ping程序的设计与实现.doc

1、滁 州 学 院课 程 设 计 报 告课程名称： 计算机网络课程设计 设计题目： ping 程序的设计与实现 系 别： 计算机与信息工程学院 专 业： 计算科学与技术 组 别： 第五小组 起止日期: 2011 年 12 月 1 日2011 年 12 月 8 日 指导教师: 计算机科学与技术系二一一年制课程设计题目 Ping 程序的设计与实现组长 学号 2011220125 班级 计专（2）班系别 计算机与信息工程学院 专业 计算机科学与技术组员指导教师课程设计目的通过设计 Ping 程序，理解 Ping 程序的实现原理，并初步讲解了 c 语言网络编程技术。本章涉及很多网络编程函数和编程技巧，包括

2、库文件的导入；winsock 的初始化、注销；socket 的创建、关闭；设置 socket 选项；根据主机名获取 IP 地址； 从堆中分配一定数量的空间、释放从堆中分配的空间；数据报的发送；数据报的接等。课程设计所需环境 WindowsXP+Visual C+6.0课程设计任务要求 实现 ping 的基本功能，实现 ping -t课程设计工作进度计划序号 起止日期 工 作 内 容 分工情况01 2011-12-12011-12-2展开思路讨论工作并搜集相关资料02 2011-12-32011-12-6具体制作，编写相关代码，制作相关窗口并实现，美化界面。03 2011-12-72011-12

3、-8编写并完成课程设计报告指导教师签字： 年 月 日课程设计任务书一Ping 程序运行原理在网络层， 除了 IP 协议之外， 还有一些控制协议， 如 ICMP， ARP, DHCP 等。1. ping 的基础知识原始套接字原始套接字是允许访问底层传输协议的一种套接字类型。使用原始套接字操作 IP 数据报， 可以进行路由跟踪， Ping 等。另外， 使用原始套接字需要知道许多下层协议结构的知识，所以下面讨论 ICMP,IP, UDP, TCP 格式。原始套接字有两种类型， 第一种类型是在 IP 头种使用预定义的协议， 如 ICMP；第二种类型是在 IP 头种使用自定义的协议。下面使用创建原始套接

4、字的方法。创建套接字的函数是 socket()或者 WSASocket(),只不过要将套接字类型指定为SOCK_RAW,代码如下：SOCKET sraw = :socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);创建原始套接字时 socket 函数的第三个参数 protocol 值将成为 IP 头中得协议域的值。IPPROTO_ICMP 指定要使用 ICMP。原始套解释提供管理下层传输的能力。他们可能会被恶意利用， 因此， 仅Administrator 组的成员能够创建 SOCK_RAW 类型的套接字。 任何人在 Windows NT 下都可以创建原始套接字，但是没

5、有 Administrator 权限的人不能用它来做任何事情， 因为bind 函数将会失败， 出错码 WSAEACCES在上面的套接字创建代码种，我们使用 ICMP,也可以使用 IIGMP, UDP, IP 或者原始 IP,对应的宏定义分别是 IPPROTO_IGMP, IPROTO_UDP, IPPROTO_IP 或者 IPPROTO_RAW。其中协议标志 IPPROTO_UDP, IPPROTO_IP, 和 IPPROTO_RAW 需要启动 IP_HDRINCL选项。使用恰当的协议标志创建原始套接字之后，便可以在发送和接受调用种使用此套接字句柄了。无论 IP_HDRINCL 选项是否设置，

6、 在原始套接字上接收到的数据种都会将包含IP 头。2. ICMP 协议与校验和的计算互联网上得操作由路由器紧紧地监控着。当有异常饭送时候，具体事件通过 ICMP 报道，如目的不可到达，TTL 超时等。这个协议也用来测试互联网。每个 ICMP 消息都封装在 IP 封包中， 所以使用 IP 寻址，教研室审核意见：教研室主任签字： 年 月 日ICMP 消息的格式如下：首 8 位表示 ICMP 的类型，通常可以分为请求消息和错误报告消息两类。接下来的八位表示 ICMP 代码，这个域进一步定义了请求或者是消息的类型。接下来八位表示 icmp 的校验和。它提供了 ICMP 头和他的实际数据。3.校验和的计

