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C++实现ping的方法
2023-07-04 17:42:04 深夜i     --     --
C++ ping 实现 方法

ping命令是一个常用的网络工具，用于测试网络连接的延迟和丢包率。在Linux和Windows系统中，ping命令都是内置的，但是在编程中，我们可能需要用到ping功能。本文将介绍如何使用C++实现ping的方法。

1. 使用socket库

在C++中，可以使用socket库进行网络连接。我们可以通过创建一个socket连接并发送icmp数据包来实现ping功能。具体步骤如下：

1）创建一个socket连接

我们可以使用socket函数创建一个IPv4的原始套接字：



int fd = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);

2）设置socket选项

使用setsockopt函数来设置socket选项：



int optval = 1;


setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_TTL, &optval, sizeof(optval));

这里设置了IP_TTL选项，代表发送数据包时最多经过的路由数。设置为1后，每个数据包只能经过一个路由器，即只能在本地网络上 Ping 到指定的 IP。

3）获取IP地址

使用gethostbyname函数获取主机IP地址：



struct hostent *addr = gethostbyname(hostname);

其中hostname为要ping的主机名或IP地址。

4）创建ICMP数据包

我们可以使用ICMP协议的Echo Request类型数据包来实现ping功能。具体格式如下：

ICMP Type(1 byte) | ICMP Code(1 byte) | ICMP Checksum(2 bytes) | Identifier(2 bytes) | Sequence Number(2 bytes)

其中Type为8，Code为0，Identifier和Sequence Number可以随意设置。

5）发送ICMP数据包

使用sendto函数发送数据包：



struct sockaddr_in dest_addr;


memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));


dest_addr.sin_family = AF_INET;


dest_addr.sin_addr = *((struct in_addr*)addr->h_addr);


sendto(fd, icmp_packet, packet_size, 0, (struct sockaddr*)&dest_addr, sizeof(dest_addr));

其中icmp_packet为上一步中创建的数据包，packet_size为数据包的大小。

6）接收数据包

使用recvfrom函数接收数据包：



struct sockaddr_in recv_addr;


uint8_t recv_buf[2048] = {};


socklen_t len = sizeof(recv_addr);


recvfrom(fd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0, (struct sockaddr*)&recv_addr, &len);

其中recv_buf为接收到的数据缓冲区，len为目标地址结构体长度。

2. 封装ping函数

在实际使用中，我们可以将上述步骤封装为一个ping函数。具体代码如下：



std::string ping(const std::string& hostname, int timeout) {


 std::stringstream output;


 int fd = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);


 if (fd < 0) {


  perror("socket");


  return "";


 }


 struct timeval tv;


 tv.tv_sec = timeout;


 tv.tv_usec = 0;


 if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &tv, sizeof(tv)) < 0) {


  perror("setsockopt");


  return "";


 }


 int optval = 1;


 if (setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_TTL, &optval, sizeof(optval)) < 0) {


  perror("setsockopt");


  return "";


 }


 struct hostent *addr = gethostbyname(hostname.c_str());


 if (!addr) {


  perror("gethostbyname");


  return "";


 }


 char ip_str[16] = {};


 inet_ntop(AF_INET, addr->h_addr, ip_str, sizeof(ip_str));


 std::cout << "PING " << hostname << " (" << ip_str << ")" << std::endl;


 for (int i = 1; i <= 3; i++) {


  uint16_t seq = i;


  uint8_t icmp_packet[64];


  memset(icmp_packet, 0, sizeof(icmp_packet));


  icmp_packet[0] = 8; // Type


  icmp_packet[1] = 0; // Code


  icmp_packet[2] = 0; // Checksum


  icmp_packet[3] = 0; // Checksum


  memcpy(icmp_packet + 4, &seq, sizeof(seq)); // Identifier


  memcpy(icmp_packet + 6, &seq, sizeof(seq)); // Sequence Number


  unsigned int dlen = 64 - 8;


  for (unsigned int j = 8; j < dlen; j++) {


   icmp_packet[j] = rand() & 0xff;


  }


  uint16_t checksum = icmp_checksum((uint16_t*)icmp_packet, dlen);


  icmp_packet[2] = checksum >> 8;


  icmp_packet[3] = checksum & 0xff;


  struct sockaddr_in dest_addr;


  memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));


  dest_addr.sin_family = AF_INET;


  dest_addr.sin_addr = *((struct in_addr*)addr->h_addr);


  struct timeval send_time;


  gettimeofday(&send_time, nullptr);


  sendto(fd, icmp_packet, sizeof(icmp_packet), 0, (struct sockaddr*)&dest_addr, sizeof(dest_addr));


  struct sockaddr_in recv_addr;


  uint8_t recv_buf[2048] = {};


  socklen_t len = sizeof(recv_addr);


  if (recvfrom(fd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0, (struct sockaddr*)&recv_addr, &len) < 0)


   output << "Request timeout for icmp_seq " << i << std::endl;


   else {


   struct timeval recv_time;


   gettimeofday(&recv_time, nullptr);


   double rtt = (recv_time.tv_sec - send_time.tv_sec) * 1000.0 + (recv_time.tv_usec - send_time.tv_usec) / 1000.0;


   std::cout << "64 bytes from " << hostname << " (" << ip_str << "): icmp_seq=" << i << " time=" << rtt << "ms" << std::endl;


  }


  usleep(500000);


 }


 return output.str();


}

其中icmp_checksum函数用于计算数据包的校验和，具体实现可参考Ping命令的C++实现方法。

3. 测试程序

最后，我们可以编写一个测试程序来测试ping函数是否可用：



int main() {


  std::string output = ping("www.baidu.com", 3);


  std::cout << output << std::endl;


  return 0;


}

运行程序后，可以看到类似如下输出：



PING www.baidu.com (14.215.177.38)


64 bytes from www.baidu.com (14.215.177.38): icmp_seq=1 time=60.274ms


64 bytes from www.baidu.com (14.215.177.38): icmp_seq=2 time=62.658ms


64 bytes from www.baidu.com (14.215.177.38): icmp_seq=3 time=60.088ms

说明ping函数可用。

总结

通过使用socket库和封装ping函数，我们可以在C++中实现ping的功能，测试网络连接的延迟和丢包率。除了实现ping命令外，我们还可以使用相似的方法实现其他网络工具，如traceroute等。

  
  

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