ping命令的模擬實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)IV課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)說明書</b></p><p><b>　　計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系</b></p><p><b>　　2011年9月9日</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)IV課程設(shè)計(jì)評閱書</p>&l

2、t;p>　　注：指導(dǎo)教師成績60%，答辯成績40%，總成績合成后按五級制記入。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　2011—2012學(xué)年第一學(xué)期</p><p>　　專業(yè)： 學(xué)號： 姓名： </p><p>　　課程設(shè)計(jì)

3、名稱： 課程設(shè)計(jì)IV課程設(shè)計(jì) </p><p>　　設(shè)計(jì)題目： Ping命令模擬實(shí)現(xiàn) </p><p>　　完成期限：自 2011 年 8 月 29 日 至 2011

4、 年 9 月 9 日共 2 周</p><p>　　設(shè)計(jì)依據(jù)、要求及主要內(nèi)容（可另加附頁）：</p><p>　　1. 了解并掌握ICMP協(xié)議。</p><p>　　2. 了解Ping命令的使用，其常用格式為Ping XXX.XXX.XXX.XXX。</p><p>　　3. Ping命令執(zhí)行原理及實(shí)現(xiàn)步驟。</p>

5、<p>　　4. 模擬ping命令的實(shí)現(xiàn)過程。</p><p>　　5. 對此次課程設(shè)計(jì)的總結(jié)</p><p>　　指導(dǎo)教師（簽字）： 教研室主任（簽字）： </p><p>　　批準(zhǔn)日期： 年 月 日</p><p><b>　　摘要&

6、lt;/b></p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展 ，個人、家庭或宿舍中擁有多臺計(jì)算機(jī)已變得十分的普遍 ， 將多臺計(jì)算機(jī)組建成網(wǎng)絡(luò)可以提高資源的利用率和協(xié)同工作的效率 ， 所以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無論在教學(xué)還是在現(xiàn)實(shí)生活中都變得異常的重要。在實(shí)際學(xué)習(xí)中，由于資源設(shè)備的限制，提供完善的實(shí)驗(yàn)環(huán)境存在一定的難度，所以提供一種模擬的組建網(wǎng)絡(luò)的平臺具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。根據(jù) Ping命令的運(yùn)行的運(yùn)行原理，對他進(jìn)行

7、的模擬實(shí)現(xiàn)，相應(yīng)的其他網(wǎng)檢查網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)命令。</p><p>　　關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；網(wǎng)絡(luò)； Ping</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一.課題內(nèi)容5</b></p><p>　　1.1課程設(shè)計(jì)目的5</p><p>　　1.2課程設(shè)計(jì)要求

8、5</p><p>　　1.3 實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)5</p><p>　　二. Ping命令及ICMP協(xié)議簡介6</p><p>　　2.1. Ping命令簡介6</p><p>　　2.2.ICMP協(xié)議簡介6</p><p>　　三.實(shí)現(xiàn)原理和步驟10</p><p>　　3.1.

9、實(shí)現(xiàn)原理10</p><p>　　3.2.實(shí)現(xiàn)步驟10</p><p>　　3.3.注意事項(xiàng)13</p><p><b>　　總結(jié)14</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：15</b></p><p><b>　　1.課題內(nèi)容</b>

10、</p><p><b>　　1.1課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　PING程序是我們使用的比較多的用于測試網(wǎng)絡(luò)連通性的程序。PING程序基于ICMP，使用ICMP</p><p>　　的回送請求和回送應(yīng)答來工作。由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程知道,ICMP是基于IP的一個協(xié)議,ICMP包通IP的</p><p>　　裝之后

11、傳遞。課程設(shè)計(jì)中選取PING程序的設(shè)計(jì),其目的是希望同學(xué)們通過PING程序的設(shè)計(jì)能初</p><p>　　TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基本實(shí)現(xiàn)方法,對網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制有進(jìn)一步的認(rèn)識。</p><p>　　1.2課程設(shè)計(jì)要求 1) 定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)</p><p>　　需要定義好IP數(shù)據(jù)報(bào)、ICMP包等相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 2) 程序?qū)崿F(xiàn) 在WINDOWS環(huán)境下實(shí)現(xiàn)PIN

12、G程序。 3) 程序要求 在命令提示符下輸入：</p><p>　　PING ΧΧΧ.ΧΧΧ.ΧΧΧ.ΧΧΧ 其中ΧΧΧ為目的主機(jī)的IP地址，不要求支持域名，對是否帶有開關(guān)變量也不做要求。不帶開關(guān)變量時，要求返回響應(yīng)。 返回信息的格式：  REPLY FROM ΧΧΧ.ΧΧΧ.ΧΧΧ.ΧΧΧ 或  REQUEST TimeOut (無法PING通的情況)

