ping程序报告

课程设计题目一

实验项目名称：PING程序设计

实验项目性质：综合性

所属课程名称：计算机网络

实验计划学时：四个题目总共2周

一、 实验目的

PING程序是我们使用的比较多的用于测试网络连通性的程序。PING程序基于ICMP，使用ICMP的回送请求和回送应答来工作。由计算机网络课程知道，ICMP是基于IP的一个协议，ICMP包通过IP的封装之后传递。

课程设计中选取PING程序的设计，其目的是希望同学们通过PING程序的设计，能初步掌握TCP/IP网络协议的基本实现方法，对网络的实现机制有进一步的认识。

二、 实验内容和要求

1、RAW模式的SOCKET编程

PING程序是面向用户的应用程序，该程序使用ICMP的封装机制，通过IP协议来工作。为了实现直接对IP和ICMP包进行操作，实验中使用RAW模式的SOCKET编程。

熟悉SOCKET的编程，包括基本的系统调用如SOCKET、BIND等；

2、具体内容

1) 定义数据结构

需要定义好IP数据报、ICMP包等相关的数据结构；

2) 程序实现

在WINDOWS环境下实现PING程序；

3) 程序要求

在命令提示符下输入：

PING ΧΧΧ.ΧΧΧ.ΧΧΧ.ΧΧΧ

其中ΧΧΧ为目的主机的IP地址，不要求支持域名，对是否带有开关变量也不做要求。不带开关变量时，要求返回4次响应。

返回信息的格式：

REPLY FROM ΧΧΧ.ΧΧΧ.ΧΧΧ.ΧΧΧ

或

REQUEST TimeOut （无法PING通的情况）。

三、 实验主要仪器设备和材料

联网计算机。

四、 实验方法、步骤及结构测试

实验按下述步骤进行：

1) 熟悉IP以及ICMP协议的工作机制

2) 熟悉RAW模式的SOCKET编程

3) 编写PING的实现程序

4) 编译环境中需要包括SOCKET库 WS2_32.lib

5) 在模拟实现环境下调试并运行自己编写的PING程序

6) 保留你实现的程序在你的用户目录下，以备辅导教师检查

7) 最后提交源程序，撰写实验报告

五、 具体实现过程

设计摘要

关键词：PING命令，IP/ICMP协议，SOCKET编程，FTPclient/server程序

摘要：本课程设计包含了PING程序设计应用及文件传输协议的简单设计与实现。

其中PING程序设计使用了RAW模式的SOCKET编程，程序使用ICMP的封装机制，通过IP协议来工作。本程序支持连续Ping而且支持域名方式ping

文件传送是各种计算机网络实现的基本功能，文件传送协议是一种最基本的应用层协议按照客户/服务器的模式进行工作，提供交互式的访问，是INTERNET使用最广泛的协议之一。文件传输协议的简单设计与实现建立在计算机网络实验环境TCP/IP 网络体系结构之上，使用socket 编程接口编写两个程序，分别为客户程序(client.c)和服务器程序（server.c），实现下述命令功能：get , put, pwd, dir, cd, ？, quit 等，利用了已有网络环境设计并实现简单应用层协议。

本设计包括了具体设计任务，基本思路及所涉及的相关理论，设计流程图，调试过程中出现的问题及相应解决办法，实验运行结果，核心程序，个人体会及建议等。

1．实验前准备

1.1、设计基本思路

在PING的工作原理下，PING程序基于ICMP，使用ICMP的回送请求和回送应答来工作。为了实现直接对IP和ICMP包进行操作，设计采用RAW模式的SOCKET编程，实现网络连通性的测试，探测主机到主机之间是否可通信，如果不能ping到某台主机，表明不能和这台主机建立连接。当传送IP数据包发生错误，ICMP协议将会把错误信息封包，然后传送回给主机。PING程序是面向用户的应用程序，该程序使用ICMP的封装机制，通过IP协议来工作。

1.2、PING的工作原理

PING 程序是用来探测主机到主机之间是否可通信，如果不能ping到某台主机，表明不能和这台主机建立连接。ping 使用的是ICMP协议，它发送ICMP回送请求消息给目的主机。ICMP协议规定：目的主机必须返回ICMP回送应答消息给源主机。如果源主机在一定时间内收到应答，则认为主机可达。

ICMP协议通过IP协议发送的，IP协议是一种无连接的，不可靠的数据包协议。因此，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。

