计算机⽹络课程设计之Tracert与Ping程序设计与实现
⼀、预备知识
ICMP
ICMP的报⽂是封装在IP数据部分中的。按照我的理解，ICMP就是在⽹络层中，反馈⼀些转发、访问等操作时的附带信息。
ICMP分为两种，ICMP差错报告报⽂（IP传输时的反馈）和ICMP询问报⽂（主动发起检查）。具体类型值和作⽤如下：
3 终点不可达
12 参数问题： IP⾸部数据有问题
5 改变路由： 规定发送到某⽬的的IP，经过某路由
8或0 回送请求或回答：向某台主机询问，主机必须给出某种回答
13或14 时间戳请求或回答：向某台主机询问时间。
ICMP的应⽤之tracert
⽤于测试到达某IP地址所需的TTL（跳数），往返时间。
原理：
源主机向⽬的主机发送⼀连串IP数据报，数据报封装的是⽆法交付的UDP（使⽤错误的端⼝号，好坏的）。
第⼀个数据包的⽣存时间TLL设置为1，当P1达到路径上的第⼀个路由时，路由器R1就收下，然后把TLL减1，这时TLL为0，R1就丢弃数据报，然后向源主机发送⼀个ICMP时间超过的差错报告报⽂。⼀直做下去，直到最后⼀个数据报到达⽬的主机，这是数据报的TTL是1。由于已经到达了⽬的地，那么主机收下数据报，且不做减⼀操作（TLL为1）。但是数据报的错误的，因此⽬的主机就会发⼀个ICMP终点不可达差错报告报⽂。
下图的三个时间是因为每⼀次都发送三个相同的数据报。
ICMP的应⽤之ping
向⽬的主机发送询问时间请求（ICMP中的13）， ⽬的主机收到请求时，发回当前时间戳（ICMP中的14），因此利⽤时间戳可以计算出往返时间。
⼆、实验部分：Tracert 与 Ping 程序设计与实现
参照附录 2，了解 Tracert 程序的实现原理，并调试通过。然后参考 Tracert 程序和教材 4.4.2 节，编写⼀个 Ping 程序，并能测试本局域⽹的所有机器是否在线，运⾏界⾯如图 1 所⽰的 QuickPing 程序。
实现之前带着的疑问？
1） 报⽂的具体组成？如何将ICMP数据部分 + ICMP数据头组成ICMP数据报。再将ICMP数据报加⼊IP数据中，最后让IP数据部分加上IP 数据头构成IP数据报？
聂绀弩刑事档案2） IP报⽂通过什么⽅法解析，可以得到IP数据报的头和数据部分。然后数据部分如何解析出ICMP报⽂的头和数据部分？
江西理工大学学报3）包装好的IP报⽂通过什么通道传输。
疑问解答
完整的代码我放到最后，在visual stdio下，关闭sdk检查，完美运⾏，下⾯对于程序的个⼈理解。
问题⼀：报⽂的组成
这⼀步是为了将希望传递的信息封装成char sendRev[]，数据缓冲区也就是字符串数组。不过socket帮我们封装了⼀个⽅法，让我们不⽤具体构造到字符数组。这⾥后⾯再说。
通过参数构造成ICMP头部结构体，然后再加上想要的ICMP数据部分。再构造出IP头部，把ICMP报⽂加到IP数据部分之前。这样完整的IP 数据报就完成了。
通过结构体构造出ICMP数据头
//ICMP 报头，⼀共⼋个字节，前四个字节为：类型（1字节）、代码（1字节）和检验和（2字节）。后四个字节取决于类型
typedef struct
{
BYTE type; //8 位类型字段：标识ICMP的作⽤
BYTE code; //8 位代码字段
USHORT cksum; //16 位校验和
USHORT id; //16 位标识符
USHORT seq; //16 位序列号
} ICMP_HEADER;
通过结构体构造出IP数据头
//IP 报头，标准IPV4占20字节
typedef struct
{
unsigned char hdr_len : 4; //4 位头部长度
unsigned char version : 4; //4 位版本号
unsigned char tos; //8 位服务类型
unsigned short total_len; //16 位总长度：和头部长度⼀起就能区分头主体数据了
unsigned short identifier; //16 位标识符: 作⽤是分⽚后的重组
unsigned short frag_and_flags; //3 位标志加 13 位⽚偏移：标志：MF 1是否还有分配 0 没有分⽚了
// DF 0 可以分⽚
东流名优// ⽚偏移：分⽚后的相对于原来的偏移
unsigned char ttl; //8 位⽣存时间
unsigned char protocol; //8 位上层协议号：指出是何种协议
unsigned short checksum; //16 位校验和：检验是否出错
unsigned long sourceIP; //32 位源 IP 地址
unsigned long destIP; //32 位⽬的 IP 地址
} IP_HEADER;
问题⼆：IP数据报的解析
接收到的数据缓存是字符数组 char bufRev[]，因此需要通过特定的解析（也就是拆成⼀段⼀段的）获取想要的信息。
另外为了⽅便存取信息，这⾥⼜写了⼀种DECODE_RESULT，解码信息的结构体。把信息封装到结构体中，就⽐较⽅便的得到序列号、往返时间和⽬的IP了。
//报⽂解码结构
typedef struct
{
USHORT usSeqNo; //序列号
DWORD dwRoundTripTime; //往返时间
in_addr dwIPaddr; //返回报⽂的 IP 地址
