用Go实现Ping操作

2024-07-11 19:10| 来源: 网络整理| 查看: 265

这次我们来看一下什么是 Ping 操作，以及它有什么用处，并且我们来动手实现一个简易版的 Ping 工具。

Ping 是什么？

ping 是一个计算机网络工具，通常用于测试网络连接的可达性和测量往返时间。在大多数操作系统中，ping 命令是一个内置的命令行工具，可以通过命令行终端使用。例如，在 Windows 操作系统中，你可以在命令提示符中运行 ping 命令，而在类 Unix 操作系统（如 Linux 和 macOS）中，你可以在终端中使用 ping 命令。通常，命令的语法是 ping 目标主机或 IP，然后命令将输出与目标主机的通信状态和 RTT 相关的信息。

Ping 有什么用处？

Ping 工具主要有以下几个主要用途：

1.测试主机的可达性：ping 命令用于检查另一个主机是否可以在网络上访问。它向目标主机发送一个小的数据包（通常是 ICMP Echo Request），如果目标主机正常工作，它将响应一个回复数据包（通常是 ICMP Echo Reply）。如果没有响应，那么目标主机可能无法访问或处于离线状态。2.测量往返时间（RTT）：ping 命令通常会显示每次请求和响应之间的时间差，这被称为往返时间（RTT）。这个值表示了数据从发送端到接收端的往返延迟，通常以毫秒为单位。测量 RTT 对于评估网络性能和延迟非常有用。3.网络故障排除：ping 是网络故障排除的有用工具之一。通过检查 ping 的输出，网络管理员可以确定网络连接是否正常，以及延迟是否在可接受范围内。如果 ping 失败，管理员可以进一步调查网络故障的原因。4.监测网络稳定性：ping 命令还可以用于监测网络的稳定性。通过连续地向目标主机发送 ping 请求，可以了解网络连接的质量和稳定性。如果出现不稳定性，管理员可以及时采取措施。

动手实现一个 Ping 工具

首先，我们要了解一下 Ping 操作的工作原理：向网络上的另一个主机系统发送 ICMP 报文，如果指定系统得到了报文，它将把回复报文传回给发送者。

ICMP 报文由 ICMP 报文头和数据包组成，其报文头包含 Type、Code、Checksum、ID、SequenceNum 字段。因此，我们需要先在本地主机上定义 ICMP 请求报文结构体：

type ICMP struct { Type uint8 // 类型 Code uint8 // 代码 CheckSum uint16 // 校验和 ID uint16 // ID SequenceNum uint16 // 序号 }

上面只是 ICMP 的报文头，我们在后面还需要为这个报文构建请求数据。需要注意的是，定义的顺序不能乱，因为我们发送数据包是按字节发送的，所以获取对应的字段的时候，也是按照对应字段的位置去获取的，如果顺序乱了，获取到的数据就会出错。

在构建数据之前，我们先设置好命令行参数，以获取对应参数和目标 IP，同时需要定义全局变量，将命令行参数绑定到对应的变量中，方便使用：

var ( helpFlag bool timeout int64 // 耗时 size int // 大小 count int // 请求次数 ) func GetCommandArgs() { flag.Int64Var(&timeout, "w", 1000, "请求超时时间") flag.IntVar(&size, "l", 32, "发送字节数") flag.IntVar(&count, "n", 4, "请求次数") flag.BoolVar(&helpFlag, "h", false, "显示帮助信息") flag.Parse() }

在 main 函数中，启用命令行参数设置：

func main() { GetCommandArgs() }

在发送报文前，我们需要先建立连接，此时需要先获取目标 IP，这个由命令行参数中获取：

// 获取目标 IP desIP := os.Args[len(os.Args)-1] // 构建连接 conn, err := net.DialTimeout("ip:icmp", desIP, time.Duration(timeout)*time.Millisecond) if err != nil { log.Println(err.Error()) return } defer conn.Close() // 远程地址 remoteaddr := conn.RemoteAddr()

连接建立后，我们需要根据参数中的发送次数 count 去发送对应次数的报文，因此需要用 for 去做：

for i := 0; i 1 { // 拼接且求和 sum += uint32(data[index]) 16 for hi != 0 { sum = hi + uint32(uint16(sum)) hi = sum >> 16 } // 返回 sum 值取反 return uint16(^sum) }

接着再将算出来的校验和放到报文头对应的位置中去，这里需要计算一下位置。假设我们有以下 ICMP 报文：

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Type | Code | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Checksum (2 bytes) | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Identifier (2 bytes) | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Sequence Number (2 bytes) | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Data (variable length) | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

校验和属于报文的第3、4个字节，即 data[2] 和 data[3]。

data[2] = byte(checkSum >> 8) data[3] = byte(checkSum)

最后再设置一下超时时间，就可以将数据 data 写入连接中了：

// 设置超时时间 conn.SetDeadline(time.Now().Add(time.Duration(timeout) * time.Millisecond)) // 将 data 写入连接中， n, err := conn.Write(data) if err != nil { log.Println(err) continue }