当传送IP数据包发生错误－－比如主机不可达，路由不可达等等，ICMP协议将会把错误信息封包，然后传送回给主机。给主机一个处理错误的机会，这也就是为什么说建立在IP层以上的协议是可能做到安全的原因。ICMP数据包由8bit的错误类型和8bit的代码和16bit的校验和组成。而前 16bit就组成了ICMP所要传递的信息。

PING利用ICMP协议包来侦测另一个主机是否可达。原理是用类型码为0的ICMP发请求，受到请求的主机则用类型码为8的ICMP回应。ping程序来计算间隔时间，并计算有多少个包被送达。用户就可以判断网络大致的情况。

1.3、RAW模式的SOCKET编程

Windows Sockets规范以U.C. Berkeley大学BSD UNIX中流行的Socket接口为范例定义了一套Micorosoft Windows下网络编程接口。它不仅包含了人们所熟悉的Berkeley Socket风格的库函数；也包含了一组针对Windows的扩展库函数，以使程序员能充分地利用Windows消息驱动机制进行编程。
Windows Sockets规范本意在于提供给应用程序开发者一套简单的API，并让各家网络软件供应商共同遵守。此外，在一个特定版本Windows的基础上，Windows Sockets也定义了一个二进制接口（ABI），以此来保证应用Windows Sockets API的应用程序能够在任何网络软件供应商的符合Windows Sockets协议的实现上工作。因此这份规范定义了应用程序开发者能够使用，并且网络软件供应商能够实现的一套库函数调用和相关语义。

任何能够与Windows Sockets兼容实现协同工作的应用程序就被认为是具有Windows Sockets接口。我们称这种应用程序为Windows Sockets应用程序。

Windows Sockets规范定义并记录了如何使用API与Internet协议族（IPS，通常我们指的是TCP/IP）连接，尤其要指出的是所有的Windows Sockets实现都支持流套接口和数据报套接口.
应用程序调用Windows Sockets的API实现相互之间的通讯。Windows Sockets又利用下层的网络通讯协议功能和操作系统调用实现实际的通讯工作。

2．设计流程图

图一

3．实验运行情况

输入ping 127.0.0.1的结果如下图（默认Ping 4次）：

输入ping –t 127.0.0.1,-t表示修改ping的次数为无穷，Ping的结果如下图：

4. PING核心程序

PING核心程序如下:

// ping.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。

#include<Winsock2.h>

#include<process.h>

#include<stdio.h>

#define SEND_SIZE 32

#define PACKET_SIZE 4096

#define ICMP_ECHO 8

#define ICMP_ECHOREPLY 0

#pragma comment(lib,"Ws2_32.lib")

struct icmp

{

unsigned char icmp_type; //类型

unsigned char icmp_code; //编码

unsigned short icmp_chksum; //校验和

unsigned short icmp_id; //标示符

unsigned short icmp_seq; //顺序号

unsigned long icmp_data; //数据

};

struct ip

{

unsigned char ip_hl:4; //报头长度

unsigned char ip_v:4; //版本号

unsigned char ip_tos; //服务类型

unsigned short ip_len; //总长度

unsigned short ip_id; //标识

unsigned short ip_off; //标志

unsigned char ip_ttl; //生存时间

unsigned char ip_p; //协议号

unsigned short ip_sum; //报头校验和

unsigned long ip_src; //源IP地址

unsigned long ip_dst; //目的IP地址

};

char sendpacket[PACKET_SIZE];

char recvpacket[PACKET_SIZE];

struct sockaddr_in dest_piont; //specify a local or remote endpoint address to which to connect a socket.

struct sockaddr_in from_piont;

int sockfd;

int pid;

bool loop;

unsigned short cal_chksum(unsigned short *addr,int len);

int pack(int pack_no);

int unpack(unsigned char *buf,int len);

void send_packet(void);

void recv_packet(void);

int main(int argc, char **argv)

{

struct hostent *host_info;

struct protoent *protocol;

int timeout=1000;

int send_count=4;

int i;

char *target_host;

target_host=argv[argc-1];//域名

switch(argc)

{

case 2: break;

case 3: if(strcmp(argv[1],"-t")==0)

{

send_count=10000;

break;

}

default:

printf("usage: %s [-t] host name or IP address\n",argv[0]);

exit(1);

