linux原始套接字(2)-icmp请求与接收

一.概述                                                   

上一篇arp请求使用的是链路层的原始套接字。icmp封装在ip数据报里面，所以icmp请求可以直接使用网络层的原始套接字，即socket()第一个参数是PF_INET。如下：

 sockfd = socket(PF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);

icmp报文不同的类型有不同的格式，我们以icmp回显请求和会显应答报文格式(即ping程序使用的报文类型)为例：

类型为8表示请求，为0表示应答。校验和要自己计算，标识符一般为程序的进程ID号。序号自定义，一般从1开始。选项数据里面可以放时间戳，用作计算ping一次的花费时间！

icmp报文结构定义在netinet/ip_icmp.h

 struct icmp
 {
   u_int8_t  icmp_type;    /* type of message, see below */
   u_int8_t  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        /* echo datagram */
     {
       u_int16_t icd_id;
       u_int16_t icd_seq;
     } ih_idseq;
     u_int32_t ih_void;

     /* ICMP_UNREACH_NEEDFRAG -- Path MTU Discovery (RFC1191) */
     struct ih_pmtu
     {
       u_int16_t ipm_void;
       u_int16_t ipm_nextmtu;
     } ih_pmtu;

     struct ih_rtradv
     {
       u_int8_t irt_num_addrs;
       u_int8_t irt_wpa;
       u_int16_t irt_lifetime;
     } ih_rtradv;
   } icmp_hun;
 #define    icmp_pptr    icmp_hun.ih_pptr
 #define    icmp_gwaddr    icmp_hun.ih_gwaddr
 #define    icmp_id        icmp_hun.ih_idseq.icd_id
 #define    icmp_seq    icmp_hun.ih_idseq.icd_seq
 #define    icmp_void    icmp_hun.ih_void
 #define    icmp_pmvoid    icmp_hun.ih_pmtu.ipm_void
 #define    icmp_nextmtu    icmp_hun.ih_pmtu.ipm_nextmtu
 #define    icmp_num_addrs    icmp_hun.ih_rtradv.irt_num_addrs
 #define    icmp_wpa    icmp_hun.ih_rtradv.irt_wpa
 #define    icmp_lifetime    icmp_hun.ih_rtradv.irt_lifetime
   union
   {
     struct
     {
       u_int32_t its_otime;
       u_int32_t its_rtime;
       u_int32_t its_ttime;
     } id_ts;
     struct
     {
       struct ip idi_ip;
       /* options and then 64 bits of data */
     } id_ip;
     struct icmp_ra_addr id_radv;
     u_int32_t   id_mask;
     u_int8_t    id_data[];
   } icmp_dun;
 #define    icmp_otime    icmp_dun.id_ts.its_otime
 #define    icmp_rtime    icmp_dun.id_ts.its_rtime
 #define    icmp_ttime    icmp_dun.id_ts.its_ttime
 #define    icmp_ip        icmp_dun.id_ip.idi_ip
 #define    icmp_radv    icmp_dun.id_radv
 #define    icmp_mask    icmp_dun.id_mask
 #define    icmp_data    icmp_dun.id_data
 };

二.icmp请求代码                                   

 /**
  * @file icmp_request.c
  */

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

 /* icmp报文长度 */
 #define ICMP_PACKET_LEN sizeof(struct icmp)

 void err_exit(const char *err_msg)
 {
     perror(err_msg);
     exit();
 }

 /* 校验和 */
 unsigned short check_sum(unsigned short *addr, int len)
 {
     int nleft = len;
     ;
     unsigned short *w = addr;
     unsigned ;

     )
     {
         sum += *w++;
         nleft -= ;
     }
     )
     {
         *(unsigned char *)(&answer) = *(unsigned char *)w;
         sum += answer;
     }

     sum = (sum >> ) + (sum & 0xffff);
     sum += (sum >> );
     answer = ~sum;

     return answer;
 }

 /* 填充icmp报文 */
 struct icmp *fill_icmp_packet(int icmp_type, int icmp_sequ)
 {
     struct icmp *icmp_packet;

     icmp_packet = (struct icmp *)malloc(ICMP_PACKET_LEN);
     icmp_packet->icmp_type = icmp_type;
     icmp_packet->icmp_code = ;
     icmp_packet->icmp_cksum = ;
     icmp_packet->icmp_id = htons(getpid());
     icmp_packet->icmp_seq = htons(icmp_sequ);
     /* 发送时间 */
     gettimeofday((struct timeval *)icmp_packet->icmp_data, NULL);
     /* 校验和 */
     icmp_packet->icmp_cksum = check_sum((unsigned short *)icmp_packet, ICMP_PACKET_LEN);

     return icmp_packet;
 }

 /* 发送icmp请求 */
 void icmp_request(const char *dst_ip, int icmp_type, int icmp_sequ)
 {
     struct sockaddr_in dst_addr;
     struct icmp *icmp_packet;
     int sockfd, ret_len;
     char buf[ICMP_PACKET_LEN];