13、  </p><p>　　1.3 實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng) 1） 熟悉IP以及ICMP協(xié)議的工作機(jī)制 2） 編寫PING的實(shí)現(xiàn)程序 3） 在模擬實(shí)現(xiàn)環(huán)境下調(diào)試并運(yùn)行自己編寫的PIN程序</p><p>　　2. Ping命令及ICMP協(xié)議簡介</p><p>　　2.1. Ping命令簡介</p><p>　　ping命令是用

14、來查看網(wǎng)絡(luò)上另一個主機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接是否正常的一個工具。ping命令的工作原理是：向網(wǎng)絡(luò)上的另一個主機(jī)系統(tǒng)發(fā)送ICMP報(bào)文，如果指定系統(tǒng)得到了報(bào)文，它將把報(bào)文一模一樣地傳回給發(fā)送者，這有點(diǎn)象潛水艇聲納系統(tǒng)中使用的發(fā)聲裝置。</p><p>　　例如，在Linux終端上執(zhí)行ping　localhost命令將會看到以下結(jié)果: PING   localhost.localdomain   (127.

15、0.0.1)   from   127.0.0.1   :   56(84)   bytes   of   data.   64   bytes   from   localhost.localdomain   (127.0.0.1):   icmp_seq=0   ttl=255  

16、time=112   usec   64   bytes   from   localhost.localdomain   (127.0.0.1):   icmp_seq=1   ttl=255   time=79   usec   64   bytes   from   localhost.l

17、ocaldomain   (127.0.0.1):   icmp_seq=2   ttl=255   time=78   usec   64   bytes   from   localhost.localdomain   (127.0.0.1):   i</p><p>　　由上面的執(zhí)行結(jié)果可以看到，

18、ping命令執(zhí)行后顯示出被測試系統(tǒng)主機(jī)名和相應(yīng)IP地址、返回給當(dāng)前主機(jī)的ICMP報(bào)文順序號、ttl生存時間和往返時間rtt（單位是毫秒，即千分之一秒）。要寫一個模擬ping命令，這些信息有啟示作用。   要真正了解ping命令實(shí)現(xiàn)原理，就要了解ping命令所使用到的TCP/IP協(xié)議。</p><p>　　2.2.ICMP協(xié)議簡介</p><p>　　ICMP(Interne

19、t   Control   Message,網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議)是為網(wǎng)關(guān)和目標(biāo)主機(jī)而提供的一種差錯控制機(jī)制，使它們在遇到差錯時能把錯誤報(bào)告給報(bào)文源發(fā)方。ICMP協(xié)議是IP層的一個協(xié)議，但是由于差錯報(bào)告在發(fā)送給報(bào)文源發(fā)方時可能也要經(jīng)過若干子網(wǎng)，因此牽涉到路由選擇等問題，所以ICMP報(bào)文需通過IP協(xié)議來發(fā)送。ICMP數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)發(fā)送前需要兩級封裝：首先添加ICMP報(bào)頭形成ICMP報(bào)文，再添加IP報(bào)頭形成IP數(shù)據(jù)報(bào)。<

20、/p><p>　　(1)IP報(bào)頭格式 </p><p>　　(2)由于IP層協(xié)議是一種點(diǎn)對點(diǎn)的協(xié)議，而非端對端的協(xié)議，它提供無連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，沒有端口的概念，因此很少使用bind()和connect()函數(shù)，若有使用也只是用于設(shè)置IP地址。發(fā)送數(shù)據(jù)使用sendto()函數(shù)，接收數(shù)據(jù)使用recvfrom()函數(shù)</p><p><b>　　IP報(bào)頭格式如下

21、:</b></p><p>　　在Linux中，IP報(bào)頭格式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)()定義如下：</p><p>　　struct ip </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　#if   __BYTE_ORDER   ==   __LITTLE_ENDIAN</

22、p><p>　　unsigned int ip_hl:4; /* header length */</p><p>　　unsigned int ip_v:4; /* version */</p><p><b>　　#endif</b></p><p>　　#if   __BYTE_ORDER == __BIG

23、_ENDIAN unsigned int ip_v:4; /* version */unsigned int ip_hl:4; /* header length */#endifu_int8_t ip_tos; /* type of service */u_short ip_len; /* total length */ u_short ip_id; /* identification */u_short ip_of