7、算发送 ICMP 报文时， 必须由程序自己计算校验和，并将它填入 ICMP 头部的对应域中。校验和的计算方法是：将数据以资为单位累加到一个双字中，如果数据长度为奇数，最后一个字节将被扩展到字， 累加的结果是一个双字，最后将这个双字的高 16bit 和低 16bit相加后取反，便得到了校验和。u_short checksum(u_short *buffer, int len)register int nleft = len;register u_short *w = buffer;register u_short answer;register int sum = 0;/使用 32 位累加器,进

8、行 16 位的反馈计算while ( nleft 1 )sum += *w+;nleft -= 2;/补全奇数位if ( nleft = 1 )u_short u = 0;*(u_char *)(sum += u;/将反馈的 16 位从高位移到低位sum = (sum 16) + (sum sum += (sum 16);answer = sum;return (answer);3.Ping 程序设计思路：要实现 ping 程序，需要实现以下步骤：（1） 创建协议类型为 IPPROTO_ICMP 的原始套接字，设置套接字属性。（2） 创建并初始化 ICMP 封包。（3） 调用 sendto 函

9、数向远程主机发送 ICMP 请求。（4） 调用 recfrom 函数接受 ICMP 响应。初始化 ICMP 头时先初始化消息类型和代码域， 之后是回显请求头。程序首先定义了ICMP 头的数据结构 IMCP_HDR.。ICMP_HDR 的定义如下：typedef struct _ICMPHeaderu_char Type; /类型u_char Code; /代码u_short Checksum; /首部校验和u_short ID; /标识u_short Seq; /序列号char Data; /数据ICMPHDR, *PICMPHDR;4.编程时，需要用到一些 windows 函数,说明如下：(

10、1).int WSAStartup(WORD wVersionRequested,LPWSADATA lpWSAData);函数说明：为了在应用程序当中调用任何一个 Winsock API 函数，首先第一件事情就是必须通过WSAStartup 函数完成对 Winsock 服务的初始化，因此需要调用 WSAStartup 函数。使用Socket 的程序在使用 Socket 之前必须调用 WSAStartup 函数。该函数的第一个参数指明程序请求使用的 Socket 版本，其中高位字节指明副版本、低位字节指明主版本；操作系统利用第二个参数返回请求的 Socket 的版本信息。当一个应用程序调用WS

11、AStartup 函数时，操作系统根据请求的 Socket 版本来搜索相应的 Socket 库，然后绑定找到的 Socket 库到该应用程序中。以后应用程序就可以调用所请求的 Socket 库中的其它 Socket 函数了。(2).SOCKET socket( int af, int type, int protocol ); 函数说明：应用程序调用 socket 函数来创建一个能够进行网络通信的套接字。 第一个参数指定应用程序使用的通信协议的协议族，对于 TCP/IP 协议族，该参数置AF_INET; 第二个参数指定要创建的套接字类型，流套接字类型为 SOCK_STREAM、数据报套接字类型

12、为 SOCK_DGRAM、原始套接字 SOCK_RAW(WinSock 接口并不适用某种特定的协议去封装它，而是由程序自行处理数据包以及协议首部)； 第三个参数指定应用程序所使用的通信协议。(3).int sendto( SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags, const struct sockaddr FAR *to, int tolen);函 数 说 明 ：返 回 值 ： 实 际 发 送 数 据 的 长 度 。 parameter : s 套 接 字 buff 待 发 送 数 据 的 缓 冲 区 size 缓 冲 区 长 度 F

13、lags 调 用 方 式 标 志 位 , 一 般 为 0, 改 变 Flags， 将 会 改 变 Sendto 发送 的 形 式 addr （ 可 选 ） 指 针 ， 指 向 目 的 套 接 字 的 地 址 len addr 所 指 地 址 的 长 度(4)int recvfrom(SOCKET s, char FAR* buf, int len, int flags, struct sockaddr FAR *from, int FAR *fromlen );函 数 说 明 :recvfrom( )用 来 接 收 远 程 主 机 经 指 定 的 socket 传 来 的 数 据 ,并 把 数

