首页 > 编程开发 > Objective-C编程 >
-
利用C#实现ICMP网络协议
ICMP就是所谓的Internet控制报文协议（Internet Control Message Protocol），在网络中，一般用它来传递差错报文以及其他应注意的信息。ICMP一般被认为是和IP协议同一层的协议，IMCP报文通常被IP层或者更高层的协议（如：TCP或者UDP）使用，ICMP对于互联网以及其他基于IP协议的网络的正常运行起着非常重要的作用。有许多重要的网络程序都是基于ICMP协议上的，最为著名如Ping和Tracert等。本文就来介绍用Visual C#实现基于ICMP协议重要的网络命令Ping的方法。
Ping命令是可以说是一个"跨平台"程序，这是因为Ping命令不仅存在Windows系统上，在Unix系统上也有Ping命令，其实对其他只要是支持网络的操作系统，一般也都存在该命令。Ping命令的主要作用是检测网络上主机的状态。要是在几年前，我们还可以下如此断言，如果不能Ping通某台主机，那么也就无法Telnet或者FTP到这台主机，但随着互联网的安全意识的增加，出现了访问控制清单的路由器和防火墙，由于ICMP报文是在IP数据包中被传输的，而到达一台主机不仅取决于IP层是否到达，还取决于使用何种协议和端口。譬如金山公司的金山网镖就可以禁止其他机器Ping通这台主机。所以在现在的情况下，即时Ping不通某台机器，但也有可能FTP登陆到这台机器，或者通过HTTP来浏览这台机器上的Web页面。
一．Ping命令简介
首先进入Windows系统中的命令提示符，输入"Ping/?"后，单击回车键，您就可以了解Ping命令的各种参数的使用方法。最为常见的使用方法是"Ping 远程计算机名称（或者远程计算机的IP地址）"，如果在Ping命令的返回字符中有"Reply from"，说明此主机在线，具体如图01：
图01：Ping通主机时的运行界面
如果返回字符中有"Request timeout"，一般情况此主机不在线，具体如图02：
图02：Ping不通主机时的运行界面
二．Ping命令、ICMP报文和IP数据包
Ping命令基于的是TCP/IP协议簇中的ICMP协议，在编写基于ICMP协议的网络应用程序时，应注意下面二点：
1. ICMP报文是封装在IP数据包中传输的。
了解这一点对后面编程非常重要，图03是IP数据包的组成结构图：
图03：IP数据包的组成结构图
习惯上把IP数据包划分为三个部分：
(1).IP数据包中的前二十个字节的数据，即图03中从【4位版本】到【32位目的地址IP】，这称为IP首部。
(2).选项，即图03中的【选项（如果有）】部分。
(3).数据，即图03中的【数据】部分。
其中后面二个部分组成的就是ICMP报文。ICMP报文的具体组成结构如图04所示：
图04：ICMP报文组成结构图
2. ICMP协议没有固定的端口号。
ICMP协议和其他协议不同，其他协议基本都对应固定的端口号，如HTTP协议是通过80端口号来交换数据的。
了解上面的二点对后面在Visual C#实现Ping命令是非常有用的。因为在下面的在编写Visual C#实现Ping命令的程序中，程序中定义一个名称为"IcmpPacket"类，通过这个类来构造ICMP报文，而定义"IcmpPacket"类依据的就是图03所示的ICMP报文组成结构。同样由于ICMP协议没有对应固定的端口号，这就意味着，编写Visual C#实现Ping命令中可以随意选择端口号，本文选择的端口号是"30"。
由于ICMP协议是一个复杂的协议，而本文由于篇幅所限，对ICMP的很多细节，就不能一一介绍，如果你对ICMP协议感兴趣或对上面的介绍的仍然感觉有点模糊，那就请参阅探讨ICMP协议的相关书籍，它们一般介绍的都很详细。
三．简介Visual C#实现Ping命令使用的类：
Visual C#实现Ping命令中涉及到很多的类，其中最重要的是Socket类。这是因为程序中发送含有ICMP报文的IP数据包，接收含有ICMP超时或ICMP会显报文的IP数据包和设定IP数据包中的TTL数值都会使用到Socket类。表01和表02是Socket类中的常用属性和方法及其简要说明。
| 属性 | 说明 |
| AddressFamily | 获取Socket的地址族。 |
| Available | 获取已经从网络接收且可供读取的数据量。 |
| Blocking | 获取或设置一个值，该值指示Socket是否处于阻塞模式。 |
| Connected | 获取一个值，该值指示Socket是否已连接到远程资源。 |
| Handle | 获取Socket的操作系统句柄。 |
| LocalEndPoint | 获取本地终结点。 |
| ProtocolType | 获取Socket的协议类型。 |
| RemoteEndPoint | 获取远程终结点。 |
| SocketType | 获取Socket的类型。 |
表01：Socket类的常用属性及其说明
| 方法 | 说明 |
| Accept | 创建新的Socket以处理传入的连接请求。 |
| BeginAccept | 开始一个异步请求，以创建新的Socket来接受传入的连接请求。 |
| BeginConnect | 开始对网络设备连接的异步请求。 |
| BeginReceive | 开始从连接的Socket中异步接收数据。 |