24、f; /* fragment offset field */#define IP_RF 0x8000 /* reserved fragment flag*/#define IP_DF 0x4000 /* dont fragment flag*/#define IP_MF 0x2000 /* more fragments flag */#define IP_OFFMASK 0x1fff /* mask for fragmentin

25、g bits */u_int8_t ip_ttl; /* ti</p><p>　　是上述IP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的ip_hl變量。生存時間TTL（Time   To   Live）――以秒為單位，指出Ip</p><p>　　數(shù)據(jù)報(bào)能在網(wǎng)絡(luò)上停留的最長時間，其值由發(fā)送方設(shè)定，并在經(jīng)過路由的每一個節(jié)點(diǎn)時減一，當(dāng)該值</p><p>　　為0時，數(shù)據(jù)報(bào)將被丟

26、棄，是上述IP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的ip_ttl變量。</p><p>　　(2)ICMP報(bào)頭格式 ICMP報(bào)文分為兩種，一是錯誤報(bào)告報(bào)文，二是查詢報(bào)文。每個ICMP報(bào)頭均包含類型、編碼和校驗(yàn)和這三項(xiàng)內(nèi)容，長度為8位，8位和16位，其余選項(xiàng)則隨ICMP的功能不同而不同。</p><p>　　Ping命令只使用眾多ICMP報(bào)文中的兩種： "請求回送 "(ICMP_ECHO)和

27、 "請求回應(yīng) "(ICMP_ECHOREPLY)。在Linux中定義如下:#define ICMP_ECHO   0#define ICMP_ECHOREPLY 8這兩種ICMP類型報(bào)頭格式如下:在Linux中ICMP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)()定義如下：struct icmp{u_int8_t icmp_type; /* type of message, see below */u_int8_t

28、 icmp_code; /* type sub code */u_int16_t icmp_cksum; /* ones complement checksum of struct */union{u_char ih_pptr; /* ICMP_PARAMPROB */struct in_addr   ih_gwaddr; /* gateway address */struct ih_idseq /* e

29、cho datagram */{u_int16_t icd_id;u_int16_t ic</p><p>　　(3)ICMP數(shù)據(jù)報(bào) Ping命令中需要顯示的信息，包括icmp_seq和ttl都已有實(shí)現(xiàn)的辦法，但還缺rtt往返時間。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，可利用ICMP數(shù)據(jù)報(bào)攜帶一個時間戳。使用以下函數(shù)生成時間戳：#includeint gettimeofday(struct timeval *tp,v

30、oid *tzp) 其中timeval結(jié)構(gòu)如下：struct timeval{long tv_sec;long tv_usec;</p><p>　　} 其中tv_sec為秒數(shù)，tv_usec微秒數(shù)。在發(fā)送和接收報(bào)文時由gettimeofday分別生成兩個timeval結(jié)構(gòu)，兩者之差即為往返時間,即ICMP報(bào)文發(fā)送與接收的時間差，而timeval結(jié)構(gòu)由ICMP數(shù)據(jù)報(bào)攜帶,tzp指針表示時區(qū)，一般都不

31、使用，賦NULL值。(5)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 系統(tǒng)自帶的ping命令當(dāng)它接送完所有ICMP報(bào)文后，會對所有發(fā)送和所有接收的ICMP報(bào)文進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而計(jì)算ICMP報(bào)文丟失的比率。為達(dá)此目的，定義兩個全局變量：接收計(jì)數(shù)器和發(fā)送計(jì)數(shù)器，用于記錄ICMP報(bào)文接受和發(fā)送數(shù)目。丟失數(shù)目=發(fā)送總數(shù)-接收總數(shù)，丟失比率=丟失數(shù)目/發(fā)送總數(shù)。</p><p><b>　　3.實(shí)現(xiàn)原理和步驟</b></p&g

32、t;<p><b>　　3.1.實(shí)現(xiàn)原理</b></p><p>　　首先裝載ICMP.DLL連接庫，查找給定機(jī)器的IP地址信息，然后通過三個指針函數(shù)pIcmpCreateFile、pIcmpCloseHandle、pIcmpSendEcho從ICMP.DLL中得到函數(shù)入口地址，打開ping服務(wù)，構(gòu)造并發(fā)送ping數(shù)據(jù)包，完成ping命令的模擬實(shí)現(xiàn)。</p>&l

33、t;p><b>　　3.2.實(shí)現(xiàn)步驟</b></p><p>　?。?）啟動visual C++，進(jìn)入集成開發(fā)環(huán)境。</p><p>　?。?）建立一個“Win32 Console Application”類型的工程，工程名為pb55</p><p>　　（3）在該工程下，建立一個源程序文件，即選擇“C+Soure File”，文件名為p

