原始套接字打造ping命令

码农UP2U

发布于 2021-06-10 15:41:59

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早期文章：

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：