C++ 实现的Ping类的封装
【摘要】 Ping 使用 Internet 控制消息协议（ICMP）来测试主机之间的连接。当用户发送一个 ping 请求时，则对应的发送一个 ICMP Echo 请求消息到目标主机，并等待目标主机回复一个 ICMP Echo 回应消息。如果目标主机接收到请求并且网络连接正常，则会返回一个回应消息，表示主机之间的网络连接是正常的。如果目标主机没有收到请求消息或网络连接不正常，则不会有回应消息返回。编译报...
Ping 使用 Internet 控制消息协议（ICMP）来测试主机之间的连接。当用户发送一个 ping 请求时，则对应的发送一个 ICMP Echo 请求消息到目标主机，并等待目标主机回复一个 ICMP Echo 回应消息。如果目标主机接收到请求并且网络连接正常，则会返回一个回应消息，表示主机之间的网络连接是正常的。如果目标主机没有收到请求消息或网络连接不正常，则不会有回应消息返回。
编译报错问题解决
在Windows环境下编程不可避免的会用到windows.h和winsock.h头文件，在默认情况下windows.h头文件会包含winsock.h，此时当尝试包含winsock.h时就会出现头文件定义冲突的情况。解决这个冲突的方式有两种，第一种，在头部定义#define WIN32_LEAN_AND_MEAN来主动去除winsock.h头文件包含。第二种是将#include <winsock2.h>头文件，放在#include<windows.h>之前。两种方式均可，这些方法在进行Windows套接字编程时非常重要，可以防止头文件冲突，确保编译顺利进行。
Ping头文件
如下头文件代码定义了几个结构体，用于表示IP协议头、ICMP协议头和Ping的回复信息。这些结构体主要用于网络编程中，解析和构建网络数据包。
#pragma once
#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib, "WS2_32")
#define DEF_PACKET_SIZE 32
#define ECHO_REQUEST 8
#define ECHO_REPLY 0
struct IPHeader
{
BYTE m_byVerHLen; // 4位版本+4位首部长度
BYTE m_byTOS; // 服务类型
USHORT m_usTotalLen; // 总长度
USHORT m_usID; // 标识
USHORT m_usFlagFragOffset; // 3位标志+13位片偏移
BYTE m_byTTL; // TTL
BYTE m_byProtocol; // 协议
USHORT m_usHChecksum; // 首部检验和
ULONG m_ulSrcIP; // 源IP地址
ULONG m_ulDestIP; // 目的IP地址
};
struct ICMPHeader
{
BYTE m_byType; // 类型
BYTE m_byCode; // 代码
USHORT m_usChecksum; // 检验和
USHORT m_usID; // 标识符
USHORT m_usSeq; // 序号
ULONG m_ulTimeStamp; // 时间戳（非标准ICMP头部）
};
struct PingReply
{
USHORT m_usSeq; // 来源IP
DWORD m_dwRoundTripTime; // 时间戳
DWORD m_dwBytes; // 返回长度
DWORD m_dwTTL; // TTL值
};
class CPing
{
public:
CPing(); // 构造函数
~CPing(); // 析构函数
// 执行 Ping 操作的方法，传入目标 IP 地址或域名、PingReply 结构体和超时时间
BOOL Ping(DWORD dwDestIP, PingReply *pPingReply = NULL, DWORD dwTimeout = 2000);
BOOL Ping(char *szDestIP, PingReply *pPingReply = NULL, DWORD dwTimeout = 2000);
private:
// Ping 核心方法，传入目标 IP 地址、PingReply 结构体和超时时间
BOOL PingCore(DWORD dwDestIP, PingReply *pPingReply, DWORD dwTimeout);
// 计算检验和的方法，传入缓冲区和大小
USHORT CalCheckSum(USHORT *pBuffer, int nSize);
// 获取时钟计时器的校准值
ULONG GetTickCountCalibrate();
private:
SOCKET m_sockRaw; // 原始套接字
WSAEVENT m_event; // WSA 事件
USHORT m_usCurrentProcID; // 当前进程 ID
char *m_szICMPData; // ICMP 数据
BOOL m_bIsInitSucc; // 初始化是否成功
private:
static USHORT s_usPacketSeq; // 静态变量，用于记录 ICMP 包的序列号
};
下面是对每个结构体成员的简要说明：
- IPHeader 结构体：
m_byVerHLen: 4位版本号 + 4位首部长度。m_byTOS: 服务类型。m_usTotalLen: 总长度。m_usID: 标识。m_usFlagFragOffset: 3位标志 + 13位片偏移。m_byTTL: 生存时间。m_byProtocol: 协议类型。m_usHChecksum: 首部检验和。m_ulSrcIP: 源IP地址。m_ulDestIP: 目的IP地址。
- ICMPHeader 结构体：
m_byType: ICMP类型。m_byCode: ICMP代码。m_usChecksum: 检验和。m_usID: 标识符。m_usSeq: 序号。m_ulTimeStamp: 时间戳（非标准ICMP头部）。
- PingReply 结构体：
m_usSeq: 序列号。m_dwRoundTripTime: 往返时间。m_dwBytes: 返回长度。m_dwTTL: TTL值。
这些结构体主要用于在网络编程中处理与IP、ICMP和Ping相关的数据包。在实际应用中，可以使用这些结构体来解析接收到的网络数据包，或者构建要发送的数据包。
类成员说明：
