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Windows平台Ping示例源碼分析（C/C++）

//-----------------------iphdr.h-----------------------//

//源碼分析將忽略ipv6

//邊界對齊至字節
pshpack1.h為官方頭文件，不做贅述。

#include <pshpack1.h>
// 1 -- ipv4 頭部
typedef struct ip_hdr
{
    unsigned char  ip_verlen;       // 前4位IP版本號(IPv4 或者IPv6)
                                    // 後4位頭部長度(32位，4字節)（1.1）
    unsigned char  ip_tos;          // 前3位為優先級，後5位為服務類型（1.2）
    unsigned short ip_totallength;  // 16位包總長度包括頭部和數據(字節)（1.3）
    unsigned short ip_id;           // 16位ID標識
    unsigned short ip_offset;       // 前3位為分段標識，後5位為分段偏移
    unsigned char  ip_ttl;          // 該包可經過的路由器數量上限
    unsigned char  ip_protocol;     // 協議類型（TCP，UDP，ICMP，IGMP等）
    unsigned short ip_checksum;     // ipv4 頭部的校驗和
    unsigned int   ip_srcaddr;      // ipv4 源地址
    unsigned int   ip_destaddr;     // ipv4 目的地址
} IPV4_HDR, *PIPV4_HDR, FAR * LPIPV4_HDR;
此為IPv4頭部定義。IPv4頭部一般為20字節大小除非使用到選項位。

(1.1) 由於最大頭部的限製，ping所具有路由記錄功能在如今的網絡拓撲中無法使用（隻能記錄9個ipv4地址）。此功能由traceroute替代。
(1.2) 以上參照CCNA Study Guide的說法。在TCP/IP illustrated Volume I中前3位被忽略，後4位分別代表minimize delay, maximize throughput, maximize reliability, 和minimize monetray cost，最後1位被置0並忽略。
(1.3) 理論上ipv4可以達到的最大長度為65536字節，除了在超級通道(hyperchannel)中出現這種最大傳輸單元外，在普通網絡中通常隻允許 8192字節大小的包傳輸。TCP為流協議沒有大小限製，UDP最大包為512字節。一台主機一次可接收的最大數據包為576字節。
 
// 2 -- ipv4 選項頭部
typedef struct ipv4_option_hdr
{
    unsigned char   opt_code;          // ipv4 選項頭類型
    unsigned char   opt_len;           // ipv4 選項頭長度
    unsigned char   opt_ptr;           // ipv4 選項頭指針
    unsigned long   opt_addr[9];       // ipv4 9個地址列表(2.1)
} IPV4_OPTION_HDR, *PIPV4_OPTION_HDR, FAR *LPIPV4_OPTION_HDR;
(2.1) 參照(1.1)
 
// 3 -- icmp 頭部
typedef struct icmp_hdr
{
    unsigned char   icmp_type;            // icmp 類型
    unsigned char   icmp_code;            // ipv4 碼
    unsigned short  icmp_checksum;        // icmp 頭部及數據校驗和
    unsigned short  icmp_id;              // icmp id標識(3.1)
    unsigned short  icmp_sequence;        // icmp 序列號，請求回應消息對
} ICMP_HDR, *PICMP_HDR, FAR *LPICMP_HDR;
(3.1) id標識一般為發送icmp回顯請求的進程號
 
// 4 -- udp 頭部（此頭部未在程序中用到）
typedef struct udp_hdr
{
    unsigned short src_portno;            // 源端口
    unsigned short dst_portno;            // 目的端口
    unsigned short udp_length;            // udp 包總長度(字節)
    unsigned short udp_checksum;          // udp 頭部以及數據校驗和(4.1)
} UDP_HDR, *PUDP_HDR;
(4.1) UDP，TCP校驗和都包括頭部和數據。IP校驗和隻涉及頭部。UDP校驗和可選，TCP為強製。
// 5 -- ipv4  路徑記錄宏
#define IP_RECORD_ROUTE     0x7            

// icmp 類型和碼(5.1)
#define ICMPV4_ECHO_REQUEST_TYPE   8        // icmp  回顯請求類型
#define ICMPV4_ECHO_REQUEST_CODE   0        // icmp  回顯請求碼
#define ICMPV4_ECHO_REPLY_TYPE     0        // icmp  回顯回應類型
#define ICMPV4_ECHO_REPLY_CODE     0        // icmp  回顯回應碼
#define ICMPV4_MINIMUM_HEADER      8        // icmp  最小頭部
(5.1) 參照TCP/IP Illustrated : Volume 1 Chapter 6 ICMP   ICMP 消息類型
 //-----------------------resolve.h---------------------//
// 恢複默認對齊方式
#include <poppack.h>
#ifndef _RESOLVE_H_
#define _RESOLVE_H_
// 在C++編譯器中以C語言的方式編譯
#ifdef _cplusplus
extern "C" {
#endif
 
int              PrintAddress(SOCKADDR *sa, int salen);
int              FormatAddress(SOCKADDR *sa, int salen, char *addrbuf, int addrbuflen);
int              ReverseLookup(SOCKADDR *sa, int salen, char *namebuf, int namebuflen);
struct addrinfo *ResolveAddress(char *addr, char *port, int af, int type, int proto);
 
