94-ICMP 协议（回显请求与应答）

当 ICMP 首部 type = 8, code = 0，该 ICMP 是回显请求报文。当 type = 0, code = 0 时，是回显应答报文。

1. 回显请求与应答报文

1.1 首部格式

图1 ICMP 回显请求与应答报文首部

当 ICMP 报文是回显请求与应答报文时，我们可以看到首部的第 4、5 两个字节是标识符字段，第 6、7 两个字节是序号字段。

1.2 结构体

该结构体定义在 unp/program/include/icmp.h 中。

// icmp 回显报文头部
struct icmp_echo {
  uint8_t icmp_type;
  uint8_t icmp_code;
  uint16_t icmp_cksum;
  uint16_t icmp_id;
  uint16_t icmp_seq;
  char icmp_data[0];
};

2. 回显请求与应答过程

应用进程可以发送一个 type = 8, code = 0 的 ICMP 回显请求报文给目标主机，目标主机收到该 ICMP 报文后，将该报文的 type 字段值改为 0（回显应答报文），原封不动的发送回去。

图2 ICMP 回显请求与应答

如图 2，主机 A 上的进程发送一个回显请求报文(type = 8)，同时附带数据 "hello"，发送到主机 B. 主机 B 收到该报文后，主动发送回显应答给主机 A.

3. 程序设计

3.1 本文程序路径

本文使用的程序托管在 gitos 上：http://git.oschina.net/ivan_allen/unp

如果你已经 clone 过这个代码了，请使用 git pull 更新一下。本节程序所使用的程序路径是 unp/program/icmp/icmpecho.

3.2 设计思路

之前已经练习过接收 ICMP 报文了，但是我们还没有写过如何发送 ICMP 报文，其实发送也很简单。不过要注意，要不要我们自己构造 IP 数据报？

回答：默认情况下，我们不需要自己构造，直接构造好 IP 数据报的内容发出去就行了。如果你想自己构造，可以使用 setsockotp 函数指定选项 IP_HDRINCL，像下面这样：

int onoff = 1;
setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, &onoff, sizeof(onoff));

在这里，我们并不想自己构造 IP 数据报，因此也不用开启 IP_HDRINCL 选项。所以我们只需要构造一个 ICMP 回显请求报文就行了。

char sendbuf[4096];
struct icmp_echo *icmp_echo = (struct icmp_echo*)sendbuf;
// 开始填充 icmp_echo
icmp_echo->icmp_type = 8; // 类型为 8，表示回显请求
icmp_echo->icmp_code = 0;
icmp_echo->icmp_cksum = 0; // 注意，这个字段一定要正确填写
icmp_echo->icmp_id = getpid() & 0xffff; // 这个字段随便你填，我就填一个进程的 id 号。
icmp_echo->icmp_seq = 0; // 这个字段也是随便你填什么的。
strcpy(icmp_echo->data, "hello"); 

// 计算整个 icmp 报文的长度(首部长度 + 数据部分长度)
icmplen = sizeof(struct icmp_echo) + strlen("hello");

// 所有字段填写完成后，就开始计算校验和
icmp_echo->icmp_cksum = cksum((unsigned short*)sendbuf, icmplen);

如果校验和填不对，这个 IP 数据报会直接被你的主机一声不吭的丢弃。校验和的算法叫 one’s complement sum，中译名为二进制反码求和，如果你感兴趣可以自行搜索它的算法。这里直接给出代码：

unsigned short cksum(unsigned short *addr, int len){
  unsigned int sum = 0;  
  while(len > 1){ 
    sum += *addr++;
    len -= 2;
  }

  // 处理剩下的一个字节
  if(len == 1){ 
    sum += *(unsigned char*)addr;
  }

  // 将32位的高16位与低16位相加
  sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff);
  sum += (sum >> 16);

  return (unsigned short) ~sum;
}

3.3 程序框架(伪代码)

void handler(int sig) {
  // 每隔一秒发送一个回显请求报文给目标主机
  sender();
  alarm(1);
}


int main() {
  registSignal(SIGALRM, handler);
  alarm(1);

  recver();
}

void sender() {
  // 构造 ICMP 回显请求报文发送给目标主机
  // ...
}

void recver() {
  // 接收 IP 数据报，并解析出 ICMP 报文
  // 过滤出 ICMP 回显应答报文(type = 0, code = 0)
  // 打印 ICMP 报文中的数据部分
}

当然你也可以使用线程的方式发送 ICMP 报文……无所谓啦。

4. 实验

程序 icmp/icmpecho 每隔一秒发送一个 ICMP 请求报文给目标主机 baidu.com，同时接收 baidu.com 发送回来的回显应答报文，然后将接收到的回显数据打印出来。

图1 发送回显请求与接收回显应答

从上面的结果可以看到，我们的程序给主机 baidu.com 发送了一个回显请求，然后又接收到了 baidu.com 的回显应答。

5. 总结

很开心，我们离 ping 命令的实现非常接近了，你完全可以将本程序稍作修改，它就是一个 ping 命令。

• 掌握 ICMP 回显报文的构造
• 掌握发送 ICMP 报文的方法