ping命令是用來查看網(wǎng)絡(luò)上另一個(gè)主機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接是否正常的一個(gè)工具。ping命令的工作原理是：向網(wǎng)絡(luò)上的另一個(gè)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。

例如，在Linux終端上執(zhí)行ping　localhost命令將會(huì)看到以下結(jié)果:

PING localhost.localdomain (127.0.0.1) from 127.0.0.1 : 56(84) bytes of data.
64 bytes from localhost.localdomain (127.0.0.1): icmp_seq=0 ttl=255 time=112 usec
64 bytes from localhost.localdomain (127.0.0.1): icmp_seq=1 ttl=255 time=79 usec
64 bytes from localhost.localdomain (127.0.0.1): icmp_seq=2 ttl=255 time=78 usec
64 bytes from localhost.localdomain (127.0.0.1): icmp_seq=3 ttl=255 time=82 usec

--- localhost.localdomain ping statistics ---
4 packets transmitted, 4 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max/mdev = 0.078/0.087/0.112/0.018 ms

?

由上面的執(zhí)行結(jié)果可以看到，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(shí)間和往返時(shí)間rtt（單位是毫秒，即千分之一秒）。要寫一個(gè)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。

ICMP(Internet 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(cuò)控制機(jī)制，使它們在遇到差錯(cuò)時(shí)能把錯(cuò)誤報(bào)告給報(bào)文源發(fā)方。ICMP協(xié)議是IP層的一個(gè)協(xié)議，但是由于差錯(cuò)報(bào)告在發(fā)送給報(bào)文源發(fā)方時(shí)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)。如下圖所示

IP報(bào)頭格式

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)。IP報(bào)頭格式如下圖：

?

在Linux中，IP報(bào)頭格式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(<netinet/ip.h>)定義如下：

struct ip
{
#if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
unsigned int ip_hl:4; /* header length */
unsigned int ip_v:4; /* version */
#endif
#if __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN
unsigned int ip_v:4; /* version */
unsigned int ip_hl:4; /* header length */
#endif
u_int8_t ip_tos; /* type of service */
u_short ip_len; /* total length */
u_short ip_id; /* identification */
u_short ip_off; /* 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 fragmenting bits */
u_int8_t ip_ttl; /* time to live */
u_int8_t ip_p; /* protocol */
u_short ip_sum; /* checksum */
struct in_addr ip_src, ip_dst; /* source and dest address */
};

?

其中ping程序只使用以下數(shù)據(jù)：

• IP報(bào)頭長度IHL（Internet Header Length）?D?D以４字節(jié)為一個(gè)單位來記錄IP報(bào)頭的長度，是上述IP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的ip_hl變量。

• 生存時(shí)間TTL（Time To Live）?D?D以秒為單位，指出IP數(shù)據(jù)報(bào)能在網(wǎng)絡(luò)上停留的最長時(shí)間，其值由發(fā)送方設(shè)定，并在經(jīng)過路由的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)減一，當(dāng)該值為０時(shí)，數(shù)據(jù)報(bào)將被丟棄，是上述IP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的ip_ttl變量。

ICMP報(bào)頭格式

ICMP報(bào)文分為兩種，一是錯(cuò)誤報(bào)告報(bào)文，二是查詢報(bào)文。每個(gè)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。

Ping命令只使用眾多ICMP報(bào)文中的兩種："請求回送'(ICMP_ECHO)和"請求回應(yīng)'(ICMP_ECHOREPLY)。在Linux中定義如下：