模擬網絡組建中Ｐｉｎｇ命令的實現

摘要：網絡技術無論在教學還是在現實生活中都變得異常的重要，該文結合教學課程和實驗要求，對模擬網絡組建的過程進行了初步的研究。在該實驗平臺中，將簡單直觀的網絡設備圖標表示為真實的網絡設備，用于搭建現實中的網絡，并提供命令交互窗口，模擬常用的網絡命令的實現對當前的網絡狀態進行檢查，該文主要對Ping命令的實現進行了實驗分析。

關鍵詞：網絡技術；Ping命令；ICMP協議

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)19-30028-03

The Realization of Ping Command in Virtual Network Construction

LV Jin-rong， GONG Pei-zeng， YANG Zhi-qiang

(Dept of Computer Science and Engineering， Tongji University， Shanghai 200092， China)

Abstract: Network Technology is being more and more important not only in teaching but also in practical application. The paper based on the teaching curriculum and experiment requirement and did a primary researching in Virtual Network Construction. This experiment method use the simple icons to behalf the real network equipment which been used to construct network. Also the experiment method gives a command interface line in a separated window and simulates some network commands to check the states of net. This paper realizes the Ping command and analyzes with an experiment.

Key words: network technology; Ping command; ICMP protocols

1 引言

隨著計算機技術及網絡技術的迅速發展，個人、家庭或宿舍中擁有多臺計算機已變得十分的普遍，將多臺計算機組建成網絡可以提高資源的利用率和協同工作的效率，所以網絡技術無論在教學還是在現實生活中都變得異常的重要。

在實際學習中，由于資源設備的限制，提供完善的實驗環境存在一定的難度，所以提供一種模擬的組建網絡的平臺具有很強的現實意義。雖然在應用中，業界有很多優秀的成品軟件，如：虛擬機軟件vmware、virtual pc；以及網絡認證考試的軟件NetSim、Dynamips等工具也可用于模擬組建網絡的練習工具，但是由于它們所面向的是高級的網絡應用，在教學的應用中需要更簡單直觀的平臺。

文中就是基于面向網絡技術教學的目的而設計的實驗平臺，提供了簡單直觀實驗的要求。文中重點實現了Ping命令，根據Ping命令的運行原理，對它進行了模擬實現，相應的其他檢查網絡狀態的命令，如：tracert、ipconfig、netstat等等，也可以根據各自的運行原理進行實現[1]。

2 Ping命令及ICMP協議簡介

2.1 Ping命令簡介

“Ping”這個名字源于聲納定位操作，最早Ping程序是由Mike Muuss編寫[2]，目的是為了測試另一臺主機是否可達，該程序發送一份ICMP回顯請求報文給主機，并等待返回ICMP回顯應答。

一般來說，如果不能Ping到某臺主機，那么就不能Telnet或者FTP到那臺主機；反過來，如果不能Telnet到某臺主機，那么通?？梢杂肞ing程序來確定問題出在哪里。但是隨著Internet安全意識的增強，Ping不通一臺主機也可能是受路由器、防火墻的影響，但在一般的應用中可以將Ping作為檢測網絡連通狀況的實用工具。

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圖1 Ping命令發送ICMP報文

2.2 ICMP協議簡介

ICMP協議（Internet Control Message Protocol， Internet控制報文協議）是TCP/IP協議族的一個子協議，該協議位于網絡層，提供了傳輸差錯報文、控制報文和詢問報文的功能；允許ICMP報文在IP數據報內攜帶。封裝格式如下圖：

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圖2 ICMP封裝在IP數據報內部

ICMP報文有多種類型，Ping程序使用ICMP的回顯請求報文，該報文的結構如下：前四個字節為報文頭部分，第一個字節為報文類型，第二個字節未用，第三、四個字節為報文的校驗和，第五、六個字節為報文的標志符，第六、七個字節為報文的序號，最后為選項數據但是報文總長度不超過64KB。

ICMP回顯請求和回顯應答報文格式如下圖：

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圖3 ICMP回顯請求和回顯應答報文格式

3 Ping命令執行原理及實現步驟

3.1 執行原理和步驟

在進行Ping操作時，首先從客戶機向服務器發送ICMP回顯請求報文，當服務器接收到客戶機發送來的ICMP回顯請求報文時，服務器就會向客戶機發送ICMP回顯應答報文，客戶機通過接收來自服務器的ICMP回顯應答報文，從而判斷與遠程主機的聯通狀態。