#ifdef _cplusplus
}
#endif
 
#endif
//-----------------------resolve.cpp---------------------//
// 6
#include <winsock2.h>              // socket 標準頭文件
#include <ws2tcpip.h>              // TCP/IP實現相關(6.1)
#include <strsafe.h>               // 提供安全的字符串操作(6.2)
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
#include "resolve.h"
(6.1) 此頭文件提供 getnameinfo，getaddrinfo函數。

(6.2) StringCchPrintf, StringCchCopy 具有相對於printf 和strcpy函數更多的緩衝區安全機製。
// 7
int PrintAddress(SOCKADDR *sa, int salen)
{
    char    host[NI_MAXHOST],
            serv[NI_MAXSERV];
    int     hostlen = NI_MAXHOST,
            servlen = NI_MAXSERV,
            rc;
 
    rc = getnameinfo(               // 提供協議無關的名字解析(7.1)
            sa,
            salen,
            host,
            hostlen,
            serv,
            servlen,
            NI_NUMERICHOST | NI_NUMERICSERV
            );
    if (rc != 0)
    {
        fprintf(stderr, "%s: getnameinfo failed: %d/n", __FILE__, rc);
        return rc;
    }
    if (strcmp(serv, "0") != 0)
    {
        if (sa->sa_family == AF_INET)
            printf("[%s]:%s", host, serv);
        else
            printf("%s:%s", host, serv);
    }
    else
        printf("%s", host);
 
    return NO_ERROR;
}
(7.1) host 缺省返回為一個在網絡上的完整域名。serv返回為一個端口服務名。NI_NUMBERICHOST | NI_NUMBERICSERV 意味著返回以數字形式表示的host(IP地址)和serv(端口號)。
此函數與ResolveAddress函數的區別為此函數將addrinfo結構中sockaddr翻譯成為可讀信息。
int FormatAddress(SOCKADDR *sa, int salen, char *addrbuf, int addrbuflen)
{
    char    host[NI_MAXHOST],
            serv[NI_MAXSERV];
    int     hostlen = NI_MAXHOST,
            servlen = NI_MAXSERV,
            rc;
    HRESULT hRet;
 
    rc = getnameinfo(
            sa,
            salen,
            host,
            hostlen,
            serv,
            servlen,
            NI_NUMERICHOST | NI_NUMERICSERV
            );
    if (rc != 0)
    {
        fprintf(stderr, "%s: getnameinfo failed: %d/n", __FILE__, rc);
        return rc;
    }
 
    if ( (strlen(host) + strlen(serv) + 1) > (unsigned)addrbuflen)
        return WSAEFAULT;
 
    addrbuf[0] = '/0';
 
    if (sa->sa_family == AF_INET)
    {
        if(FAILED(hRet = StringCchPrintf(addrbuf, addrbuflen, "%s:%s", host, serv)))
        {
            fprintf(stderr,"%s StringCchPrintf failed: 0x%x/n",__FILE__,hRet);
            return (int)hRet;
        }
    }
    else if (sa->sa_family == AF_INET6)
    {
        if(FAILED(hRet = StringCchPrintf(addrbuf, addrbuflen, "[%s]:%s", host, serv)))
        {
            fprintf(stderr,"%s StringCchPrintf failed: 0x%x/n",__FILE__,hRet);
            return (int)hRet;
        }
    }
    return NO_ERROR;
}
以上代碼將解析出的IP地址和端口號以 X：X的形式存放入字符串。
struct addrinfo *ResolveAddress(char *addr, char *port, int af, int type, int proto)
{
    struct addrinfo hints,
    *res = NULL;
    int             rc;
 
    memset(&hints, 0, sizeof(hints));
    hints.ai_flags  = ((addr) ? 0 : AI_PASSIVE);
    hints.ai_family = af;
    hints.ai_socktype = type;
    hints.ai_protocol = proto;
 