| BeginReceiveFrom | 开始从指定网络设备中异步接收数据。 |
| BeginSend | 将数据异步发送到连接的 |
| BeginSendTo | 向特定远程主机异步发送数据。 |
| Bind | 使Socket与一个本地终结点相关联。 |
| Close | 强制Socket连接关闭。 |
| Connect | 建立到远程设备的连接。 |
| EndAccept | 结束异步请求以创建新的Socket来接受传入的连接请求。 |
| EndConnect | 结束挂起的异步连接请求。 |
| EndReceive | 结束挂起的异步读取。 |
| EndReceiveFrom | 结束挂起的、从特定终结点进行异步读取。 |
| EndSend | 结束挂起的异步发送。 |
| EndSendTo | 结束挂起的、向指定位置进行的异步发送。 |
| GetSocketOption | 返回Socket选项的值。 |
| IOControl | 为Socket设置低级别操作模式。 |
| Listen | 将Socket置于侦听状态。 |
| Poll | 确定Socket的状态。 |
| Receive | 接收来自连接Socket的数据。 |
| ReceiveFrom | 接收数据文报并存储源终结点。 |
| Select | 确定一个或多个套接字的状态。 |
| Send | 将数据发送到连接的 |
| SendTo | 将数据发送到特定终结点。 |
| SetSocketOption | 设置Socket选项。 |
| Shutdown | 禁用某Socket上的发送和接收。 |
表02：Socket类的常用方法及其说明
其中包含六组异步方法，它们是：
·BeginAccept和EndAccept
·BeginConnect和EndConnect
·BeginReceive和EndReceive
·BeginReceiveFrom和EndReceiveFrom"
·BeginSend和EndSend
·BeginSendTo"和"EndSendTo
其功能分别相当于"Accept"、"Connect"、"Receive"、"ReceiveFrom"、"Send"和"SendTo"方法。
四．Visual C#实现Ping命令的关键步骤及其解决方法
根据Ping命令的执行过程，可以把Ping命令分成三个主要的步骤：
1. 定义ICMP报文。
2. 客户机发送封装ICMP回显请求报文的IP数据包。
3. 客户机接收封装ICMP应答报文的IP数据包。
解决了上述三个步骤，Visual C#实现Ping命令就基本可以完成了。下面是这三个步骤的具体的解决方法。
1. 定义ICMP报文：
根据图05所示的ICMP报文组成结构，定义了一个类--IcmpPacket类。IcmpPacket类通过实例化就能够得到ICMP报文。下面代码是定义IcmpPacket类：
public class IcmpPacket
{
private Byte _type ;
// 类型
private Byte _subCode ;
// 代码
private UInt16 _checkSum ;
// 校验和
private UInt16 _identifier ;
// 识别符
private UInt16 _sequenceNumber ;
// 序列号
private Byte [ ] _data ;
//选项数据
public IcmpPacket ( Byte type , Byte subCode , UInt16 checkSum , UInt16 identifier , UInt16 sequenceNumber , int dataSize )
{
_type = type ;
_subCode = subCode ;
_checkSum = checkSum ;
_identifier = identifier ;
_sequenceNumber = sequenceNumber ;
_data=new Byte [ dataSize ] ;
//在数据中，写入指定的数据大小
for ( int i = 0 ; i < dataSize ; i++ )
{
//由于选项数据在此命令中并不重要，所以你可以改换任何你喜欢的字符
_data [ i ] = ( byte )'#' ;
}
}
public UInt16 CheckSum
{
get
{
return _checkSum ;
}
set
{
_checkSum=value ;
}
}
//初始化ICMP报文
public int CountByte ( Byte [ ] buffer )
{
Byte [ ] b_type = new Byte [ 1 ] { _type } ;
Byte [ ] b_code = new Byte [ 1 ] { _subCode } ;
Byte [ ] b_cksum = BitConverter.GetBytes ( _checkSum ) ;
Byte [ ] b_id = BitConverter.GetBytes ( _identifier ) ;
Byte [ ] b_seq = BitConverter.GetBytes ( _sequenceNumber ) ;
int i = 0 ;
