TraceRoute(tracert)源码（基于原始套接字实现）

 TraceRoute(tracert)源码（基于原始套接字实现） 佟强 2008.11.4

    TraceRoute实现原理 http://blog.csdn.net/microtong/archive/2008/11/04/3220450.aspx

本程序实现Windows下tracert的功能，程序使用原始套接字发送ICMP回显请求报文，本接收ICMP超时差错报文，和ICMP回显应答报文，得到每一跳的路由器IP地址和往返时间。

  3. //TraceRoute.h
  5. #ifndef _ITRACERT_H_
  6. #define _ITRACERT_H_
  8. #pragma pack(1)
  9. //IP数据报头
  10. typedef struct
  11. {
  12.  unsigned char hdr_len :4;  // length of the header
  13.  unsigned char version :4;  // version of IP
  14.  unsigned char tos;   // type of service
  15.  unsigned short total_len;  // total length of the packet
  16.  unsigned short identifier;  // unique identifier
  17.  unsigned short frag_and_flags; // flags
  18.  unsigned char ttl;   // time to live
  19.  unsigned char protocol;  // protocol (TCP, UDP etc)
  20.  unsigned short checksum;  // IP checksum
  22.  unsigned long sourceIP;  // source IP address
  23.  unsigned long destIP;   // destination IP address
  25. } IP_HEADER;
  27. //ICMP数据报头
  28. typedef struct
  29. {
  30.  BYTE type;  //8位类型
  31.  BYTE code;  //8位代码
  32.  USHORT cksum;  //16位校验和
  33.  USHORT id;   //16位标识符
  34.  USHORT seq;  //16位序列号
  36. } ICMP_HEADER;
  38. //解码结果
  39. typedef struct
  40. {
  41.  USHORT usSeqNo;   //包序列号
  42.  DWORD dwRoundTripTime; //往返时间
  43.  in_addr dwIPaddr;  //对端IP地址
  45. } DECODE_RESULT;
  47. #pragma pack()
  49. //ICMP类型字段
  50. const BYTE ICMP_ECHO_REQUEST = 8; //请求回显
  51. const BYTE ICMP_ECHO_REPLY  = 0; //回显应答
  52. const BYTE ICMP_TIMEOUT   = 11; //传输超时
  54. const DWORD DEF_ICMP_TIMEOUT = 3000; //默认超时时间，单位ms
  55. const int DEF_ICMP_DATA_SIZE = 32; //默认ICMP数据部分长度
  56. const int MAX_ICMP_PACKET_SIZE = 1024; //最大ICMP数据报的大小
  57. const int DEF_MAX_HOP = 30;    //最大跳站数
  59. USHORT GenerateChecksum(USHORT* pBuf, int iSize);
  60. BOOL DecodeIcmpResponse(char* pBuf, int iPacketSize, DECODE_RESULT& stDecodeResult);
  62. #endif // _ITRACERT_H_
  66. //TraceRoute.cpp
  68. /*----------------------------------------------------------
  69. 功能说明：该程序简单实现了Windows操作系统的tracert命令功能，
  70.       可以输出IP报文从本机出发到达目的主机所经过的路由信息。
  71. -----------------------------------------------------------*/
  72. #include <iostream>
  73. #include <iomanip>
  74. #include <winsock2.h>
  75. #include <ws2tcpip.h>
  76. #include <stdio.h>
  77. #include "TraceRoute.h"
  79. #pragma comment(lib,"ws2_32")
  81. using namespace std;
  83. int main(int argc, char* argv[])
  84. {
  85.  //检查命令行参数
  86.  if (argc != 2)
  87.  {
  88.   cerr << "/nUsage: itracert ip_or_hostname/n";
  89.   return -1;
  90.  }
  92.  //初始化winsock2环境
  93.  WSADATA wsa;
  94.  if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsa) != 0)
  95.  {
  96.   cerr << "/nFailed to initialize the WinSock2 DLL/n"
  97.     << "error code: " << WSAGetLastError() << endl;
  98.   return -1;
  99.  }
  101.  //将命令行参数转换为IP地址
  102.  u_long ulDestIP = inet_addr(argv[1]);
  103.  if (ulDestIP == INADDR_NONE)
  104.  {
  105.   //转换不成功时按域名解析
  106.   hostent* pHostent = gethostbyname(argv[1]);
  107.   if (pHostent)
  108.   {
  109.    ulDestIP = (*(in_addr*)pHostent->h_addr).s_addr;
  111.    //输出屏幕信息
  112.    cout << "/nTracing route to " << argv[1] 
  113.      << " [" << inet_ntoa(*(in_addr*)(&ulDestIP)) << "]"
  114.      << " with a maximum of " << DEF_MAX_HOP << " hops./n" << endl;
  115.   }
  116.   else //解析主机名失败
  117.   {
  118.    cerr << "/nCould not resolve the host name " << argv[1] << '/n'
  119.      << "error code: " << WSAGetLastError() << endl;
  120.    WSACleanup();
  121.    return -1;
  122.   }
  123.  }
  124.  else
  125.  {
  126.   //输出屏幕信息
  127.   cout << "/nTracing route to " << argv[1] 
  128.     << " with a maximum of " << DEF_MAX_HOP << " hops./n" << endl;
  129.  }
  131.  //填充目的Socket地址
  132.  sockaddr_in destSockAddr;