}DECODE_RESULT;
这⾥还需知识储备，就是字符串转结构体指针这种写法。它会把字符数组中的内容按顺序赋值到结构体中。
char 占1个字节
int 占4个字节
unsigned char a[] = "0123456789abcdefghijk"; //⽆符号字符数组
struct A //结构体A,⼀个int 三个char 再接⼀个int
{
unsigned int a;
unsigned char b;
unsigned char c;
unsigned char d;
unsigned int e;
} *pp;
pp = (A*) a;
cout<< (*pp).a <<' '<<(*pp).b <<' '<<(*pp).c <<' '<<endl;
有了上⾯的知识储备，那么如何解析IP数据报（字符数组）就⽐较好理解了，通过特定的地址偏移，就能把字符数组赋值到IP、ICMP结构体中了
具体的解析函数，⼤部分都打上了注释
湖南城市学院图书馆// 1）接收到的Buf 2）接收到的数据长度 3）解析结果封装到Decode 4）ICMP类型 ECHO_REPLY(是⼀个常量，放到全局也⾏) 5）ICMP类型 TIMEOUT BOOL DecodeIcmpResponse(char * pBuf, int iPacketSize, DECODE_RESULT &DecodeResult, BYTE
ICMP_ECHO_REPLY, BYTE ICMP_TIMEOUT)
{
//查数据报⼤⼩合法性
//pBuf的⾸地址，就是IP报的⾸地址，因此偏移0
IP_HEADER *pIpHdr = (IP_HEADER*)pBuf;
int iIpHdrLen = pIpHdr->hdr_len * 4;
if(iPacketSize < (int)(iIpHdrLen + sizeof(ICMP_HEADER)))
return FALSE;
// 根据 ICMP 报⽂类型提取 ID 字段和序列号字段
打火机组装
//ICMP字段包含在 IP数据段的起始位置，因此偏移IP头长度，得到的就是ICMP头
ICMP_HEADER *pIcmpHdr = (ICMP_HEADER *)(pBuf + iIpHdrLen);
USHORT usID, usSquNo;
if (pIcmpHdr->type == ICMP_ECHO_REPLY) // ICMP 回显应答报⽂
{
usID = pIcmpHdr->id;//报⽂ ID
usSquNo = pIcmpHdr->seq;//报⽂序列号
}
else if (pIcmpHdr->type == ICMP_TIMEOUT)
{
// 如果是TIMEOUT ，那么在ICMP数据包中，会夹带⼀个IP报（荷载IP）
char * pInnerIpHdr = pBuf + iIpHdrLen + sizeof(ICMP_HEADER); // 荷载中的 IP 的头
int iInnerIPHdrLen = ((IP_HEADER*)pInnerIpHdr)->hdr_len * 4;// 荷载中的IP 头长度
ICMP_HEADER * pInnerIcmpHdr = (ICMP_HEADER*)(pInnerIpHdr + iInnerIPHdrLen); //荷载中的ICMP头
usID = pInnerIcmpHdr->id;// 报⽂ID
usSquNo = pInnerIcmpHdr->seq; // 序列号
}
else
{
return false;
}
// 检查 ID 和序列号以确定收到期待数据报
if (usID != (USHORT)GetCurrentProcessId() || usSquNo != DecodeResult.usSeqNo)
{
return false;
}
// 记录 IP 地址并计算往返时间
DecodeResult.dwIPaddr.S_un.S_addr = pIpHdr->sourceIP;
DecodeResult.dwRoundTripTime = GetTickCount() - DecodeResult.dwRoundTripTime;
//处理正确收到的 ICMP 数据包
if (pIcmpHdr->type == ICMP_ECHO_REPLY || pIcmpHdr->type == ICMP_TIMEOUT)
{
// 输出往返时间信息
if (DecodeResult.dwRoundTripTime)
cout << " " << DecodeResult.dwRoundTripTime << "ms" << flush;
else
cout << " " << "<1ms" << flush;
}
return true;
}
崔莎问题三：传输的通道
最后这个问题也是我⽐较困惑的，原因是Socket把底层封装好了，我们只需把参数（发送的IP结构、ICMP结构、⽬的主机地址结构体）填好，传递到sendto()函数⾥⾯，就能把IP数据报发送到⽬的主机。通过调⽤recv就能得到⽬的主机的反馈。⽬前我也没到更加底层的分析，因此也只停留在会⽤⽽已。
说⼀下这个程序⼲了什么事，如何使⽤
效果
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