[Linux C] 使用 RAW socket 實現簡易的 Ping 功能

不管是在 Linux 或 Window 上 , 你一定或多或少使用過 Ping 這個指令吧！使用 Ping 指令可以讓你迅速知道目標主機現在是否存活 (當然有其他例外) 。而這篇文章就是要探討 , 該如何使用 RAW socket 來實現簡單的 Ping 功能

關於 ICMP

我們在這次的實作中就是要利用 ICMP (網際網路控制訊息協定) 來實現 Ping 功能。這個協定用於 TCP/IP 網路中傳送控制訊息 , 提供可能發生在通訊環境中的各種問題回饋 , 而透過這些回饋資訊 , 就可以針對問題做出診斷，再採取應對的措施

所以意思就是 , 我們只要對目標主機發送 ICMP 封包的 , 再針對其反饋的封包資訊來加以分析，就可以知道目標主機目前是否存活 , 如同下圖所示

此外 , 雖然 ICMP 和 IP 都同屬 OSI 第三層協定 , 但是 ICMP 本身不能自行傳送 , 而是需要倚賴 IP 的幫忙才能傳送 , 這也表示需要兩台 PC 同時支援 IP , 才能使用 ICMP 來進行錯誤偵測與診斷

ICMP 封包結構

ICMP Header 從第 160 位元開始 , 結構如下圖所示

其各欄位功能大致如下：

Type : ICMP 種類 , 可用來識別其狀況
Code : 進一步劃分 ICMP Type , 可用來識別其錯誤原因
Checksum : 用來檢查封包資訊有無錯誤
ID ： 由發送者所定 , 而目標主機的 Echo Reply 必須與我們所設的 ID 相同 , 所以可作為識別之用
Sequence : 用來紀錄序號 , 而 Echo Reply 同樣必須和發送端相同 , 也是作為識別之用的

ID Sequence 合起來就可以用來識別特定配對的 Echo Request 和 Echo Reply

而 Type 和 Code 所對應的網路狀況我在這裡就不贅述了 , 想要明白各種狀況可以到網際網路控制訊息協定察看哦~

RAW socket 實現 Ping 功能

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/ip_icmp.h>
#include <arpa/inet.h>

#ifndef _DEBUG_COLOR_
#define _DEBUG_COLOR_
    #define KDRK "\x1B[0;30m"
    #define KGRY "\x1B[1;30m"
    #define KRED "\x1B[0;31m"
    #define KRED_L "\x1B[1;31m"
    #define KGRN "\x1B[0;32m"
    #define KGRN_L "\x1B[1;32m"
    #define KYEL "\x1B[0;33m"
    #define KYEL_L "\x1B[1;33m"
    #define KBLU "\x1B[0;34m"
    #define KBLU_L "\x1B[1;34m"
    #define KMAG "\x1B[0;35m"
    #define KMAG_L "\x1B[1;35m"
    #define KCYN "\x1B[0;36m"
    #define KCYN_L "\x1B[1;36m"
    #define WHITE "\x1B[0;37m"
    #define WHITE_L "\x1B[1;37m"
    #define RESET "\x1B[0m"
#endif

// 做 checksum 運算, 驗證資料有無毀損
unsigned short checksum(unsigned short *buf, int bufsz){
    unsigned long sum = 0xffff;

    while(bufsz > 1){
        sum += *buf;
        buf++;
        bufsz -= 2;
    }

    if(bufsz == 1)
        sum += *(unsigned char*)buf;

    sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
    sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);

    return ~sum;
}

int main(int argc, char *argv[]){
    int sd;
    struct icmphdr hdr;
    struct sockaddr_in addr;
    int num;
    char buf[1024];
    struct icmphdr *icmphdrptr;
    struct iphdr *iphdrptr;

    if(argc != 2){
        printf("usage: %s IPADDR\n", argv[0]);
        exit(-1);
    }

    addr.sin_family = PF_INET; // IPv4

    // 將使用者輸入的 IP 轉成 network order
    num = inet_pton(PF_INET, argv[1], &addr.sin_addr);
    if(num < 0){
        perror("inet_pton");
        exit(-1);
    }

    // 開一個 IPv4 的 RAW Socket , 並且準備收取 ICMP 封包
    sd = socket(PF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
    if(sd < 0){
        perror("socket");
        exit(-1);
    }

    // 清空結構內容
    memset(&hdr, 0, sizeof(hdr));

    // 初始化 ICMP Header
    hdr.type = ICMP_ECHO;
    hdr.code = 0;
    hdr.checksum = 0;
    hdr.un.echo.id = 0;
    hdr.un.echo.sequence = 0;

    // 計算出 checksum
    hdr.checksum = checksum((unsigned short*)&hdr, sizeof(hdr));

    // 將定義好的 ICMP Header 送到目標主機
    num = sendto(sd, (char*)&hdr, sizeof(hdr), 0, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
    if(num < 1){
        perror("sendto");
        exit(-1);
    }
    printf(KYEL"We have sended an ICMP packet to %s\n", argv[1]);

    // 清空 buf
    memset(buf, 0, sizeof(buf));

    printf(KGRN"Waiting for ICMP echo...\n");

    // 接收來自目標主機的 Echo Reply
    num = recv(sd, buf, sizeof(buf), 0);
    if(num < 1){
        perror("recv");
        exit(-1);
    }

    // 取出 IP Header
    iphdrptr = (struct iphdr*)buf;

    // 取出 ICMP Header
    icmphdrptr = (struct icmphdr*)(buf+(iphdrptr->ihl)*4);

    // 判斷 ICMP 種類
    switch(icmphdrptr->type){
        case 3:
            printf(KBLU"The host %s is a unreachable purpose!\n", argv[1]);
            printf(KBLU"The ICMP type is %d\n", icmphdrptr->type);
            printf(KBLU"The ICMP code is %d\n", icmphdrptr->code);
            break;
        case 8:
            printf(KRED"The host %s is alive!\n", argv[1]);
            printf(KRED"The ICMP type is %d\n", icmphdrptr->type);
            printf(KRED"The ICMP code is %d\n", icmphdrptr->code);
            break;
        case 0:
            printf(KRED"The host %s is alive!\n", argv[1]);
            printf(KRED"The ICMP type is %d\n", icmphdrptr->type);
            printf(KRED"The ICMP code is %d\n", icmphdrptr->code);
            break;
        default:
            printf(KMAG"Another situations!\n");
            printf(KMAG"The ICMP type is %d\n", icmphdrptr->type);
            printf(KMAG"The ICMP code is %d\n", icmphdrptr->code);
            break;
    }

    close(sd); // 關閉 socket
    return EXIT_SUCCESS;
}

Ping 中華電信 IP 試試看

Ping 不存在的 IP 試試看

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[Linux C] 使用 RAW socket 實現簡易的 Ping 功能

關於 ICMP

ICMP 封包結構

RAW socket 實現 Ping 功能

參考文獻