14、 据传 到 由 参 数 buf 指 向 的 内 存 空 间 ,参 数 len 为 可 接 收 数 据 的 最 大 长 度 .参 数 flags 一 般 设0,其 他 数 值 定 义 参 考 recv().参 数 from 用 来 指 定 欲 传 送 的 网 络 地 址 ,结 构 sockaddr 请 参考 bind()函 数 .参 数 fromlen 为 sockaddr 的 结 构 长 度 .二程序的流程图和源码Ping 程序的设计与实现大致可分为四个模块（见图 1-1） ，分别是：初始化模块、功能控制模块、ping 模块、mian 测试模块。Ping 程序的设计与实现初始化模块功能控制模块

15、Ping模块main 测试模块图 1-11.初始化模块：该模块用于定义及初始化各个全局变量，为 winsock 加载 winsock 体。（见图 1-2）主要包括定义 IP 首部格式、定义 ICMP 首部格式、定义 ICMP 回应请求、定义 ICMP 回应答复。初始化模块定义IP首部格式定义ICMP 首部格式定义ICMP 回应请求定义ICMP 回应答复图 1-22.功能控制模块：该模块是被其他模块调用，其功能包括计算校验和、发送回应请求函数、接收应答回复并进行解析、等待回应答复（主是要 select 模型） 。 （见图 1-3，1-4，1-5,1-6）计算校验和函数源码：否 (将反馈的 16

16、位从高位移到低位 )是(使用 32 位累加器,进行 16 位的反馈计算 )Checksum()开始定义初始化一些变量Nleft1sum += *w+;nleft -= 2;Nleft=1是(补全奇数位)sum += u;sum = (sum 16) + (sum sum += (sum 16);answer = sum;返回 answer结束图 1-3是SendEchoRequest()开始定义初始化一些变量填充要发送的数据存储发送的时间计算回应请求的校验和发送回应请求返回 nRet调用发送错误函数结束图 1-4图 1-6图 1-53.Ping 模块功能模块：该模块是本程序的核心模块，调用其他

17、模块实现其功能，进而实现 Ping 的功能。是RecvEchoReply ()开始定义初始化一些变量接收应答回复检验接收结果返回应答时间调用发送错误函数结束WaitForEchoReply ()开始定义初始化一些变量返回 timeout结束s否是是开始定义初始化各个局部变量判断WSAGetLastError()是否调用成功否检测目标主机是否为 NULL设置目标主机的 IP 地址，开始 ping发起四次ping 测试发送 ICMP 回应请求等待回复的数据接收回复计算花费时间Loop 是否为 0 输出平均次数输出 ping 结果清除残余结束4.main()函数模块：向指定的域名或 IP 地址发送

18、Echo 请求报文；根据响应报文显示出 Ping 的结果；程序仅支持-t 选项即可。否开始WSAStartup() 是否成功截取后三位字符调用 ping()释放资源加载失败结束为了实现-t图 1-8三运行操作及结果在 VC 中运行程序后会出现如图 4.1 所示，提示你输入 IP 或网址;2、我们先输入校园网机房主机命令，看能否 ping 通3.试着使用 ping t 命令，如下：4、再输入外部网主机命令，看能否 ping 通，上图为网络 ping 不通的情形。源代码源代码如下：#include #include #include #include#pragma comment(lib, “ws

19、2_32.lib“)/导入库文件#define ICMP_ECHOREPLY 0 /ICMP 回应答复#define ICMP_ECHOREQ 8 /ICMP 回应请求#define REQ_DATASIZE 32 /请求数据报大小#include /*/using namespace std;/定义 IP 首部格式typedef struct _IPHeader u_char VIHL; /版本和首部长度u_char ToS; /服务类型u_short TotalLen; /总长度u_short ID; /标识号u_short Frag_Flags; /片偏移量u_char TTL; /生存

20、时间u_char Protocol; /协议u_short Checksum; /首部校验和struct in_addr SrcIP; /源 IP 地址struct in_addr DestIP; /目的地址IPHDR, *PIPHDR;/定义 ICMP 首部格式typedef struct _ICMPHeaderu_char Type; /类型u_char Code; /代码u_short Checksum; /首部校验和u_short ID; /标识u_short Seq; /序列号char Data; /数据ICMPHDR, *PICMPHDR; /定义 ICMP 回应请求typedef