m_sockRaw: 用于发送原始套接字的成员变量。m_event: WSA 事件。m_usCurrentProcID: 当前进程 ID。m_szICMPData: ICMP 数据。m_bIsInitSucc: 初始化是否成功的标志。s_usPacketSeq: 静态变量，用于记录 ICMP 包的序列号。
类方法说明：
Ping: 执行 Ping 操作的方法，可以传入目标 IP 地址或域名、PingReply 结构体和超时时间。PingCore: Ping 核心方法，用于发送 ICMP 数据包，计算往返时间等。CalCheckSum: 计算检验和的方法。GetTickCountCalibrate: 获取时钟计时器的校准值。
MyPing实现
1. CPing 构造函数和析构函数
CPing::CPing() : m_szICMPData(NULL), m_bIsInitSucc(FALSE)
{
// ...（省略其他初始化代码）
m_szICMPData = (char*)malloc(DEF_PACKET_SIZE + sizeof(ICMPHeader));
if (m_szICMPData == NULL)
{
m_bIsInitSucc = FALSE;
}
}
CPing::~CPing()
{
WSACleanup();
if (NULL != m_szICMPData)
{
free(m_szICMPData);
m_szICMPData = NULL;
}
}
构造函数中，首先进行 Winsock 初始化，创建原始套接字，并分配内存用于存储 ICMP 数据。如果分配内存失败，则初始化标志 m_bIsInitSucc 置为 FALSE。析构函数负责清理 Winsock 资源和释放内存。
2. PingCore 函数
BOOL CPing::PingCore(DWORD dwDestIP, PingReply *pPingReply, DWORD dwTimeout)
{
// ...（省略其他代码）
if (!m_bIsInitSucc)
{
return FALSE;
}
// ...（省略其他代码）
if (sendto(m_sockRaw, m_szICMPData, nICMPDataSize, 0, (struct sockaddr*)&sockaddrDest, nSockaddrDestSize) == SOCKET_ERROR)
{
return FALSE;
}
// ...（省略其他代码）
char recvbuf[256] = { "\0" };
while (TRUE)
{
// ...（省略其他代码）
if (WSAWaitForMultipleEvents(1, &m_event, FALSE, 100, FALSE) != WSA_WAIT_TIMEOUT)
{
WSANETWORKEVENTS netEvent;
WSAEnumNetworkEvents(m_sockRaw, m_event, &netEvent);
if (netEvent.lNetworkEvents & FD_READ)
{
// ...（省略其他代码）
if (nPacketSize != SOCKET_ERROR)
{
IPHeader *pIPHeader = (IPHeader*)recvbuf;
USHORT usIPHeaderLen = (USHORT)((pIPHeader->m_byVerHLen & 0x0f) * 4);
ICMPHeader *pICMPHeader = (ICMPHeader*)(recvbuf + usIPHeaderLen);
if (pICMPHeader->m_usID == m_usCurrentProcID && pICMPHeader->m_byType == ECHO_REPLY && pICMPHeader->m_usSeq == usSeq)
{
// ...（省略其他代码）
return TRUE;
}
}
}
}
// ...（省略其他代码）
if (GetTickCountCalibrate() - ulSendTimestamp >= dwTimeout)
{
return FALSE;
}
}
}
PingCore 函数是 Ping 工具的核心部分，负责构建 ICMP 报文、发送报文、接收响应报文，并进行超时处理。通过循环等待接收事件，实时检测是否有 ICMP 响应报文到达。在接收到响应后，判断响应是否符合预期条件，如果符合则填充 pPingReply 结构体，并返回 TRUE。
3. CalCheckSum 函数
USHORT CPing::CalCheckSum(USHORT *pBuffer, int nSize)
{
unsigned long ulCheckSum = 0;
while (nSize > 1)
{
ulCheckSum += *pBuffer++;
nSize -= sizeof(USHORT);
}
if (nSize)
{
ulCheckSum += *(UCHAR*)pBuffer;
}
ulCheckSum = (ulCheckSum >> 16) + (ulCheckSum & 0xffff);
ulCheckSum += (ulCheckSum >> 16);
return (USHORT)(~ulCheckSum);
}
CalCheckSum 函数用于计算 ICMP 报文的校验和。校验和的计算采用了累加和的方法，最后对累加和进行溢出处理。计算完成后，返回取反后的校验和。
4. GetTickCountCalibrate 函数
ULONG CPing::GetTickCountCalibrate()
{
// ...（省略其他代码）
return s_ulFirstCallTick + (ULONG)(llCurrentTimeMS - s_ullFirstCallTickMS);
}
GetTickCountCalibrate 函数用于获取经过调校的系统时间。通过计算系统时间相对于 Ping 工具启动时的时间差，实现对系统时间的校准。这样做是为了处理系统时间溢出的情况。
5. Ping 函数
BOOL CPing::Ping(DWORD dwDestIP, PingReply *pPingReply, DWORD dwTimeout)
{
return PingCore(dwDestIP, pPingReply, dwTimeout);
}
BOOL CPing::Ping(char *szDestIP, PingReply *pPingReply, DWORD dwTimeout)
