原始套接字打造ping命令-技术圈

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Ping 命令的构造

ping 命令依赖的不是TCP 协议，也不是UDP 协议，它依赖的是ICMP协议。ICMP是IP层的协议之一，它传递差错报文以及其他需要注意的信息。ICMP报文通常被IP层或高层协议使用。ICMP封装在IP数据报内部，如下图。

ICMP报文的格式如下图所示。

ICMP协议的类型码与代码根据不同的情况，各自取不同的值。Ping命令类型码用到了2个值，分别是0和8。而代码的取值都是0。当类型码取值为0时，代码的0值表示回显应答；当类型码取值为8时，代码的0值表示请求回显。Ping命令发送一个ICMP数据报时，类型码为8，代码为0，表示向对方主机进行请求回显；当收到对方的ICMP数据报时，类型码为0，代码为0，表示收到了对方主机的回显应答。简单来说，ping命令发出的数据中，类型是8，代码是0，如果对方有回应，那么对方回应的数据中，类型是0，代码是0。

在自己实现Ping命令时，就是去自己构造一个请求回显的ICMP数据报，然后进行发送。ICMP的数据结构定义如下：

// ICMP协议结构体定义struct icmp_header{    unsigned char icmp_type;    // 消息类型    unsigned char icmp_code;    // 代码    unsigned short icmp_checksum;    // 校验和    unsigned short icmp_id;     // 用来唯一标识此请求的ID号，通常设置为进程ID    unsigned short icmp_sequence;   // 序列号    unsigned long icmp_timestamp;   // 时间戳};

明白了ICMP协议的数据结构，现在用抓包工具（也可以称为协议分析工具）Wireshark来分析一下ICMP结构真实的情况，如下图所示。

在上图中，标识1的部分是对协议进行过滤设置的，在该部分输入“ICMP”可以让Wireshark只显示ICMP协议的数据记录。相应地，可以输入“TCP”、“UDP”、“HTTP”等协议进行筛选过滤。标识2的部分用于显示筛选后的ICMP记录，从这里可以明显看出源IP地址、目的IP地址和协议的类型。标识3的部分用于显示ICMP数据结构的值和附加的数据内容。最下面的部分显示了数据的原始的二进制数据，在熟练掌握协议后，查看原始的二进制数据也并不是不可能的。

Ping命令的实现

有了前面的基础，就可以构造自己的ICMP数据报来构造自己的ping命令了。首先，定义两个常量，还有计算校验和的函数，具体如下：

struct icmp_header{    unsigned char icmp_type;    // 消息类型    unsigned char icmp_code;    // 代码    unsigned short icmp_checksum;    // 校验和    unsigned short icmp_id;     // 用来唯一标识此请求的ID号，通常设置为进程ID    unsigned short icmp_sequence;   // 序列号    unsigned long icmp_timestamp;   // 时间戳}; #define ICMP_HEADER_SIZE sizeof(icmp_header)#define ICMP_ECHO_REQUEST 0x08#define ICMP_ECHO_REPLY 0x00 // 计算校验和unsigned short chsum(struct icmp_header *picmp, int len){    long sum = 0;    unsigned short *pusicmp = (unsigned short *)picmp;     while ( len > 1 )    {        sum += *(pusicmp++);        if ( sum & 0x80000000 )        {            sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);        }        len -= 2;    }         if ( len )    {        sum += (unsigned short)*(unsigned char *)pusicmp;    }
    while ( sum >> 16 )    {        sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);    }
    return (unsigned short)~sum;
}

ICMP的校验值是一个16位的无符号整型，它会将ICMP协议头不的数据进行累加，当累加有溢出的话，会将溢出的部分也进行累加。具体计算校验和的算法就不过多介绍了，如果对校验和计算的代码不了解，可以进行单步调试来进行分析。再来看一下对于ICMP结构体的填充，具体代码如下：

BOOL MyPing(char *szDestIp){    BOOL bRet = TRUE;    WSADATA wsaData;    int nTimeOut = 1000;    char szBuff[ICMP_HEADER_SIZE + 32] = { 0 };    icmp_header *pIcmp = (icmp_header *)szBuff;    char icmp_data[32] = { 0 };
    WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);    // 创建原始套接字    SOCKET s = socket(PF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);        // 设置接收超时    setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char const*)&nTimeOut, sizeof(nTimeOut));    // 设置目的地址    sockaddr_in dest_addr;    dest_addr.sin_family = AF_INET;    dest_addr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(szDestIp);    dest_addr.sin_port = htons(0);    // 构造ICMP封包    pIcmp->icmp_type = ICMP_ECHO_REQUEST;    pIcmp->icmp_code = 0;    pIcmp->icmp_id = (USHORT)::GetCurrentProcessId();    pIcmp->icmp_sequence = 0;    pIcmp->icmp_timestamp = 0;    pIcmp->icmp_checksum = 0;    // 拷贝数据    // 这里的数据可以是任意的    // 这里使用abc是为了和系统提供的看起来一样    memcpy((szBuff + ICMP_HEADER_SIZE), "abcdefghijklmnopqrstuvwabcdefghi", 32);        // 计算校验和    pIcmp->icmp_checksum = chsum((struct icmp_header *)szBuff, sizeof(szBuff));
    sockaddr_in from_addr;    char szRecvBuff[1024];    int nLen = sizeof(from_addr);    DWORD dwStart = GetTickCount();    sendto(s, szBuff, sizeof(szBuff), 0, (SOCKADDR *)&dest_addr, sizeof(SOCKADDR));    recvfrom(s, szRecvBuff, MAXBYTE, 0, (SOCKADDR *)&from_addr, &nLen);    DWORD dwEnd = GetTickCount();    // 判断接收到的是否是自己请求的地址    if ( lstrcmp(inet_ntoa(from_addr.sin_addr), szDestIp) )    {        bRet = FALSE;    }    else    {        struct icmp_header *pIcmp1 = (icmp_header *)(szRecvBuff + 20);        printf("%s %d\r\n", inet_ntoa(from_addr.sin_addr), dwEnd - dwStart);    }        return bRet;}

调用运行输出如下：

第一列是我们ping的IP地址，后面是数据包往返经过的毫秒数。

完整内容参考《C++黑客编程揭秘与防范》（第三版）一书。

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