實現步驟如下：

步驟 1：根據ICMP回顯請求的報文格式，定義報文；

步驟 2：客戶機發送封裝ICMP回顯請求報文的IP數據包；

步驟 3：客戶機接收封裝ICMP應答報文的IP數據包。

3.2 數據包的檢驗和算法

為了保證包頭和數據不被破壞，數據包在計算機網絡中傳輸期間使用了檢驗和(圖3中的第三四字節)，ICMP的檢驗和字段覆蓋整個ICMP報文，而求ICMP的檢驗和是必須的，檢驗和保證了ICMP報頭和數據的正確性。

檢驗和算法在所有的協議中都是相同的，只是由于協議的不同，檢驗和保證的域的內容不同。檢驗和在各種協議中所保證的各種域如下：

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檢驗和icmp_ckSum算法如下[4]：

① 在檢驗和的域中設置為0；

② 在數據長度為奇數時，在其域中最后追加0，使其調整為以16為單位（在這種調整方法中，即使追加8位，也不包含包長度）；

③ 以16位為單位，將一個偽報頭、報頭、數據部分加上1的補碼；

④ 將所求出的值：1的補碼存儲到報頭檢查和的區域中。

如果首部在傳輸的過程中沒有發生任何差錯，那么接收方計算的結果應該為全1；如果結果不是全1（即檢驗和錯誤），那么IP就丟棄收到的數據報，但是不生成差錯報文，由上層去發現丟失的數據報并進行重傳。

4 模擬命令的實驗過程及結果

4.1 實驗要完成的功能

本實驗平臺要實現的功能界面如圖4。

在“工作臺”窗口中，組建了一個簡單的局域網，通過模擬網絡命令測試該局域網的網絡連通狀態，在“命令交互”窗口中，用Ping命令從PC1到PC2，返回的結果將與實際的局域網中得到的結果相似。

4.2 Ping命令的Visual C#模擬實現

安裝Ping命令的執行原理、步驟，其具體的實現過程如下：

① ICMP數據包類的定義和實現。

public class IcmpPacket{private Byte_type;// 報文類型

private Byte_subCode;// 字代碼類型

private UInt16 _checkSum;// 報文校驗和

private UInt16 _identifier;//識別符

private UInt16 _sequenceNumber;// 序列號

private Byte[]_data; // 數據選項 }

② 模擬Socket的SendTo()方法的SimSendTo()方法。

在執行Ping命令時該方法將被調用，根據計算機名或虛擬的IP地址，將ICMP數據包的UInt16數組發送給目的主機進行驗證。

在該方法中增加了對計算機名的名稱的解析，可以將計算機名稱與虛擬的IP地址對應起來，因此Ping命令后面的參數可以是計算機名也可以是具體的IP地址。

③ 模擬Socket的ReceiveFrom()方法的SimReceiveFrom()方法。

此方法在執行Ping命令是也會被調用，該方法返回了目的主機回顯的信息，表明了目的主機是否已經接收到了發送的數據，若該方法的返回值為ICMP數據包的大小，則表明操作成功，將在終端顯示接收信息；若返回的值為-1，則在終端顯示“目的主機不可到達”的信息。

④ 檢驗和icmp_ckSum()算法的實現。

public static UInt16 icmp_ckSum(UInt16[] buffer)

{int cksum = 0;

for(int i=0;i

cksum += (int) buffer[i];

cksum = (cksum >> 16) + (cksum 0xffff);

cksum += (cksum >> 16);

return (UInt16)(~cksum); }

5 結束語

該文對模擬組網的實驗平臺進行了介紹，詳細介紹了Ping命令的原理及其工作方式，并對其模擬實現進行了詳細的分析。依據此實現方式，可以對其他的命令tracert、ipconfig、netstat等等進行實現，以完善該實驗平臺。

當然該平臺到目前只是對關鍵的技術進行了前期的研究和解決，很多的功能和相關的技術還要進行繼續的研究，在命令的交互體驗方面也應該更加真實，這些都成為以后工作的重點。

參考文獻：

[1] Jon C.Snader. 劉江林，譯. 高級TCP/IP編程[M].北京:中國電力出版社，2001.6.

[2] W.Richard Stevens.TCP/IP Illustrated， Volume 1:The Protocols.北京:機械工業出版社，2002.1.

[3] 潘愛明，譯.計算機網絡[M].第4版.北京：清華大學出版社，2004.8.

[4] 馮杰，閆魯生，譯.TCP/IP網絡實驗程序篇[M].北京:科學出版社，2003.4.

[5] Gary R.Wright，W.Richard Stevens.TCP/IP Illustrated， Volume 2:The Implementation[M].北京:機械工業出版社，2002.1.

[6] 李銘，黃靜，譯.C#2005.NET 3.0高級編程.第5版.北京:清華大學出版社，2007.12.

[7] RFC 791-1981 INTERNET PROTOCOL[S].Network Working Group.

[8] RFC 792-1981 INTERNET CONTROL MESSAGE PROTOCOL[S].Network Working Group.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文