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这篇文章主要为大家展示了“Linux 中 PING 怎么用”，内容简而易懂，条理清晰，希望能够帮助大家解决疑惑，下面让丸趣 TV 小编带领大家一起研究并学习一下“Linux 中 PING 怎么用”这篇文章吧。
PING(Packet InterNet Groper) 中文名为因特网包探索器，是用来查看网络上另一个主机系统的网络连接是否正常的一个工具。ping 命令的工作原理是：向网络上的另一个主机系统发送 ICMP 报文，如果指定系统得到了报文，它将把回复报文传回给发送者，这有点象潜水艇声纳系统中使用的发声装置。所以，我们想知道我这台主机能不能和另一台进行通信，我们首先需要确认的是我们两台主机间的网络是不是通的，也就是我说的话能不能传到你那里，这是双方进行通信的前提。在 Linux 下使用指令 ping 的方法和现象如下：
PING 的实现看起来并不复杂，我想自己写代码实现这个功能，需要些什么知识储备? 我简单罗列了一下：
ICMP 协议的理解
RAW 套接字
网络封包和解包技能
搭建这么一个 ping 程序的步骤如下：
ICMP 包的封装和解封
创建一个线程用于 ICMP 包的发送
创建一个线程用于 ICMP 包的接收
原始套接字编程
PING 的流程如下：
一、ICMP 包的封装和解封
(1) ICMP 协议理解
要进行 PING 的开发，我们首先需要知道 PING 的实现是基于 ICMP 协议来开发的。要进行 ICMP 包的封装和解封，我们首先需要理解 ICMP 协议。ICMP 位于网络层，允许主机或者路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。ICMP 报文是封装在 IP 数据报中，作为其中的数据部分。ICMP 报文作为 IP 层数据报的数据，加上数据报头，组成 IP 数据报发送出去。ICMP 报文格式如下：
ICMP 报文的种类有两种，即 ICMP 差错报告报文和 ICMP 询问报文。PING 程序使用的 ICMP 报文种类为 ICMP 询问报文。注意一下上面说到的 ICMP 报文格式中的“类型”字段，我们在组包的时候可以向该字段填写不同的值来标定该 ICMP 报文的类型。下面列出的是几种常用的 ICMP 报文类型。
我们的 PING 程序需要用到的 ICMP 的类型是回送请求 (8)。
因为 ICMP 报文的具体格式会因为 ICMP 报文的类型而各不相同，我们 ping 包的格式是这样的：
(2) ICMP 包的组装
对照上面的 ping 包格式，我们封装 ping 包的代码可以这么写：
void icmp_pack(struct icmp* icmphdr, int seq, int length) { int i = 0; icmphdr- icmp_type = ICMP_ECHO; // 类型填回送请求 icmphdr- icmp_code = 0; icmphdr- icmp_cksum = 0; // 注意，这里先填写 0，很重要！ icmphdr- icmp_seq = seq; // 这里的序列号我们填 1,2,3,4.... icmphdr- icmp_id = pid 0xffff; // 我们使用 pid 作为 icmp_id,icmp_id 只是 2 字节，而 pid 有 4 字节 for(i=0;i length;i++) { icmphdr- icmp_data[i] = i; // 填充数据段，使 ICMP 报文大于 64B } icmphdr- icmp_cksum = cal_chksum((unsigned short*)icmphdr, length); // 校验和计算 }这里再三提醒一下，icmp_cksum 必须先填写为 0 再执行校验和算法计算，否则 ping 时对方主机会因为校验和计算错误而丢弃请求包，导致 ping 的失败。我一个同事曾经就因为这么一个错误而排查许久，血的教训请铭记。
这里简单介绍一下 checksum(校验和)。
计算机网络通信时，为了检验在数据传输过程中数据是否发生了错误，通常在传输数据的时候连同校验和一块传输，当接收端接受数据时候会从新计算校验和，如果与原校验和不同就视为出错，丢弃该数据包，并返回 icmp 报文。
算法基本思路：
IP/ICMP/IGMP/TCP/UDP 等协议的校验和算法都是相同的，采用的都是将数据流视为 16 位整数流进行重复叠加计算。为了计算检验和，首先把检验和字段置为 0。然后，对有效数据范围内中每个 16 位进行二进制反码求和，结果存在检验和字段中，如果数据长度为奇数则补一字节 0。当收到数据后，同样对有效数据范围中每个 16 位数进行二进制反码的求和。由于接收方在计算过程中包含了发送方存在首部中的检验和，因此，如果首部在传输过程中没有发生任何差错，那么接收方计算的结果应该为全 0 或全 1(具体看实现了, 本质一样) 。如果结果不是全 0 或全 1，那么表示数据错误。
/* 校验和算法 */ 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 报头二进制数据以 2 字节为单位累加起来 */ while(nleft 1) { sum+=*w++; nleft-=2; } /* 若 ICMP 报头为奇数个字节，会剩下 *** 一字节。把 *** 一个字节视为一个 2 字节数据的高字节，这个 2 字节数据的低字节为 0，继续累加 */ 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
知道怎么封装包，那解包就也不难了，注意的是，收到一个 ICMP 包，我们不要就认为这个包就是我们发出去的 ICMP 回送回答包，我们需要加一层代码来判断该 ICMP 报文的 id 和 seq 字段是否符合我们发送的 ICMP 报文的设置，来验证 ICMP 回复包的正确性。
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); // 使指针跳过 IP 头指向 ICMP 头 len-=iphdr_len; //icmp 包长度 if(len 8) // 判断长度是否为 ICMP 包长度 { fprintf(stderr, Invalid icmp packet.Its length is less than 8\n return -1; } // 判断该包是 ICMP 回送回答包且该包是我们发出去的 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; // 去除该包的发出时间 gettimeofday(recv_time, NULL); offset_time = cal_time_offset(begin_time, recv_time); rtt = offset_time.tv_sec*1000 + offset_time.tv_usec/1000; // 毫秒为单位 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、发包线程的搭建
根据 PING 程序的框架，我们需要建立一个线程用于 ping 包的发送，我的想法是这样的：使用 sendto 进行发包，发包速率我们维持在 1 秒 1 发，我们需要用一个全局变量记录 *** 个 ping 包发出的时间，除此之外，我们还需要一个全局变量来记录我们发出的 ping 包到底有几个，这两个变量用于后来收到 ping 包回复后的数据计算。