Array.Copy ( b_type , 0 , buffer , i , b_type.Length ) ;
i+= b_type.Length ;
Array.Copy ( b_code , 0 , buffer , i , b_code.Length ) ;
i+= b_code.Length ;
Array.Copy ( b_cksum , 0 , buffer ,i , b_cksum.Length ) ;
i+= b_cksum.Length ;
Array.Copy ( b_id , 0 , buffer , i , b_id.Length ) ;
i+= b_id.Length ;
Array.Copy ( b_seq , 0 , buffer , i , b_seq.Length ) ;
i += b_seq.Length ;
Array.Copy ( _data , 0 , buffer , i , _data.Length ) ;
i += _data.Length ;
return i ;
}
//将整个ICMP报文信息和数据转化为Byte数据包
public static UInt16 SumOfCheck ( UInt16 [ ] buffer )
{
int cksum = 0 ;
for ( int i = 0 ; i < buffer.Length ; i++ )
cksum += ( int ) buffer [ i ] ;
cksum = ( cksum >> 16 ) + ( cksum & 0xffff ) ;
cksum += ( cksum >> 16 ) ;
return ( UInt16 ) ( ~cksum ) ;
}
}
下列代码是利用IcmpPacket类来创建ICMP报文：
IcmpPacket packet = new IcmpPacket ( 0 , 0 , 0 , 45 , 0 , 4 ) ;
此代码定义的ICMP报文中的数据段长度为4个字节，所以整个ICMP报文长度为12个字节（即：8＋4），而封装此ICMP报文的IP数据包长度就是32个字节（即：8+4+20）。在后面介绍的程序中，从客户端发送的ICMP会显请求报文的数据长度为4个字节，但从服务器介绍到的数据却是32个字节的原因。
2. 发送封装ICMP回显请求报文的IP数据包：
发送IP数据包首先要创建一个能够发送封装ICMP回显请求报文的IP数据包Socket实例，然后调用此Socket实例中的"SendTo"方法就可以了。下列代码是创建并初始化一个发送封装ICMP回显请求报文的IP数据包的Socket实例：
Socket socket = new Socket ( AddressFamily.InterNetwork , SocketType.Raw , ProtocolType.Icmp ) ;
创建初始化Socket实例有三个参数，下面是这些参数的说明：
第一个参数定义目前网络的寻址方案，目前还是IPV4，所有只有定义为"AddressFamily.InterNetwork"。
第二个参数定义Socket实例的类型，由于Socket的通讯协议是ICMP，所以选择枚举值"Raw Socket"。
第三个参数是定义Socket实例有效的协议类型，由于此Socket实例要传送的是ICMP报文，所以选定枚举值为"ProtocolType.Icmp"。
3．客户机接收封装ICMP应答报文的IP数据包：
接收服务器端返回的封装ICMP应答报文的IP数据包只需调用Socket实例中的"ReceiveFrom"方法就可以了，具体可参阅下面介绍的程序实现中的代码。
五．Visual C#实现Ping命令的设计、调试、运行的软件环境：
（1）.微软公司视窗2000服务器版
（2）.Visual Studio .Net正式版，.Net FrameWork SDK版本号3705
六．Visual C#实现Ping命令的实现步骤：
下面是Visual C#实现Ping命令的具体实现步骤：
1． 启动Visual Studio .Net。
2． 选择菜单【文件】|【新建】|【项目】后，弹出【新建项目】对话框。
3． 将【项目类型】设置为【Visual C#项目】。
4． 将【模板】设置为【Windows应用程序】。
5． 在【名称】文本框中输入【Visual C#实现Ping命令】。
6． 在【位置】的文本框中输入【E:\VS.NET项目】，然后单击【确定】按钮，具体如图05所示：
图05：【Visual C#实现Ping命令】项目的【新建项目】对话框
7． 【解决方案资源管理器】窗口中，双击Form1.cs文件，进入Form1.cs文件的编辑界面。
8． 在Form1.cs文件的开头的导入命名空间的代码区，添加下列代码，下列代码是导入下面程序中使用到的类所在的命名空间：
using System.Net ;
using System.Net.Sockets ;
9． 把Visual Studio .Net的当前窗口切换到【Form1.cs（设计）】窗口，并从【工具箱】中的【Windows窗体组件】选项卡中拖入下列组件到设计窗体，并执行相应的操作：
一个TextBox组件，用来输入进行Ping操作的远程主机名称或IP地址。
一个ListBox组件，用以显示Ping操作结果。
一个Label组件。