    rc = getaddrinfo(
            addr,
            port,
           &hints,
           &res
            );
    if (rc != 0)
    {
        fprintf(stderr, "Invalid address %s, getaddrinfo failed: %d/n", addr, rc);
        return NULL;
    }
    return res;
}
以上代碼解析出域名將地址信息存入addrinfo結構。
int ReverseLookup(SOCKADDR *sa, int salen, char *buf, int buflen)
{
    char    host[NI_MAXHOST];
    int     hostlen=NI_MAXHOST,
            rc;
    HRESULT hRet;
   
    rc = getnameinfo(
            sa,
            salen,
            host,
            hostlen,
            NULL,
            0,
            0
            );
    if (rc != 0)
    {
        fprintf(stderr, "getnameinfo failed: %d/n", rc);
        return rc;
    }
 
    buf[0] = '/0';
    if(FAILED(hRet = StringCchCopy(buf, buflen, host)))
    {
        fprintf(stderr,"StringCchCopy failed: 0x%x/n",hRet);
        return (int)hRet;
    }
 
    return NO_ERROR;
}
DNS逆向查找(此函數未被調用過)。  此函數和PrintAddress 函數功能相近。
//-----------------------ping.cpp---------------------//
// 64位架構
#ifdef _IA64_
#pragma warning (disable: 4267)
#endif
// 此宏定義使windows.h剔除部分頭文件，加快編譯速度
#ifndef WIN32_LEAN_AND_MEAN
#define WIN32_LEAN_AND_MEAN
#endif
 
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "resolve.h"
#include "iphdr.h"
 
#define DEFAULT_DATA_SIZE      32       // icmp 數據段大小
#define DEFAULT_SEND_COUNT     4        // ping 的次數
#define DEFAULT_RECV_TIMEOUT   6000     // 接收超時
#define DEFAULT_TTL            128      // 最大跳站術
#define MAX_RECV_BUF_LEN       0xFFFF   // 最大接收緩衝區大小
 
int   gAddressFamily=AF_UNSPEC,        
      gProtocol=IPPROTO_ICMP,          
      gTtl=DEFAULT_TTL;                
int   gDataSize=DEFAULT_DATA_SIZE;     
BOOL  bRecordRoute=FALSE;               //  是否記錄路由
char *gDestination=NULL,               
      recvbuf[MAX_RECV_BUF_LEN];       
int   recvbuflen = MAX_RECV_BUF_LEN; 
//  ping 命令使用方法
void usage(char *progname)
{
    printf("usage: %s [options] <host> /n", progname);
    printf("        host        Remote machine to ping/n");
    printf("        options: /n");
    printf("            -a 4|6       Address family (default: AF_UNSPEC)/n");
    printf("            -i ttl       Time to live (default: 128) /n");
    printf("            -l bytes     Amount of data to send (default: 32) /n");
    printf("            -r           Record route (IPv4 only)/n");
 
    return;
}
//  初始話icmp頭部
void InitIcmpHeader(char *buf, int datasize)
{
    ICMP_HDR   *icmp_hdr=NULL;
    char       *datapart=NULL;
    //  詳見icmp頭部定義
    icmp_hdr = (ICMP_HDR *)buf;
    icmp_hdr->icmp_type     = ICMPV4_ECHO_REQUEST_TYPE;  
    icmp_hdr->icmp_code     = ICMPV4_ECHO_REQUEST_CODE;
    icmp_hdr->icmp_id       = (USHORT)GetCurrentProcessId();  //進程號
    icmp_hdr->icmp_checksum = 0;   //  序列號未定義，校驗和未計算
    icmp_hdr->icmp_sequence = 0;   //  序列號置空
 
    datapart = buf + sizeof(ICMP_HDR);   //  指針移至數據段頭
    memset(datapart, 'E', datasize);     //  填充數據段
}
// 計算校驗和
USHORT checksum(USHORT *buffer, int size)
{
    unsigned long cksum=0;
 
    while (size > 1)
    {
        cksum += *buffer++;
        size -= sizeof(USHORT);
    }
    if (size)
    {
        cksum += *(UCHAR*)buffer;
    }
    cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff);
    cksum += (cksum >>16);
    return (USHORT)(~cksum);
}
// 傳參解析
BOOL ValidateArgs(int argc, char **argv)
{
    int                i;
    BOOL               isValid = FALSE;
 
    for(i=1; i < argc ;i++)
    {
        if ((argv[i][0] == '-') || (argv[i][0] == '/'))
        {
            switch (tolower(argv[i][1]))
            {
                case 'a':       
                    if (i+1 >= argc)
                    {
                        usage(argv[0]);
                        goto CLEANUP;
                    }
                    if (argv[i+1][0] == '4')
                        gAddressFamily = AF_INET;
                    else if (argv[i+1][0] == '6')
                        gAddressFamily = AF_INET6;
                    else
                    {
                        usage(argv[0]);
                        goto CLEANUP;
                    }
 
