C++实现ping程序实例

下面我将详细解释如何使用C++实现ping程序。先说一下ping程序的原理，它的作用是测试网络连接是否正常，通常是通过向相应的网络主机发送数据包并接收响应包，来计算数据包的往返时间和丢失率。

在C++中，要实现ping程序，我们需要使用操作系统提供的网络编程API，比如Linux中的socket API。下面是实现ping程序的具体步骤：

1. 创建socket

用socket()函数创建一个套接字，指定协议族、套接字类型和协议类型。在Linux中，通常用AF_INET和SOCK_RAW来创建原始套接字，这样可以发送ICMP包。

示例代码如下：

int sock = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
if(sock < 0) {
  perror("socket error");
  exit(1);
}

1. 设置套接字选项

为了使我们的程序能够使用ICMP协议，需要设置套接字选项。调用setsockopt()函数来设置IP_HDRINCL选项，即开启IP头部的自定义构建，以便发送ICMP包。

示例代码如下：

int on = 1;
if(setsockopt(sock, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, (const char *)&on, sizeof(on)) < 0) {
  perror("setsockopt error");
  exit(1);
}

1. 构建ICMP包

使用C++结构体来构建ICMP包，其中包括ICMP头部和数据包。这里我们可以使用系统头文件中定义的一些结构体，比如icmp结构体。

示例代码如下：

struct icmp *icmp_pkg;
icmp_pkg = (struct icmp *)sendbuf;
icmp_pkg->icmp_type = ICMP_ECHO;   // 设置类型为ICMP_ECHO即ping请求
icmp_pkg->icmp_code = 0;   // code为0
icmp_pkg->icmp_id = pid;   // 获取当前进程的id
icmp_pkg->icmp_seq = nsent++;   // 每次发送的序列号增加1
memset(icmp_pkg->icmp_data, 0xa5, datalen);   // 设置发送的数据内容

1. 计算校验和

ICMP包的校验和是一个重要的字段，用于校验数据包是否损坏。我们需要自己计算校验和，然后赋值给icmp结构体的icmp_cksum字段。

示例代码如下：

icmp_pkg->icmp_cksum = 0;
icmp_pkg->icmp_cksum = in_cksum((u_short *)icmp_pkg, datalen);

这里我们使用了in_cksum()函数来计算校验和。

1. 发送ICMP包

使用sendto()函数发送ICMP包到指定的主机。其中sendto()函数的第二个参数是存储待发送数据的地址，第三个参数是待发送数据的长度，第四个参数是目标地址（IP地址）。

示例代码如下：

if(sendto(sock, sendbuf, datalen, 0, (struct sockaddr *)&dest, sizeof(dest)) < 0) {
  perror("sendto error");
  continue;
}

1. 接收ICMP包

使用recvfrom()函数在指定的时间内接收到来自目标主机的ICMP包。其中recvfrom()函数的第二个参数是接收数据的地址，第三个参数是接收缓冲区的长度。

示例代码如下：

if(recvfrom(sock, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, (struct sockaddr *)&from, &fromlen) < 0) {
  if(errno == EINTR) {
    continue;
  }
  perror("recvfrom error");
  continue;
}

1. 解析ICMP包

我们可以根据接收到的ICMP包的类型和代码来判断ping的结果。如果接收到的是ICMP_ECHOREPLY类型的ICMP包，则表示ping成功。如果接收到的是ICMP_DEST_UNREACH类型的ICMP包，则表示ping失败。

示例代码如下：

struct ip *ip_pkg = (struct ip *)recvbuf;
int ip_hdr_len = ip_pkg->ip_hl << 2;   // 获取IP头部长度

struct icmp *icmp_pkg = (struct icmp *)(recvbuf + ip_hdr_len);
if(icmp_pkg->icmp_type == ICMP_ECHOREPLY) {   // 接收到ping响应
  printf("%d bytes from %s: icmp_seq=%u ttl=%d time=%.1f ms\n", datalen, inet_ntoa(from.sin_addr), icmp_pkg->icmp_seq, ip_pkg->ip_ttl, rtt);
}
else if(icmp_pkg->icmp_type == ICMP_DEST_UNREACH && icmp_pkg->icmp_code == ICMP_SR_FAILED) {   // 目标主机的路由无法到达
  printf("%s\n", "Destination Unreachable: Source Route Failed");
}

以上就是C++实现ping程序的完整攻略。这里提供两条示例说明：

1. 发送10次ping请求到百度服务器

struct sockaddr_in dest;
struct hostent *host = gethostbyname("www.baidu.com");
if(!host) {
  printf("gethostbyname error\n");
  exit(1);
}
memset(&dest, 0, sizeof(dest));
dest.sin_family = AF_INET;
dest.sin_addr = *(struct in_addr *)host->h_addr;

int nsend = 0, nrecv = 0;
struct timeval start, end;
double send_time, back_time, rtt;

for(int i = 0; i < 10; i++) {
  nsend++;
  gettimeofday(&start, NULL);
  if(send_packet(sock, dest, pid, datalen) == -1) {
    printf("send_packet error\n");
    continue;
  }

  if(recv_packet(sock, (struct sockaddr *)&dest, &start, &end) == -1) {
    printf("recv_packet error\n");
    continue;
  }
  nrecv++;

  send_time = (double)start.tv_sec * 1000 + (double)start.tv_usec / 1000;
  back_time = (double)end.tv_sec * 1000 + (double)end.tv_usec / 1000;
  rtt = back_time - send_time;

  printf("%d bytes from %s: icmp_seq=%u ttl=%d time=%.1f ms\n", datalen, inet_ntoa(dest.sin_addr), nsend, ttl, rtt);
  sleep(1);   // 每次发送ping请求的时间间隔为1s
}

printf("%d packets transmitted, %d received, %d%% packet loss\n", nsend, nrecv, (nsend - nrecv) / nsend * 100);

1. 设置超时时间为5秒并且指定ping的TTL值为64

struct sockaddr_in dest;
struct hostent *host = gethostbyname("www.baidu.com");
if(!host) {
  printf("gethostbyname error\n");
  exit(1);
}
memset(&dest, 0, sizeof(dest));
dest.sin_family = AF_INET;
dest.sin_addr = *(struct in_addr *)host->h_addr;

int nsend = 0, nrecv = 0;
struct timeval start, end;
double send_time, back_time, rtt;
struct timeval tv_timeout;
tv_timeout.tv_sec = 5;
tv_timeout.tv_usec = 0;
setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &tv_timeout, sizeof(tv_timeout));
setsockopt(sock, SOL_IP, IP_TTL, &ttl, sizeof(ttl));

for(int i = 0; i < 10; i++) {
  nsend++;
  gettimeofday(&start, NULL);
  if(send_packet(sock, dest, pid, datalen) == -1) {
    printf("send_packet error\n");
    continue;
  }

  if(recv_packet(sock, (struct sockaddr *)&dest, &start, &end) == -1) {
    printf("recv_packet error\n");
    continue;
  }
  nrecv++;

  send_time = (double)start.tv_sec * 1000 + (double)start.tv_usec / 1000;
  back_time = (double)end.tv_sec * 1000 + (double)end.tv_usec / 1000;
  rtt = back_time - send_time;

  printf("%d bytes from %s: icmp_seq=%u ttl=%d time=%.1f ms\n", datalen, inet_ntoa(dest.sin_addr), nsend, ttl, rtt);
  sleep(1);
}

printf("%d packets transmitted, %d received, %d%% packet loss\n", nsend, nrecv, (nsend - nrecv) / nsend * 100);