     /* 请求的地址 */
     bzero(&dst_addr, sizeof(struct sockaddr_in));
     dst_addr.sin_family = AF_INET;
     dst_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(dst_ip);

     )
         err_exit("sockfd()");

     /* icmp包 */
     icmp_packet = fill_icmp_packet(icmp_type, icmp_sequ);
     memcpy(buf, icmp_packet, ICMP_PACKET_LEN);

     /* 发送请求 */
     ret_len = sendto(sockfd, buf, ICMP_PACKET_LEN, , (struct sockaddr *)&dst_addr, sizeof(struct sockaddr_in));
     )
         printf("sendto() ok!!!\n");

     close(sockfd);
 }

 int main(int argc, const char *argv[])
 {
     )
     {
         printf(]);
         exit();
     }

     /* 发送icmp请求 */
     icmp_request(argv[], , );

     ;
 }

流程：命令行接收icmp请求的目标IP，106行发送请求，指定icmp类型是8，序列号是1。然后通过目标IP地址创建网络地址结构，接着创建ICMP类型的原始套接字，填充icmp报文，并把发送时间填到icmp的数据结构。

三.icmp接收代码                                   

 /**
  * @file icmp_recv.c
  */

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

 /* IP首部长度 */
 #define IP_HEADER_LEN sizeof(struct ip)
 /* icmp报文长度 */
 #define ICMP_PACKET_LEN sizeof(struct icmp)
 /* IP + ICMP长度 */
 #define IP_ICMP_PACKET_LEN IP_HEADER_LEN + ICMP_PACKET_LEN

 void err_exit(const char *err_msg)
 {
     perror(err_msg);
     exit();
 }

 /* 计算发送时间与接收时间的毫秒差 */
 float time_interval(struct timeval *recv_time, struct timeval *send_time)
 {
     ;

     /* 如果接收的时间微妙小于发送的微妙 */
     if (recv_time->tv_usec < send_time->tv_usec)
     {
         recv_time->tv_sec -= ;
         recv_time->tv_usec += ;
     }
     msec = (recv_time->tv_sec - send_time->tv_sec) * 1000.0 + (recv_time->tv_usec - send_time->tv_usec) / 1000.0;

     return msec;
 }

 int main(void)
 {
     struct ip *ip_header;
     struct icmp *icmp_packet;
     char buf[IP_ICMP_PACKET_LEN];
     struct timeval *recv_timeval, *send_timeval;
     int sockfd, ret_len;

     )
         err_exit("sockfd()");

     recv_timeval = malloc(sizeof(struct timeval));
     )
     {
         ret_len = recv(sockfd, buf, IP_ICMP_PACKET_LEN, );
         )
         {
             /* 接收时间 */
             gettimeofday(recv_timeval, NULL);
             /* 取出ip首部 */
             /* 取出icmp报文 */
             ip_header = (struct ip *)buf;
             icmp_packet = (struct icmp *)(buf + IP_HEADER_LEN);
             /* 取出发送时间 */
             send_timeval = (struct timeval *)icmp_packet->icmp_data;
             printf("===============================\n");
             printf("from ip:%s\n", inet_ntoa(ip_header->ip_src));
             printf("icmp_type:%d\n", icmp_packet->icmp_type);
             printf("icmp_code:%d\n", icmp_packet->icmp_code);
             printf("time interval:%.3fms\n", time_interval(recv_timeval, send_timeval));
         }
     }

     free(recv_timeval);
     close(sockfd);
     ;
 }

流程：创建ICMP类型的原始套接字后直接接收。首先获取接收时间，然后依次取出ip首部，icmp报文，再取出icmp的请求时间。从ip首部获取源ip地址，从icmp报文获取该报文的类型，代码号，通过发送时间和接收时间计算毫秒差！

四.实验                                                   

.打开wireshark一起观察。以root运行icmp_recv，再运行icmp_request

可以看到icmp的类型是0，代码也是0。响应时间跟我们的程序差不多。

.现在我们请求一个不可达的ip地址

主机不可达时，返回的icmp报文类型是3，代码是1。报文结构不同，取出的发送时间是不正常的，所以这里计算的时间间隔也不正常。wireshark里面的结果是，本机自动广播了一个arp请求，但没有机器回答本机。

部分icmp类型：