一个Button组件，名称为button1，并在它拖入窗体后，双击它，则Visual Studio .Net会在Form1.cs文件中产生其Click事件对应的处理代码。
10. 把Visual Studio .Net的当前窗口切换到Form1.cs的代码编辑窗口，并用下列代码替换Form1.cs中的InitializeComponent过程对应的处理代码：
private void InitializeComponent ( )
{
this.textBox1 = new System.Windows.Forms.TextBox ( ) ;
this.label1 = new System.Windows.Forms.Label ( ) ;
this.listBox1 = new System.Windows.Forms.ListBox ( ) ;
this.button1 = new System.Windows.Forms.Button ( ) ;
this.SuspendLayout ( ) ;
this.textBox1.Location = new System.Drawing.Point ( 116 , 14 ) ;
this.textBox1.Name = "textBox1" ;
this.textBox1.Size = new System.Drawing.Size ( 148 , 21 ) ;
this.textBox1.TabIndex = 0 ;
this.textBox1.Text = "" ;
this.textBox1.TextChanged += new System.EventHandler ( this.textBox1_TextChanged ) ;
this.label1.Location = new System.Drawing.Point ( 12 , 14 ) ;
this.label1.Name = "label1" ;
this.label1.TabIndex = 1 ;
this.label1.Text = "请输入主机名：" ;
this.listBox1.BackColor = System.Drawing.SystemColors.WindowText ;
this.listBox1.ForeColor = System.Drawing.SystemColors.Window ;
this.listBox1.ItemHeight = 12 ;
this.listBox1.Location = new System.Drawing.Point ( 6 , 42 ) ;
this.listBox1.Name = "listBox1" ;
this.listBox1.Size = new System.Drawing.Size ( 400 , 280 ) ;
this.listBox1.TabIndex = 2 ;
this.button1.Location = new System.Drawing.Point ( 274 , 12 ) ;
this.button1.Name = "button1" ;
this.button1.TabIndex = 3 ;
this.button1.Text = "Ping" ;
this.button1.Click += new System.EventHandler ( this.button1_Click ) ;
this.AutoScaleBaseSize = new System.Drawing.Size ( 6 , 14 ) ;
this.ClientSize = new System.Drawing.Size ( 410 , 333 ) ;
this.Controls.AddRange ( new System.Windows.Forms.Control[ ] {
this.button1 ,
this.listBox1 ,
this.label1 ,
this.textBox1 } ) ;
this.MaximizeBox = false ;
this.Name = "Form1" ;
this.Text = "Visual C#实现Ping" ;
this.ResumeLayout ( false ) ;
}
至此【Visual C#实现Ping命令】项目的界面设计工作和功能实现的前期准备工作就完成了，设计后的界面如图06所示：
图06：【Visual C#实现Ping命令】项目的设计界面
11. 用下列代码替换Form1.cs文件中的button1组件的Click事件对应的处理代码，下列代码的作用是创建、发送ICMP报文，实现Ping命令：
Private Void Button1_click ( Object Sender , System.eventargs E )
{
Listbox1.items.clear ( ) ;
String Hostclient = Textbox1.text ;
Int K ;
For ( K = 0 ; K < 3 ; K++ )
{
Socket Socket = New Socket ( Addressfamily.internetwork , Sockettype.raw , Protocoltype.icmp ) ;
Iphostentry Hostinfo ;
Try
{
//解析主机ip入口