21、 struct _ECHOREQUESTICMPHDR icmpHdr;DWORD dwTime;char cDataREQ_DATASIZE;ECHOREQUEST, *PECHOREQUEST;/定义 ICMP 回应答复typedef struct _ECHOREPLYIPHDR ipHdr;ECHOREQUEST echoRequest;char cFiller256;ECHOREPLY, *PECHOREPLY;/*/计算校验和u_short checksum(u_short *buffer, int len)register int nleft = len;register u_sh

22、ort *w = buffer;register u_short answer;register int sum = 0;/使用 32 位累加器,进行 16 位的反馈计算while ( nleft 1 )sum += *w+;nleft -= 2;/补全奇数位if ( nleft = 1 )u_short u = 0;*(u_char *)(sum += u;/将反馈的 16 位从高位移到低位sum = (sum 16) + (sum sum += (sum 16);answer = sum;return (answer);/*/发送回应请求函数int SendEchoRequest(SOCK

23、ET s, struct sockaddr_in *lpstToAddr)static ECHOREQUEST echoReq;static nId = 1;static nSeq = 1;int nRet;/填充回应请求消息echoReq.icmpHdr.Type = ICMP_ECHOREQ;echoReq.icmpHdr.Code = 0;echoReq.icmpHdr.Checksum = 0;echoReq.icmpHdr.ID = nId+;echoReq.icmpHdr.Seq = nSeq+;/填充要发送的数据for (nRet = 0; nRet h_addr); /设置目标

24、 IPdestIP.sin_family = AF_INET; /地址规格destIP.sin_port = 0;/提示开始进行 PINGprintf(“nPinging %s %s with %d bytes of data:n“,pstrHost,inet_ntoa(destIP.sin_addr),REQ_DATASIZE);/发起多次 PING 测试for (nLoop=0; nLoopmaximum)maximum=dwElapsed;if(dwElapsedminimum)minimum=dwElapsed;average+=dwElapsed;printf(“nReply fro

25、m %s: bytes = %d time = %ldms TTL = %d“,inet_ntoa(srcIP.sin_addr),REQ_DATASIZE,dwElapsed,cTTL);if(_kbhit() /* Use _getch to throw key away. */ if (c=_getch()=0x2) /crrl -b break; else Sleep(1000);printf(“nn“);printf(“Ping statistics for %s:n“,inet_ntoa(srcIP.sin_addr);printf(“ Packets: Sent = %d, Re

26、ceived = %d, Lost = %d (%.f% loss),n“,sent,reveived,lost,(float)(lost*1.0/sent)*100);if(lost=0)printf(“Approximate round trip times in milli-seconds:n“);printf(“ Minimum = %dms, Maximum = %dms, Average = %dmsn“,minimum,maximum,average/sent);printf(“nn“);nRet = closesocket(rawSocket);if (nRet = SOCKE

27、T_ERROR)printf(“closesocket() error:%dn“, WSAGetLastError();/主程序void main()printf(“Welcome to the Ping Testn“);while(1)WSADATA wsd;/检测输入的参数/初始化 Winsockif (WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), char opt1100;char *ptr=opt1;bool log=false;printf(“Ping “);cin.getline(opt1,100,n);/ping 的地址 字符串if(strstr(opt1, “-t“)!

28、=NULL)log=true;strncpy(ptr,opt1+0,strlen(opt1)-3);/把原字符串的最后三位截取ptrstrlen(opt1)-2=0;/printf(“%s“, ptr);/开始 PINGPing(ptr,log);/程序释放 Winsock 资源WSACleanup();/*函数说明为了在应用程序当中调用任何一个 Winsock API 函数，首先第一件事情就是必须通过 WSAStartup 函数完成对 Winsock 服务的初始化，因此需要调用 WSAStartup 函数。使用 Socket 的程序在使用 Socket 之前必须调用WSAStartup 函数