{
if (NULL != szDestIP)
{
return PingCore(inet_addr(szDestIP), pPingReply, dwTimeout);
}
return FALSE;
}
Ping 函数是对 PingCore 函数的封装，根据目标 IP 地址调用 PingCore 进行 Ping
最后的MyPing.cpp完整实现如下所示；
#include "MyPing.h"
USHORT CPing::s_usPacketSeq = 0;
// 构造函数
CPing::CPing() :m_szICMPData(NULL), m_bIsInitSucc(FALSE)
{
WSADATA WSAData;
if (WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &WSAData) != 0)
{
// 如果初始化不成功则返回
return;
}
m_event = WSACreateEvent();
m_usCurrentProcID = (USHORT)GetCurrentProcessId();
m_sockRaw = WSASocket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP, NULL, 0, 0);
if (m_sockRaw == INVALID_SOCKET)
{
// 10013 以一种访问权限不允许的方式做了一个访问套接字的尝试
return;
}
else
{
WSAEventSelect(m_sockRaw, m_event, FD_READ);
m_bIsInitSucc = TRUE;
m_szICMPData = (char*)malloc(DEF_PACKET_SIZE + sizeof(ICMPHeader));
if (m_szICMPData == NULL)
{
m_bIsInitSucc = FALSE;
}
}
}
// 析构函数
CPing::~CPing()
{
WSACleanup();
if (NULL != m_szICMPData)
{
free(m_szICMPData);
m_szICMPData = NULL;
}
}
// Ping 方法，传入目标 IP 地址或域名、PingReply 结构体和超时时间
BOOL CPing::Ping(DWORD dwDestIP, PingReply *pPingReply, DWORD dwTimeout)
{
return PingCore(dwDestIP, pPingReply, dwTimeout);
}
// Ping 方法，传入目标 IP 地址或域名、PingReply 结构体和超时时间
BOOL CPing::Ping(char *szDestIP, PingReply *pPingReply, DWORD dwTimeout)
{
if (NULL != szDestIP)
{
return PingCore(inet_addr(szDestIP), pPingReply, dwTimeout);
}
return FALSE;
}
// Ping 核心方法，传入目标 IP 地址、PingReply 结构体和超时时间
BOOL CPing::PingCore(DWORD dwDestIP, PingReply *pPingReply, DWORD dwTimeout)
{
// 判断初始化是否成功
if (!m_bIsInitSucc)
{
return FALSE;
}
// 配置 SOCKET
sockaddr_in sockaddrDest;
sockaddrDest.sin_family = AF_INET;
sockaddrDest.sin_addr.s_addr = dwDestIP;
int nSockaddrDestSize = sizeof(sockaddrDest);
// 构建 ICMP 包
int nICMPDataSize = DEF_PACKET_SIZE + sizeof(ICMPHeader);
ULONG ulSendTimestamp = GetTickCountCalibrate();
USHORT usSeq = ++s_usPacketSeq;
memset(m_szICMPData, 0, nICMPDataSize);
ICMPHeader *pICMPHeader = (ICMPHeader*)m_szICMPData;
pICMPHeader->m_byType = ECHO_REQUEST;
pICMPHeader->m_byCode = 0;
pICMPHeader->m_usID = m_usCurrentProcID;
pICMPHeader->m_usSeq = usSeq;
pICMPHeader->m_ulTimeStamp = ulSendTimestamp;
pICMPHeader->m_usChecksum = CalCheckSum((USHORT*)m_szICMPData, nICMPDataSize);
// 发送 ICMP 报文
if (sendto(m_sockRaw, m_szICMPData, nICMPDataSize, 0, (struct sockaddr*)&sockaddrDest, nSockaddrDestSize) == SOCKET_ERROR)
{
return FALSE;
}
// 判断是否需要接收相应报文
if (pPingReply == NULL)
{
return TRUE;
}
char recvbuf[256] = { "\0" };
while (TRUE)
{
// 接收响应报文
if (WSAWaitForMultipleEvents(1, &m_event, FALSE, 100, FALSE) != WSA_WAIT_TIMEOUT)
{
WSANETWORKEVENTS netEvent;
WSAEnumNetworkEvents(m_sockRaw, m_event, &netEvent);
if (netEvent.lNetworkEvents & FD_READ)
{
ULONG nRecvTimestamp = GetTickCountCalibrate();
int nPacketSize = recvfrom(m_sockRaw, recvbuf, 256, 0, (struct sockaddr*)&sockaddrDest, &nSockaddrDestSize);