                    i++;
                    break;
                case 'i':        // 設置最大跳值
                    if (i+1 >= argc)
                    {
                        usage(argv[0]);
                        goto CLEANUP;
                    }
 
                    gTtl = atoi(argv[++i]);
                    break;
                case 'l':        //  icmp數據段大小設置
                    if (i+1 >= argc)
                    {
                        usage(argv[0]);
                        goto CLEANUP;
                    }
 
                    gDataSize = atoi(argv[++i]);
                    break;
                case 'r':        //  記錄路由選項
                    bRecordRoute = TRUE;
                    break;
                default:
                    usage(argv[0]);
                    goto CLEANUP;
            }
        }
        else
        {
            gDestination = argv[i];
        }
    }
 
    isValid = TRUE;
 
CLEANUP:   
    return isValid;
}
//  設置icmp序列號
void SetIcmpSequence(char *buf)
{
    ULONG    sequence=0;
 
    sequence = GetTickCount();
    if (gAddressFamily == AF_INET)
    {
        ICMP_HDR    *icmpv4=NULL;
 
        icmpv4 = (ICMP_HDR *)buf;
 
        icmpv4->icmp_sequence = (USHORT)sequence;
    }
    else if (gAddressFamily == AF_INET6)
    {
        ICMPV6_HDR          *icmpv6=NULL;
        ICMPV6_ECHO_REQUEST *req6=NULL;
 
        icmpv6 = (ICMPV6_HDR *)buf;
        req6   = (ICMPV6_ECHO_REQUEST *)(buf + sizeof(ICMPV6_HDR));
 
        req6->icmp6_echo_sequence = (USHORT)sequence;
    }
}
//  計算icmp校驗和
void ComputeIcmpChecksum(SOCKET s, char *buf, int packetlen, struct addrinfo *dest)
{
    if (gAddressFamily == AF_INET)
    {
        ICMP_HDR    *icmpv4=NULL;
 
        icmpv4 = (ICMP_HDR *)buf;
        icmpv4->icmp_checksum = 0;
        icmpv4->icmp_checksum = checksum((USHORT *)buf, packetlen);
    }
    else if (gAddressFamily == AF_INET6)
    {
        ICMPV6_HDR  *icmpv6=NULL;
 
        icmpv6 = (ICMPV6_HDR *)buf;
        icmpv6->icmp6_checksum = 0;
        icmpv6->icmp6_checksum = ComputeIcmp6PseudoHeaderChecksum(
                s,
                buf,
                packetlen,
                dest
                );
    }
}
//  發布異步接收
int PostRecvfrom(SOCKET s, char *buf, int buflen, SOCKADDR *from, int *fromlen, WSAOVERLAPPED *ol)
{
    WSABUF  wbuf;
    DWORD   flags,
            bytes;
    int     rc;
 
    wbuf.buf = buf;
    wbuf.len = buflen;
 
    flags = 0;
 
    rc = WSARecvFrom(         //  通過重疊IO實現異步接收
            s,
           &wbuf,
            1,
           &bytes,
           &flags,
            from,
            fromlen,
            ol,
            NULL
            );
    if (rc == SOCKET_ERROR)
    {
        if (WSAGetLastError() != WSA_IO_PENDING)
        {
            fprintf(stderr, "WSARecvFrom failed: %d/n", WSAGetLastError());
            return SOCKET_ERROR;
        }
    }
    return NO_ERROR;
}
//  8
void PrintPayload(char *buf, int bytes)
{
    int     hdrlen=0,
            routes=0,
            i;
 
    UNREFERENCED_PARAMETER(bytes);
 
    if (gAddressFamily == AF_INET)
    {
        SOCKADDR_IN      hop;
        IPV4_OPTION_HDR *v4opt=NULL;
        IPV4_HDR        *v4hdr=NULL;
 
        hop.sin_family = (USHORT)gAddressFamily;
        hop.sin_port   = 0;
 
        v4hdr = (IPV4_HDR *)buf;
        hdrlen = (v4hdr->ip_verlen & 0x0F) * 4;  // 計算IP頭部長度(8.1)