29、。该函数的第一个参数指明程序请求使用的 Socket 版本，其中高位字节指明副版本、低位字节指明主版本；操作系统利用第二个参数返回请求的 Socket 的版本信息。当一个应用程序调用WSAStartup 函数时，操作系统根据请求的 Socket 版本来搜索相应的 Socket 库，然后绑定找到的 Socket 库到该应用程序中。以后应用程序就可以调用所请求的 Socket 库中的其它 Socket 函数了。*/*函数说明SOCKET socket( int af, int type, int protocol ); 应用程序调用 socket 函数来创建一个能够进行网络通信的套接字。 第一个参

30、数指定应用程序使用的通信协议的协议族，对于 TCP/IP 协议族，该参数置AF_INET; 第二个参数指定要创建的套接字类型，流套接字类型为 SOCK_STREAM、数据报套接字类型为 SOCK_DGRAM、原始套接字 SOCK_RAW(WinSock 接口并不适用某种特定的协议去封装它，而是由程序自行处理数据包以及协议首部)； 第三个参数指定应用程序所使用的通信协议。心得体会通过仔细阅读程序代码，查找相关资料，我大概弄懂了程序的基本过程。程序通过发送一个 ICMP 回显请求报文到目的地主机，如果有 IP 选项途中的主机通过报文记录各自的IP 地址，目的地主机回发一个回显应答报文，然后发送主机

31、通过解析回显应答报文，查看通过路由地址，并计算发送回收报文所用的传送时间，以确定回显报文是否超时。程序中很多算法值得我们借鉴，例如检验和算法先把两数通过取反相加，然后再次取反以防止上次取反数组溢出而出现错误。我们从中要学会代码的重复使用，程序中usage(char *progname)反复使用来输出信息，而不用每次输出相关的信息的时候都需要重新写实现代码，这样既节省程序编译运行所需的时间和内存的开销又易于以后程序的升级和添加其他功能，符合编程的发展趋势。在发现程序良好的算法和优良的编程思想的同时我也发现很多是我没见过的函数例如WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaDat

32、a) != 0)、socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP)、ZeroMemory(&ipopt, sizeof(ipopt) 。在以前的学习中没有接触到这类的函数，通过上网查找才知道是操作系统的类库函数和一些套接字函数。而且是一些基本的常见的函数，这使我发现自己知识的匮乏，在以后的学习过程中得要好好的努力，多阅读一些复杂的程序，了解一个基本的函数、算法和精良的编程思想，更要多动手写写一些有一定难度的程序，我们不应该怕写程序出错，应该大胆的写出自己的想法，出现错误去解决错误发现自己的错误就能找出自己知识的漏洞和模糊点。我们还可以通过阅读别人错误的程序，试着帮

33、别人查找错误，这样既能夯实头脑中语言的规则还能发现一些初学者易犯的错误，使自己能少走一些初学者容易走的误区。通过整个于都程度和编写文档过程，感觉自己的能力远远没有达到老师要求的层面上，仔细反省了下，觉得主要有一下几点没做好。一：开始学一门语言时没有真正的把学习当做一个重要的事情，疏忽了基础知识的学习根基薄弱。二：阅读的程序太少或者说看的程序方面的书籍太少，即使是阅读了部分的代码也都是些简单的程序代码，遇到复杂的代码就没有继续读下去，没有去好好分析程序程序的流程和内存分析。三：写的代码太少，写的太简单没有用到复杂的函数，所用的算法过于简单没有深度。四：写程序出错后不愿意去查出错误没有正确对待错误

34、是从哪里出现的，更没有修改正确运行处正确结果来。最后觉得通过这次的作业收获不少，发现了自己不足的地方。找到了一部分自己应该努力的地方，通过横向比较发现自己和别人有一定差距，有一些是通过学习就能补上的，有一些需要一定的实际联系才能追的上别人。同时通过这次作业的要求让我认识到一份文档的要求是很重要的，发现社会和学校的要求是截然不同的两个层面，我们应该按照社会的要求要求自己，要及早的使自己适应社会的要求为以后打好基础。*/参考文献【1】Visual C+网络通信编程实用案例精选（第二版）曹衍龙 刘海英 编著；【2】Visual+C+网络程序设计实例详解 张越 编著【3】Windows 网络编程技术 （美） ；