发送完成后，再构建缓冲接收响应包，

buf := make([]byte, 1024) n, err = conn.Read(buf) //fmt.Println(data) if err != nil { log.Println(err) continue }

然后我们就可以从响应包中获取我们需要的数据，比如 IP 地址、TTL等：

根据抓到的 ICMP 响应包，可以知道 IP 头共 20 个字节，源 IP 和目标 IP 在我们接收的数据包的倒数 8 个字节里，所以我们可以推算出我们访问的 IP 地址，就可以构建我们的打印信息了：

fmt.Printf("来自 %d.%d.%d.%d 的回复：字节=%d 时间=%d TTL=%d\n", buf[12], buf[13], buf[14], buf[15], n-28, t, buf[8])

至此，我们 Ping 工具的核心功能就实现了，还有一些统计信息，就不做具体的讲解了，感兴趣的可以从代码中看具体的实现。

完整代码如下：

package main import ( "bytes" "encoding/binary" "flag" "fmt" "log" "math" "net" "os" "time" ) // tcp 报文前20个是报文头，后面的才是 ICMP 的内容。 // ICMP：组建 ICMP 首部（8 字节） + 我们要传输的内容 // ICMP 首部：type、code、校验和、ID、序号，1 1 2 2 2 // 回显应答：type = 0，code = 0 // 回显请求：type = 8, code = 0 var ( helpFlag bool timeout int64 // 耗时 size int // 大小 count int // 请求次数 typ uint8 = 8 code uint8 = 0 SendCnt int // 发送次数 RecCnt int // 接收次数 MaxTime int64 = math.MinInt64 // 最大耗时 MinTime int64 = math.MaxInt64 // 最短耗时 SumTime int64 // 总计耗时 ) // ICMP 序号不能乱 type ICMP struct { Type uint8 // 类型 Code uint8 // 代码 CheckSum uint16 // 校验和 ID uint16 // ID SequenceNum uint16 // 序号 } func main() { fmt.Println() log.SetFlags(log.Llongfile) GetCommandArgs() // 打印帮助信息 if helpFlag { displayHelp() os.Exit(0) } // 获取目标 IP desIP := os.Args[len(os.Args)-1] //fmt.Println(desIP) // 构建连接 conn, err := net.DialTimeout("ip:icmp", desIP, time.Duration(timeout)*time.Millisecond) if err != nil { log.Println(err.Error()) return } defer conn.Close() // 远程地址 remoteaddr := conn.RemoteAddr() fmt.Printf("正在 Ping %s [%s] 具有 %d 字节的数据:\n", desIP, remoteaddr, size) for i := 0; i > 8) data[3] = byte(checkSum) startTime := time.Now() // 设置超时时间 conn.SetDeadline(time.Now().Add(time.Duration(timeout) * time.Millisecond)) // 将 data 写入连接中， n, err := conn.Write(data) if err != nil { log.Println(err) continue } // 发送数 ++ SendCnt++ // 接收响应 buf := make([]byte, 1024) n, err = conn.Read(buf) //fmt.Println(data) if err != nil { log.Println(err) continue } // 接受数 ++ RecCnt++ //fmt.Println(n, err) // data：64，ip首部：20，icmp：8个 = 92 个 // 打印信息 t := time.Since(startTime).Milliseconds() fmt.Printf("来自 %d.%d.%d.%d 的回复：字节=%d 时间=%d TTL=%d\n", buf[12], buf[13], buf[14], buf[15], n-28, t, buf[8]) MaxTime = Max(MaxTime, t) MinTime = Min(MinTime, t) SumTime += t time.Sleep(time.Second) } fmt.Printf("\n%s 的 Ping 统计信息:\n", remoteaddr) fmt.Printf(" 数据包: 已发送 = %d，已接收 = %d，丢失 = %d (%.f%% 丢失)，\n", SendCnt, RecCnt, count*2-SendCnt-RecCnt, float64(count*2-SendCnt-RecCnt)/float64(count*2)*100) fmt.Println("往返行程的估计时间(以毫秒为单位):") fmt.Printf(" 最短 = %d，最长 = %d，平均 = %d\n", MinTime, MaxTime, SumTime/int64(count)) } // 求校验和 func checkSum(data []byte) uint16 { // 第一步：两两拼接并求和 length := len(data) index := 0 var sum uint32 for length > 1 { // 拼接且求和 sum += uint32(data[index]) 16 for hi != 0 { sum = hi + uint32(uint16(sum)) hi = sum >> 16 } // 返回 sum 值取反 return uint16(^sum) } // GetCommandArgs 命令行参数 func GetCommandArgs() { flag.Int64Var(&timeout, "w", 1000, "请求超时时间") flag.IntVar(&size, "l", 32, "发送字节数") flag.IntVar(&count, "n", 4, "请求次数") flag.BoolVar(&helpFlag, "h", false, "显示帮助信息") flag.Parse() } func Max(a, b int64) int64 { if a > b { return a } return b } func Min(a, b int64) int64 { if a

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