自己实现一个ping程序

小时候不太会玩电脑,一般自己玩的时候流程是:开始--附加功能--游戏与娱乐。
倘若旁边有妹子在围观,我便会win+R-----cmd----ping baidu.com.然后看着屏幕上跳出一行行数字,假装自己看得懂的样子,过一会儿再慢悠悠地打开太空弹球玩起来
现在想起来真的是图样图森破,甚至还非常naive啊。
这个ping程序算是我对计算机最早的认识了,作为一个生活在图形界面时代的人类,这也是我第一次知道了命令行形式的人机交互。
之前学习了计算机网络的知识,知道了它的原理其实是利用ICMP协议的回显请求来实现的,通过构造ICMP报文向目的主机发出,然后接收返回报文,计算经过的时间,就能计算出主机到目的主机之间的RTT(Round Trip Time),也就是我们平时讲的延迟。
由于ICMP工作在网络层,不能保证交付,也不保证顺序,所以发送多个请求的时候,可能会出现乱序的情况,于是ping程序中在数据段保存包本身的发送时间,接收到之后用系统时间减去报文中读取的时间即可得到RTT。为了简化过程,我在此只发送一个报文。
要构造ICMP包,首先要知道其格式,
Type (8bit) | Code(8bit) | Checksum (16bit) | Identifier (16bit) | Sequence Number (16bit) | Data ...
我么要用到的是回显请求,对应type是8,code是0,checksum要通过特定的算法获得,其他部分自己处理即可。

import socket
import  array,struct,time,select
def checksum(data):
if(len(data)%2!=0):
    data+=b'\x00'
a=array.array('H',data)
s=0
for d in a:
    s=s+d
s=(~s)&0xffff
return s

这段代码将已经除checksum以外其它打包好的数据进行一系列计算,得到一个16bit的数,用于差错检测,如果计算错误,服务器方不会响应,你也就接受不到响应的报文了。在编写网络程序的时候,调试时要利用抓包工具查看自己发出的报文的具体内容,否则难以得知自己错在何处。

def send_packet(my_socket,destination_addr):
header=struct.pack('bbHh',8,0,1,1)
data=0
data=struct.pack('d',data)
checks=checksum(header+data)
packet=struct.pack('bbHHh',8,0,checks,1,1)+data
my_socket.sendto(packet,(destination_addr,1))
t=recive_ping(my_socket, 5)
print(t)

def recive_ping(my_socket,timeout):
timeleft=timeout
while True:
    starttime=time.time()
    select_=select.select([my_socket],[],[],timeleft)
    if select_[0]==[]:
        print("timeout")
        return -1
    t=time.time()-starttime
    return  t

这两个函数一起完成了报文的构造和发送,这其中用到了raw类型socket,select用于接收数据,由于数据要翻译成二进制发送,直接连接字符串肯定是不行的,所以要用struct将数据打包。

def do(addr):
icmp=socket.getprotobyname('icmp')
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_RAW,icmp)
send_packet(s, addr)

do("220.181.57.217")

这就是程序的入口了,运行效果就不贴了,反正就是打印出一个浮点数。数字的含义是延迟时间(实际是rtt)。

与ping相似的另一个traceroute,实现原理也类似,它利用的是ip头部的TTL,通过构造指向目的主机的ttl从1递增的数据包,就能获得源主机到目的主机之间所有经过的路由,这可以在网上找到不少资料,此处不再赘述。

参考:[1]:https://bbs.ichunqiu.com/thread-8970-1-1.html

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