34、b55</p><p>　?。?）輸入源程序如下：</p><p>　　#include<iostream.h></p><p>　　#include<winsock.h></p><p>　　#include<windowsx.h></p><p>　　#include"

35、icmpdefs.h"</p><p>　　#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")</p><p>　　//ping 實(shí)現(xiàn)部分</p><p>　　int doit(int argc,char* argv[])</p><p><b>　　{</b></p&

36、gt;<p>　　//裝載ICMP.DLL連接庫</p><p>　　HINSTANCE hIcmp=LoadLibrary("ICMP.DLL");</p><p>　　if(hIcmp==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cerr<<&qu

37、ot;Unable to locate ICMP.DLL!"<<endl;</p><p><b>　　return 2;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//查找給定機(jī)器的IP地址信息</p><p>　　struct hostent* p

38、he;</p><p>　　if((phe=gethostbyname(argv[1]))==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cerr<<"Could not find IP address for "<<argv[1]<<endl;</p>

39、<p><b>　　return 3;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//定義函數(shù)三個指針類型</p><p>　　typedef HANDLE (WINAPI* pfnHV)(VOID);</p><p>　　typedef BOOL (WINAP

40、I* pfnBH)(HANDLE);</p><p>　　typedef DWORD (WINAPI* pfnDHDPWPipPDD)(HANDLE,DWORD,LPVOID,WORD,</p><p>　　PIP_OPTION_INformATION,LPVOID,DWORD,DWORD);//evil,no?</p><p>　　//定義三個指針函數(shù)</p

41、><p>　　pfnHV pIcmpCreateFile;</p><p>　　pfnBH pIcmpCloseHandle;</p><p>　　pfnDHDPWPipPDD pIcmpSendEcho;</p><p>　　//從ICMP.DLL中得到函數(shù)入口地址</p><p>　　pIcmpCreateFile=(

42、pfnHV)GetProcAddress(hIcmp,"IcmpCreateFile");</p><p>　　pIcmpCloseHandle=(pfnBH)GetProcAddress(hIcmp,"IcmpCloseHandle");</p><p>　　pIcmpSendEcho=(pfnDHDPWPipPDD)GetProcAddress(

43、hIcmp,"IcmpSendEcho");</p><p>　　if((pIcmpCreateFile==0)||(pIcmpCloseHandle==0)||(pIcmpSendEcho==0))</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cerr<<"Failed to get

44、pro addr for function."<<endl;</p><p><b>　　return 4;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//打開ping服務(wù)</p><p>　　HANDLE hIP=pIcmpCreateFile();

45、</p><p>　　if(hIP==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cerr<<"Unable to open ping service."<<endl;</p><p><b>　　return 5;</b></

46、p><p><b>　　}</b></p><p>　　//構(gòu)造ping數(shù)據(jù)包</p><p>　　char acPingBuffer[64];</p><p>　　memset(acPingBuffer,'\xAA',sizeof(acPingBuffer));</p><p>　　

47、PIP_ECHO_REPLY pIpe=(PIP_ECHO_REPLY)GlobalAlloc(GMEM_FIXED|GMEM_ZEROINIT,</p><p>　　sizeof(IP_ECHO_REPLY)+sizeof(acPingBuffer));</p><p>　　if(pIpe==0)</p><p><b>　　{</b><

48、;/p><p>　　cerr<<"Failed to allocate global ping packet buffer."<<endl;</p><p><b>　　return 6;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　p

49、Ipe->Data=acPingBuffer;</p><p>　　pIpe->DataSize=sizeof(acPingBuffer);</p><p>　　//發(fā)送ping數(shù)據(jù)包</p><p>　　DWORD dwStatus=pIcmpSendEcho(hIP,*((DWORD*)phe->h_addr_list[0]),</p&g

50、t;<p>　　acPingBuffer,sizeof(acPingBuffer),NULL,pIpe,</p><p>　　sizeof(IP_ECHO_REPLY)+sizeof(acPingBuffer),5000);</p><p>　　if(dwStatus!=0)</p><p><b>　　{</b></p&g

51、t;<p>　　cout<<"Addr:"<<</p><p>　　int(LOBYTE(LOWORD(pIpe->Address)))<<"."<<</p><p>　　int(HIBYTE(LOWORD(pIpe->Address)))<<".&quo