Hostinfo = Dns.gethostbyname ( Hostclient ) ;
}
Catch ( Exception )
{
//解析主机名错误。
Listbox1.items.add ( "没有发现此主机！" ) ;
Return ;
}
// 取服务器端主机的30号端口
Endpoint Hostpoint = ( Endpoint ) New Ipendpoint ( Hostinfo.addresslist[ 0 ] , 30 ) ;
Iphostentry Clientinfo ;
Clientinfo = Dns.gethostbyname ( Hostclient ) ;
// 取客户机端主机的30端口
Endpoint Clientpoint = ( Endpoint ) New Ipendpoint ( Clientinfo.addresslist[ 0 ] , 30 ) ;
//设置icmp报文
Int Datasize = 4 ; // Icmp数据包大小 ;
Int Packetsize = Datasize + 8 ;//总报文长度
Const Int Icmp_echo = 8 ;
Icmppacket Packet = New Icmppacket ( Icmp_echo , 0 , 0 , 45 , 0 , Datasize ) ;
Byte [ ] Buffer = New Byte [ Packetsize ] ;
Int Index = Packet.countbyte ( Buffer ) ;
//报文出错
If ( Index != Packetsize )
{
Listbox1.items.add ( "报文出现问题!" ) ;
Return ;
}
Int Cksum_buffer_length = ( Int ) Math.ceiling ( ( ( Double )index )/ 2 ) ;
Uint16 [ ] Cksum_buffer = New Uint16 [ Cksum_buffer_length ] ;
Int Icmp_header_buffer_index = 0 ;
For ( Int I = 0 ; I < Cksum_buffer_length ; I++ )
{
//将两个byte转化为一个uint16
Cksum_buffer[ I ] = Bitconverter.touint16 ( Buffer , Icmp_header_buffer_index ) ;
Icmp_header_buffer_index += 2 ;
}
//将校验和保存至报文里
Packet.checksum = Icmppacket.sumofcheck ( Cksum_buffer ) ;
// 保存校验和后，再次将报文转化为数据包
Byte [ ] Senddata = New Byte [ Packetsize ] ;
Index = Packet.countbyte ( Senddata ) ;
//报文出错
If ( Index != Packetsize )
{
Listbox1.items.add ( "报文出现问题!" ) ;
Return ;
}
Int Nbytes = 0 ;
//系统计时开始
Int Starttime = Environment.tickcount ;
//发送数据包
If ( ( Nbytes = Socket.sendto ( Senddata , Packetsize , Socketflags.none , Hostpoint ) ) == -1 )
{
Listbox1.items.add ( "无法传送报文！" ) ;
}
Byte [ ] Receivedata = New Byte[ 256 ] ; //接收数据
Nbytes = 0 ;
Int Timeout = 0 ;
Int Timeconsume = 0 ;
While ( True )
{
Nbytes = Socket.receivefrom ( Receivedata , 256 , Socketflags.none , Ref Clientpoint ) ;
If ( Nbytes == -1 )
{
Listbox1.items.add ( "主机没有响应！" ) ;
Break ;
}
Else If ( Nbytes > 0 )
{
Timeconsume = System.environment.tickcount - Starttime ;
//得到发送报文到接收报文之间花费的时间
Listbox1.items.add ( "reply From " + Hostinfo.addresslist[ 0 ].tostring ( ) + " In "
+ Timeconsume + "ms :bytes Received " + Nbytes ) ;
Break ;
}
Timeconsume = Environment.tickcount - Starttime ;
If ( Timeout > 1000 )
{
Listbox1.items.add ( "time Out" ) ;
Break ;
}
}
//关闭套接字
Socket.close ( ) ;
}
}
