*1000+time_interval.tv_usec/1000;      /*注意除數不能為零，這里send_count有可能為零，所以運行時提示錯誤*/      printf("%d packets transmitted, %d recieved, %d%c packet loss, time %ldms\n",          send_count, recv_count, (send_count-recv_count)*100/send_count, '%', time); }   int main(int argc, char* argv[]) {   int size = 128*1024;//128k   struct protoent* protocol = NULL;   char dest_addr_str[80];   memset(dest_addr_str, 0, 80);   unsigned int inaddr = 1;   struct hostent* host = NULL;    pthread_t send_id,recv_id;       if(argc < 2)   {            printf("Invalid IP ADDRESS!\n");          return -1;   }        protocol = getprotobyname("icmp"); //獲取協議類型ICMP   if(protocol == NULL)   {          printf("Fail to getprotobyname!\n");        return -1;   }         memcpy(dest_addr_str, argv[1], strlen(argv[1])+1);    rawsock = socket(AF_INET,SOCK_RAW,protocol->p_proto);   if(rawsock < 0)   {          printf("Fail to create socket!\n");       return -1;   }      pid = getpid();    setsockopt(rawsock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &size, sizeof(size)); //增大接收緩沖區至128K     bzero(&dest,sizeof(dest));    dest.sin_family = AF_INET;    inaddr = inet_addr(argv[1]);   if(inaddr == INADDR_NONE)   //判斷用戶輸入的是否為IP地址還是域名   {            //輸入的是域名地址          host = gethostbyname(argv[1]);          if(host == NULL)          {                  printf("Fail to gethostbyname!\n");              return -1;          }                   memcpy((char*)&dest.sin_addr, host->h_addr, host->h_length);      }       else      {          memcpy((char*)&dest.sin_addr, &inaddr, sizeof(inaddr));//輸入的是IP地址      }      inaddr = dest.sin_addr.s_addr;      printf("PING %s, (%d.%d.%d.%d) 56(84) bytes of data.\n",dest_addr_str,          (inaddr&0x000000ff), (inaddr&0x0000ff00)>>8,           (inaddr&0x00ff0000)>>16, (inaddr&0xff000000)>>24);        alive = 1;  //控制ping的發送和接收        signal(SIGINT, icmp_sigint);       if(pthread_create(&send_id, NULL, (void*)ping_send, NULL))      {            printf("Fail to create ping send thread!\n");          return -1;      }         if(pthread_create(&recv_id, NULL, (void*)ping_recv, NULL))      {          printf("Fail to create ping recv thread!\n");          return -1;      }          pthread_join(send_id, NULL);//等待send ping線程結束后進程再結束      pthread_join(recv_id, NULL);//等待recv ping線程結束后進程再結束        ping_stats_show();         close(rawsock);         return 0;    }

編譯以及實驗現象如下：

我的實驗環境是兩臺服務器，發起ping的主機是172.0.5.183，被ping的主機是172.0.5.182，以下是我的兩次實驗現象(ping  IP和ping 域名)。

特別注意：

只有root用戶才能利用socket()函數生成原始套接字，要讓Linux的一般用戶能執行以上程序，需進行如下的特別操作：用root登陸，編譯以上程序gcc  -lpthread -o ping ping.c

實驗現象可以看出，PING是成功的，表明兩主機間的網絡是通的，發出的所有ping包都收到了回復。

下面是Linux系統自帶的PING程序，我們可以對比一下我們設計的PING程序跟系統自帶的PING程序有何不同。

以上是“Linux中PING怎么用”這篇文章的所有內容，感謝各位的閱讀！相信大家都有了一定的了解，希望分享的內容對大家有所幫助，如果還想學習更多知識，歡迎關注億速云行業資訊頻道！