        if (hdrlen > sizeof(IPV4_HDR))   // 如果長度大於無選項IP頭部長度
        {
                               // 選項頭部指針
            v4opt = (IPV4_OPTION_HDR *)(buf + sizeof(IPV4_HDR));
                               //計算路由數(8.2)
            routes = (v4opt->opt_ptr / sizeof(ULONG)) - 1;
            for(i=0; i < routes ;i++)
            {
                hop.sin_addr.s_addr = v4opt->opt_addr[i];
                if (i == 0)
                    printf("    Route: ");
                else
                    printf("           ");
                PrintAddress((SOCKADDR *)&hop, sizeof(hop));
                                if (i < routes-1)
                    printf(" ->/n");
                else
                    printf("/n");
            }
        }
    }
    return;
}
(8.1) (v4hdr->ip_verlen & 0x0F) * 4  ip_verlen前4位為版本號，後四位為頭部長度(4字節一記，因此要乘以4)。ip_verlen & 0x0F, 前四位屏蔽，後四位保留。
(8.2)  v4opt->opt_ptr 指向下一個可用地址，因此需要減一。
// 設置最大跳站數
int SetTtl(SOCKET s, int ttl)
{
    int     optlevel = 0,
            option = 0,
            rc;
 
    rc = NO_ERROR;
    if (gAddressFamily == AF_INET)
    {
        optlevel = IPPROTO_IP;
        option   = IP_TTL;
    }
    else if (gAddressFamily == AF_INET6)
    {
        optlevel = IPPROTO_IPV6;
        option   = IPV6_UNICAST_HOPS;
    }
    else
    {
        rc = SOCKET_ERROR;
    }
    if (rc == NO_ERROR)
    {
        rc = setsockopt(
                s,
                optlevel,
                option,
                (char *)&ttl,
                sizeof(ttl)
                );
    }
    if (rc == SOCKET_ERROR)
    {
        fprintf(stderr, "SetTtl: setsockopt failed: %d/n", WSAGetLastError());
    }
    return rc;
}
// 9
int __cdecl main(int argc, char **argv)
{
    WSADATA            wsd;
    WSAOVERLAPPED      recvol;        // 重疊 IO
    SOCKET             s=INVALID_SOCKET;
    char              *icmpbuf=NULL;
    struct addrinfo   *dest=NULL,
                      *local=NULL;
    IPV4_OPTION_HDR    ipopt;
    SOCKADDR_STORAGE   from;          // socket地址存儲結構（9.1）
    DWORD              bytes,
                       flags;
    int                packetlen=0,
                       fromlen,
                       time=0,
                       rc,
                       i,
                       status = 0;
 
    recvol.hEvent = WSA_INVALID_EVENT;
 
    //  分析輸入參數
    if (ValidateArgs(argc, argv) == FALSE)
    {
        status = -1;
        goto EXIT;
    }
 
    // socket模塊啟動初始化
    if ((rc = WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsd)) != 0)
    {
        printf("WSAStartup() failed: %d/n", rc);
        status = -1;
        goto EXIT;
    }
 
    //  解析目的地址
    dest = ResolveAddress(
            gDestination,
            "0",
            gAddressFamily,
            0,
            0
            );
    if (dest == NULL)
    {
        printf("bad name %s/n", gDestination);
        status = -1;
        goto CLEANUP;
    }
    gAddressFamily = dest->ai_family;
 
    if (gAddressFamily == AF_INET)
        gProtocol = IPPROTO_ICMP;
    else if (gAddressFamily == AF_INET6)
        gProtocol = IPPROTO_ICMP6;
 
    // 獲得本地地址，綁定使用
    local = ResolveAddress(
            NULL,
            "0",
            gAddressFamily,
            0,
            0
            );
    if (local == NULL)
    {
        printf("Unable to obtain the bind address!/n");
        status = -1;
        goto CLEANUP;
    }
 
    //創建Raw套接字，protocol = IPPROTO_ICMP
    s = socket(gAddressFamily, SOCK_RAW, gProtocol);           
    if (s == INVALID_SOCKET)
    {
        printf("socket failed: %d/n", WSAGetLastError());
        status = -1;
        goto CLEANUP;
    }
 
    SetTtl(s, gTtl); //設置最大跳站數為128
 
    if (gAddressFamily == AF_INET)
        packetlen += sizeof(ICMP_HDR);
    else if (gAddressFamily == AF_INET6)
        packetlen += sizeof(ICMPV6_HDR) + sizeof(ICMPV6_ECHO_REQUEST);
 
    // packetlen 為  數據長度+ICMP頭部長度
    packetlen += gDataSize;
 
    // 分配空間存儲ICMP請求(9.2)
    icmpbuf = (char *)HeapAlloc(GetProcessHeap(), HEAP_ZERO_MEMORY, packetlen);
    if

最後更新：2017-04-02 06:51:27

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