12. 在Form1.cs文件中的Main函数之后，添加下列代码，下列代码是在Form1.cs中定义IcmpPacket类，程序是通过此类来构造ICMP报文：
{
private Byte _type ;
// 类型
private Byte _subCode ;
// 代码
private UInt16 _checkSum ;
// 校验和
private UInt16 _identifier ;
// 识别符
private UInt16 _sequenceNumber ;
// 序列号
private Byte [ ] _data ;
//选项数据
public IcmpPacket ( Byte type , Byte subCode , UInt16 checkSum , UInt16 identifier , UInt16 sequenceNumber , int dataSize )
{
_type = type ;
_subCode = subCode ;
_checkSum = checkSum ;
_identifier = identifier ;
_sequenceNumber = sequenceNumber ;
_data=new Byte [ dataSize ] ;
//在数据中，写入指定的数据大小
for ( int i = 0 ; i < dataSize ; i++ )
{
//由于选项数据在此命令中并不重要，所以你可以改换任何你喜欢的字符
_data [ i ] = ( byte )'#' ;
}
}
public UInt16 CheckSum
{
get
{
return _checkSum ;
}
set
{
_checkSum=value ;
}
}
//初始化ICMP报文
public int CountByte ( Byte [ ] buffer )
{
Byte [ ] b_type = new Byte [ 1 ] { _type } ;
Byte [ ] b_code = new Byte [ 1 ] { _subCode } ;
Byte [ ] b_cksum = BitConverter.GetBytes ( _checkSum ) ;
Byte [ ] b_id = BitConverter.GetBytes ( _identifier ) ;
Byte [ ] b_seq = BitConverter.GetBytes ( _sequenceNumber ) ;
int i = 0 ;
Array.Copy ( b_type , 0 , buffer , i , b_type.Length ) ;
i+= b_type.Length ;
Array.Copy ( b_code , 0 , buffer , i , b_code.Length ) ;
i+= b_code.Length ;
Array.Copy ( b_cksum , 0 , buffer ,i , b_cksum.Length ) ;
i+= b_cksum.Length ;
Array.Copy ( b_id , 0 , buffer , i , b_id.Length ) ;
i+= b_id.Length ;
Array.Copy ( b_seq , 0 , buffer , i , b_seq.Length ) ;
i+= b_seq.Length ;
Array.Copy ( _data , 0 , buffer , i , _data.Length ) ;
i+= _data.Length ;
return i ;
}
//将整个ICMP报文信息和数据转化为Byte数据包
public static UInt16 SumOfCheck ( UInt16 [ ] buffer )
{
int cksum = 0 ;
for ( int i = 0 ; i < buffer.Length ; i++ )
cksum += ( int ) buffer [ i ] ;
cksum = ( cksum >> 16 ) + ( cksum & 0xffff ) ;
cksum += ( cksum >> 16 ) ;
return ( UInt16 ) ( ~cksum ) ;
}
}
13. 至此，在上述步骤都正确完成，并全部保存后，【Visual C#实现Ping命令】项目的全部工作就完成了。此时单击【F5】快捷键运行程序。在程序的【请输入主机名】文本框中输入远程主机名，这里输入的是互联网主机"WWW.163.com"，单击【Ping】按钮，则程序把Ping操作后的信息显示出来。具体如图07所示：
图06：【Visual C#实现Ping命令】的运行界面
七．总结：
在运行上述程序时，如果网络状况良好，则ICMP报文发送和返回时间差就很短，"in"后面带的时间就小，这也就是所谓的"离"的"近"；如果网络状况不好，则ICMP报文发送和返回的时间差就长，"in"后面带的时间就大，甚至可能出现timeout，即超时。这表明"离"的"远"。当然如果对方没有开机，也会出现超时情况，所以实际操作要具体情况，具体对待。
细心的读者可能多次运行此程序的时候，就会发现，第一次发送时所耗时间往往比本程序紧接着的几次大得多。这是程序数据缓存造成的。这也就是说ping命令的第一次数据是不准确的。这种情况不仅在本文中Ping命令中存在，对于Windows系统的Ping也存同样的问题。