void ping_send() { char send_buf[128]; memset(send_buf, 0, sizeof(send_buf)); gettimeofday(start_time, NULL); // 记录 *** 个 ping 包发出的时间 while(alive) { int size = 0; gettimeofday( (ping_packet[send_count].begin_time), NULL); ping_packet[send_count].flag = 1; // 将该标记为设置为该包已发送 icmp_pack((struct icmp*)send_buf, send_count, 64); // 封装 icmp 包 size = sendto(rawsock, send_buf, 64, 0, (struct sockaddr*) dest, sizeof(dest)); send_count++; // 记录发出 ping 包的数量 if(size 0) { fprintf(stderr, send icmp packet fail!\n continue; } sleep(1); } }三、收包线程的搭建
我们同样建立一个接收包的线程，这里我们采用 select 函数进行收包，并为 select 函数设置超时时间为 200us，若发生超时，则进行下一个循环。同样地，我们也需要一个全局变量来记录成功接收到的 ping 回复包的数量。
void ping_recv() { struct timeval tv; tv.tv_usec = 200; // 设置 select 函数的超时时间为 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); // 对接收的包进行解封 if(ret == -1) // 不是属于自己的 icmp 包，丢弃不处理 { continue; } recv_count++; // 接收包计数 } break; } } }四、中断处理
我们规定了一次 ping 发送的包的 *** 值为 64 个，若超出该数值就停止发送。作为 PING 的使用者，我们一般只会发送若干个包，若有这几个包顺利返回，我们就 crtl+ c 中断 ping。这里的代码主要是为中断信号写一个中断处理函数，将 alive 这个全局变量设置为 0，进而使发送 ping 包的循环停止而结束程序。
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、总体实现
各模块介绍完了，现在贴出完整代码。
#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; // 发送标志,1 为已发送 int seq; // 包的序列号 }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; /* 校验和算法 */ 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 报头二进制数据以 2 字节为单位累加起来 */ while(nleft 1) { sum+=*w++; nleft-=2; } /* 若 ICMP 报头为奇数个字节，会剩下 *** 一字节。把 *** 一个字节视为一个 2 字节数据的高字节，这个 2 字节数据的低字节为 0，继续累加 */ 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) // 如果接收时间的 usec 小于发送时间的 usec，则向 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 包长度 if(len 8) // 判断长度是否为 ICMP 包长度 { fprintf(stderr, Invalid icmp packet.Its length is less than 8\n return -1; } // 判断该包是 ICMP 回送回答包且该包是我们发出去的 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; // 毫秒为单位 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); // 记录 *** 个 ping 包发出的时间 while(alive) { int size = 0; gettimeofday( (ping_packet[send_count].begin_time), NULL); ping_packet[send_count].flag = 1; // 将该标记为设置为该包已发送 icmp_pack((struct icmp*)send_buf, send_count, 64); // 封装 icmp 包 size = sendto(rawsock, send_buf, 64, 0, (struct sockaddr*) dest, sizeof(dest)); send_count++; // 记录发出 ping 包的数量 if(size 0) { fprintf(stderr, send icmp packet fail!\n continue; } sleep(1); } } void ping_recv() { struct timeval tv; tv.tv_usec = 200; // 设置 select 函数的超时时间为 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); // 对接收的包进行解封 if(ret == -1) // 不是属于自己的 icmp 包，丢弃不处理 { continue; } recv_count++; // 接收包计数 } 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; /* 注意除数不能为零，这里 send_count 有可能为零，所以运行时提示错误 */ 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 // 获取协议类型 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)); // 增大接收缓冲区至 128K bzero(dest,sizeof(dest)); dest.sin_family = AF_INET; inaddr = inet_addr(argv[1]); if(inaddr == INADDR_NONE) // 判断用户输入的是否为 IP 地址还是域名 { // 输入的是域名地址 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));// 输入的是 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 的发送和接收 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 线程结束后进程再结束 pthread_join(recv_id, NULL);// 等待 recv ping 线程结束后进程再结束 ping_stats_show(); close(rawsock); return 0; }
编译以及实验现象如下：
我的实验环境是两台服务器，发起 ping 的主机是 172.0.5.183，被 ping 的主机是 172.0.5.182，以下是我的两次实验现象 (ping IP 和 ping 域名)。
特别注意：
只有 root 用户才能利用 socket() 函数生成原始套接字，要让 Linux 的一般用户能执行以上程序，需进行如下的特别操作：用 root 登陆，编译以上程序 gcc -lpthread -o ping ping.c
实验现象可以看出，PING 是成功的，表明两主机间的网络是通的，发出的所有 ping 包都收到了回复。
下面是 Linux 系统自带的 PING 程序，我们可以对比一下我们设计的 PING 程序跟系统自带的 PING 程序有何不同。
以上是“Linux 中 PING 怎么用”这篇文章的所有内容，感谢各位的阅读！相信大家都有了一定的了解，希望分享的内容对大家有所帮助，如果还想学习更多知识，欢迎关注丸趣 TV 行业资讯频道！