52、t;<<</p><p>　　int(LOBYTE(HIWORD(pIpe->Address)))<<"."<<</p><p>　　int(HIBYTE(HIWORD(pIpe->Address)))<<"."<<</p><p>　　"RTT

53、:"<<int(pIpe->RoundTripTime)<<"ms,"<<</p><p>　　"TTL:"<<int(pIpe->Options.Ttl)<<endl;</p><p><b>　　}</b></p><p&g

54、t;<b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　cerr<<"Error obtaining info from ping packet."<<endl;</p><p><b>　　}</b></p>

55、;<p><b>　　//關(guān)閉，回收資源</b></p><p>　　GlobalFree(pIpe);</p><p>　　FreeLibrary(hIcmp);</p><p><b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b>&l

56、t;/p><p><b>　　//主函數(shù)//</b></p><p>　　int main(int argc,char* argv[])</p><p><b>　　{</b></p><p>　　WSAData wsaData;</p><p>　　if(WSAStartup(

57、MAKEWORD(1,1),&wsaData)!=0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　return 255;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(argc<2)</p><p><b>　　{

58、</b></p><p>　　cerr<<"usage:ping<host>"<<endl;</p><p><b>　　return 1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　int retval=

59、doit(argc,argv);</p><p>　　return retval;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//以下是頭文件icmpdefs.h代碼</p><p>　　//ICMP.DLL函數(shù)中需要的結(jié)構(gòu)//</p><p>　　typedef struct{

60、</p><p>　　unsigned char Ttl;//time to live</p><p>　　unsigned char Tos;//type of service</p><p>　　unsigned char Flags;//ip header flags</p><p>　　unsigned char OptionsSiz

61、e; //size in bytes of options data</p><p>　　unsigned char *OptionsData;//pointer to options data</p><p>　　}IP_OPTION_INformATION,*PIP_OPTION_INformATION;</p><p>　　typedef struct{<

62、;/p><p>　　DWORD Address;//replying address</p><p>　　unsigned long Status;//reply status</p><p>　　unsigned long RoundTripTime;//rtt in milliseconds</p><p>　　unsigned short

63、DataSize;//echo data size </p><p>　　unsigned short Reserved;//reserved for system use</p><p>　　void *Data;//pointer to the echo data</p><p>　　IP_OPTION_INformATION Options;//reply o

64、ptions</p><p>　　}IP_ECHO_REPLY,*PIP_ECHO_REPLY;</p><p>　?。?）編譯，連接并生成EXE程序</p><p>　?。?）進(jìn)入命令行提示符下運(yùn)行程序（格式同Ping程序，Ping XXX.XXX.XXX.XXX）。</p><p><b>　　3.3.注意事項(xiàng)</b&g

65、t;</p><p>　　在具體運(yùn)行之前，要先配置環(huán)境變量，具體步驟為:“我的電腦”—>“屬性”—>“高級”—>“環(huán)境變量”配置用戶變量，具體配置內(nèi)容如下所示：</p><p>　　PATH=C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\VC98\Bin;C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\

66、Common\MSDev98\Bin INCLUDE=C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\VC98\Include;C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\VC98\MFC\Include LIB=C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\VC98\Lib;C:\Program Files\Micros

67、oft Visual Studio\VC98\MFC\Lib</p><p>　　配置完成后，點(diǎn)擊“開始”—>“運(yùn)行”，輸入cmd進(jìn)入DOS界面，VC++的編譯程序?yàn)閏l.exe,編譯格式為cl E:\cl\cl.cpp,編譯連接成功后即可運(yùn)行程序，具體可見運(yùn)行結(jié)果部分。</p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果：</b></p><p>&

68、lt;b>　　圖3.1運(yùn)行結(jié)果</b></p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過此次設(shè)計(jì)我們了解了Ping命令模式的實(shí)現(xiàn)，并了對TCP/IP協(xié)議有了更加深刻的了解和認(rèn)識。同時對網(wǎng)路的一些工作原理進(jìn)行了進(jìn)一步的了解，我們通過調(diào)試程序，運(yùn)行出結(jié)果。使我們收獲很多。</p><p>　　在此次的設(shè)計(jì)中，我們

69、分組共同完成設(shè)計(jì)內(nèi)容，一起查閱資料，共同的合作探討，終于完成了此次的內(nèi)容，我們了解了有關(guān)Ping命令的內(nèi)容，同時實(shí)現(xiàn)了Ping命令的模擬，收獲了很多知識。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 劉永華.《Windows sever 2003 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)》.北京：清華大學(xué)出版社，2010.</p><p>