if (nPacketSize != SOCKET_ERROR)
{
IPHeader *pIPHeader = (IPHeader*)recvbuf;
USHORT usIPHeaderLen = (USHORT)((pIPHeader->m_byVerHLen & 0x0f) * 4);
ICMPHeader *pICMPHeader = (ICMPHeader*)(recvbuf + usIPHeaderLen);
if (pICMPHeader->m_usID == m_usCurrentProcID // 是当前进程发出的报文
&& pICMPHeader->m_byType == ECHO_REPLY // 是 ICMP 响应报文
&& pICMPHeader->m_usSeq == usSeq // 是本次请求报文的响应报文
)
{
pPingReply->m_usSeq = usSeq;
pPingReply->m_dwRoundTripTime = nRecvTimestamp - pICMPHeader->m_ulTimeStamp;
pPingReply->m_dwBytes = nPacketSize - usIPHeaderLen - sizeof(ICMPHeader);
pPingReply->m_dwTTL = pIPHeader->m_byTTL;
return TRUE;
}
}
}
}
// 超时
if (GetTickCountCalibrate() - ulSendTimestamp >= dwTimeout)
{
return FALSE;
}
}
}
// 计算检验和的方法
USHORT CPing::CalCheckSum(USHORT *pBuffer, int nSize)
{
unsigned long ulCheckSum = 0;
while (nSize > 1)
{
ulCheckSum += *pBuffer++;
nSize -= sizeof(USHORT);
}
if (nSize)
{
ulCheckSum += *(UCHAR*)pBuffer;
}
ulCheckSum = (ulCheckSum >> 16) + (ulCheckSum & 0xffff);
ulCheckSum += (ulCheckSum >> 16);
return (USHORT)(~ulCheckSum);
}
// 获取时钟计时器的校准值
ULONG CPing::GetTickCountCalibrate()
{
static ULONG s_ulFirstCallTick = 0;
static LONGLONG s_ullFirstCallTickMS = 0;
SYSTEMTIME systemtime;
FILETIME filetime;
GetLocalTime(&systemtime);
SystemTimeToFileTime(&systemtime, &filetime);
LARGE_INTEGER liCurrentTime;
liCurrentTime.HighPart = filetime.dwHighDateTime;
liCurrentTime.LowPart = filetime.dwLowDateTime;
LONGLONG llCurrentTimeMS = liCurrentTime.QuadPart / 10000;
if (s_ulFirstCallTick == 0)
{
s_ulFirstCallTick = GetTickCount();
}
if (s_ullFirstCallTickMS == 0)
{
s_ullFirstCallTickMS = llCurrentTimeMS;
}
return s_ulFirstCallTick + (ULONG)(llCurrentTimeMS - s_ullFirstCallTickMS);
}
如何使用
在主程序中直接引入头文件MyPing.h，并在main()函数中直接调用CPing类即可实现探测主机是否存活。
探测主机是否存活
#include "MyPing.h"
#include <iostream>
// 探测主机是否存活
bool TestPing(char *szIP)
{
CPing objPing;
PingReply reply;
objPing.Ping(szIP, &reply);
if (reply.m_dwTTL >= 10 && reply.m_dwTTL <= 255)
{
return true;
}
return false;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
bool is_open = TestPing("202.89.233.100");
std::cout << "本机是否存活: " << is_open << std::endl;
system("pause");
return 0;
}
运行效果如下所示；
模拟系统Ping测试
#include "MyPing.h"
#include <iostream>
// 模拟系统Ping测试
void SystemPing(char *szIP, int szCount)
{
CPing objPing;
PingReply reply;
for (int x = 0; x < szCount; x++)
{
objPing.Ping(szIP, &reply);
std::cout << "探测主机: " << szIP << " 默认字节: " << DEF_PACKET_SIZE << " 发送长度: " << reply.m_dwBytes << " 时间: " << reply.m_dwRoundTripTime << " TTL: " << reply.m_dwTTL << std::endl;
Sleep(1000);
}
}
int main(int argc, char *argv[])
{
SystemPing("202.89.233.100", 5);
system("pause");
return 0;
}
运行效果如下所示；
参考资料
代码的实现来源于博客园Snser博主，此处仅用于功能收录以便于后期在项目中应用。
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