}

WORD wVersionRequested;

WSADATA wsaData;

int err;

wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2);

err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);

if ( err != 0 ) return 0;//

if ( LOBYTE(wsaData.wVersion) != 2 ||HIBYTE(wsaData.wVersion) != 2 )

{

WSACleanup();

return 0;//

}

protocol=getprotobyname("icmp");

sockfd=socket(AF_INET,SOCK_RAW,protocol->p_proto);

if (host_info = gethostbyname(target_host))

{

dest_piont.sin_family=AF_INET;

memcpy( (char*)&dest_piont.sin_addr,host_info->h_addr,host_info-> h_length);

}

else {

printf("ping request could find host %s. \n", target_host);

return 0;

}

printf("Pinging %s [%s]:with %d bytes of data:\n\n",target_host,inet_ntoa(dest_piont.sin_addr),SEND_SIZE);

if(argc==2)

{

for(i=0;i<SEND_COUNT;i++)

{

send_packet();

recv_packet();

Sleep(1000);

}

else if(loop)

{

send_packet();

recv_packet();

Sleep(1000);

}

while(loop);

}

//this algorithm is referenced from other's

unsigned short cal_chksum(unsigned short *addr,int len)

{

int nleft=len;

int sum=0;

unsigned short *w=addr;

unsigned short answer=0;

while(nleft>1)

{ sum+=*w++;

nleft-=2;

}

if( nleft==1) //处理ICMP报头为奇数个字节时累加最后一个

{

*(unsigned char *)(&answer)=*(unsigned char *)w;

sum+=answer;

}

sum=(sum>>16)+(sum&0xffff);

sum+=(sum>>16);

answer=~sum;

return answer;

}

//打包

int pack(int pack_no)

{

int packsize;

struct icmp *icmp;

packsize=8+SEND_SIZE;

icmp=(struct icmp*)sendpacket;

icmp->icmp_type=ICMP_ECHO;

icmp->icmp_code=0;

icmp->icmp_chksum=0;

icmp->icmp_seq=pack_no;

icmp->icmp_data=GetTickCount();//数据项用系统时间填充

icmp->icmp_chksum=cal_chksum( (unsigned short *)icmp,packsize); /*校验算法*/

return packsize;

}

//解包

int unpack(char *buf,int len)

{

struct ip *ip;

struct icmp *icmp;

double rtt;

int iphdrlen;

ip=(struct ip *)buf;

iphdrlen=ip->ip_hl*4;

icmp=(struct icmp *)(buf+iphdrlen);

if( (icmp->icmp_type==ICMP_ECHOREPLY) && (icmp->icmp_id==pid) )

{

len=len-iphdrlen-8;

rtt=GetTickCount()-icmp->icmp_data;

printf("Reply from %s: bytes=%d time=%.0fms TTL=%d icmp_seq=%u\n", inet_ntoa(from_piont.sin_addr),len,rtt,ip->ip_ttl,icmp->icmp_seq);

return 1;

}

return 0;

}

//发送

void send_packet()

{

int packetsize;

static int pack_no=0;

packetsize=pack(pack_no++); //打包

if(sendto(sockfd,sendpacket,packetsize,0,(struct sockaddr*)&dest_piont,sizeof(dest_piont))<0 )

printf("Destination host unreachable.\n");

}

//接收

void recv_packet()

{

int n,fromlen;

int success;

fromlen=sizeof(from_piont);

{

if( (n=recvfrom(sockfd,recvpacket,sizeof(recvpacket),0,(struct sockaddr *)&from_piont,&fromlen)) >=0)

success=unpack(recvpacket,n);//解包

else if (WSAGetLastError() == WSAETIMEDOUT)

{

printf("Request timed out.\n");

return;

}

}while(!success);

}

5. 心得体会

通过本实验熟悉了ping的工作原理以及RAW模式的socket编程，初步掌握了ping程序的设计，并能利用它初步测试判断网络连通性能。网络是一个实践性比较强的课程，通过此设计和应用，加深了网络的理解。

参考文献

【1】谭浩强编著 C++程序设计.北京：清华大学出版社，2004，6

【2】谭浩强编著 C程序设计.北京：清华大学出版社，2005，7

【3】王洪涛编著深入剖析Visual C++.北京：人民邮电出版社，2003，3

【4】陈良伦编著网络工程概论.北京：机械工业出版社，2007，4

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