  133.  ZeroMemory(&destSockAddr, sizeof(sockaddr_in));
  134.  destSockAddr.sin_family = AF_INET;
  135.  destSockAddr.sin_addr.s_addr = ulDestIP;
  137.  //使用ICMP协议创建Raw Socket
  138.  SOCKET sockRaw = WSASocket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP, NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED);
  139.  if (sockRaw == INVALID_SOCKET)
  140.  {
  141.   cerr << "/nFailed to create a raw socket/n"
  142.     << "error code: " << WSAGetLastError() << endl;
  143.   WSACleanup();
  144.   return -1;
  145.  }
  146.  //设置端口属性
  147.  int iTimeout = DEF_ICMP_TIMEOUT;
  149.  if (setsockopt(sockRaw, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char*)&iTimeout, sizeof(iTimeout)) == SOCKET_ERROR)
  150.  {
  151.   cerr << "/nFailed to set recv timeout/n"
  152.     << "error code: " << WSAGetLastError() << endl;
  153.   closesocket(sockRaw);
  154.   WSACleanup();
  155.   return -1;
  156.  }
  159.  //创建ICMP包发送缓冲区和接收缓冲区
  160.  char IcmpSendBuf[sizeof(ICMP_HEADER)+DEF_ICMP_DATA_SIZE];
  161.  memset(IcmpSendBuf, 0, sizeof(IcmpSendBuf));
  162.  char IcmpRecvBuf[MAX_ICMP_PACKET_SIZE];
  163.  memset(IcmpRecvBuf, 0, sizeof(IcmpRecvBuf));
  165.  //填充待发送的ICMP包
  166.  ICMP_HEADER* pIcmpHeader = (ICMP_HEADER*)IcmpSendBuf;
  167.  pIcmpHeader->type = ICMP_ECHO_REQUEST;
  168.  pIcmpHeader->code = 0;
  169.  pIcmpHeader->id = (USHORT)GetCurrentProcessId();
  170.  memset(IcmpSendBuf+sizeof(ICMP_HEADER), 'E', DEF_ICMP_DATA_SIZE);
  172.  //开始探测路由
  173.  DECODE_RESULT stDecodeResult;
  174.  BOOL bReachDestHost = FALSE;
  175.  USHORT usSeqNo = 0;
  176.  int iTTL = 1;
  177.  int iMaxHop = DEF_MAX_HOP;
  178.  while (!bReachDestHost && iMaxHop--)
  179.  {
  180.   //设置IP数据报头的ttl字段
  181.   setsockopt(sockRaw, IPPROTO_IP, IP_TTL, (char*)&iTTL, sizeof(iTTL));
  183.   //输出当前跳站数作为路由信息序号
  184.   cout << setw(3) << iTTL << flush;
  186.   //填充ICMP数据报剩余字段
  187.   ((ICMP_HEADER*)IcmpSendBuf)->cksum = 0;
  188.   ((ICMP_HEADER*)IcmpSendBuf)->seq = htons(usSeqNo++);
  189.   ((ICMP_HEADER*)IcmpSendBuf)->cksum = GenerateChecksum((USHORT*)IcmpSendBuf, sizeof(ICMP_HEADER)+DEF_ICMP_DATA_SIZE);
  190.   
  191.   //记录序列号和当前时间
  192.   stDecodeResult.usSeqNo = ((ICMP_HEADER*)IcmpSendBuf)->seq;
  193.   stDecodeResult.dwRoundTripTime = GetTickCount();
  194.   
  195.   //发送ICMP的EchoRequest数据报
  196.   if (sendto(sockRaw, IcmpSendBuf, sizeof(IcmpSendBuf), 0, 
  197.        (sockaddr*)&destSockAddr, sizeof(destSockAddr)) == SOCKET_ERROR)
  198.   {
  199.    //如果目的主机不可达则直接退出
  200.    if (WSAGetLastError() == WSAEHOSTUNREACH)
  201.     cout << '/t' << "Destination host unreachable./n" 
  202.       << "/nTrace complete./n" << endl;
  203.    closesocket(sockRaw);
  204.    WSACleanup();
  205.    return 0;
  206.   }
  208.   //接收ICMP的EchoReply数据报
  209.   //因为收到的可能并非程序所期待的数据报，所以需要循环接收直到收到所要数据或超时
  210.   sockaddr_in from;
  211.   int iFromLen = sizeof(from);
  212.   int iReadDataLen;
  213.   while (1)
  214.   {
  215.    //等待数据到达
  216.    iReadDataLen = recvfrom(sockRaw, IcmpRecvBuf, MAX_ICMP_PACKET_SIZE, 
  217.          0, (sockaddr*)&from, &iFromLen);
  218.    if (iReadDataLen != SOCKET_ERROR) //有数据包到达
  219.    {
  220.     //解码得到的数据包，如果解码正确则跳出接收循环发送下一个EchoRequest包
  221.     if (DecodeIcmpResponse(IcmpRecvBuf, iReadDataLen, stDecodeResult))
  222.     {
  223.      if (stDecodeResult.dwIPaddr.s_addr == destSockAddr.sin_addr.s_addr)
  224.       bReachDestHost = TRUE;
  226.      cout << '/t' << inet_ntoa(stDecodeResult.dwIPaddr) << endl;
  227.      break;
  228.     }
  229.    }
  230.    else if (WSAGetLastError() == WSAETIMEDOUT) //接收超时，打印星号
  231.    {
  232.     cout << setw(9) << '*' << '/t' << "Request timed out." << endl;
  233.     break;
  234.    }
  235.    else
  236.    {
  237.     cerr << "/nFailed to call recvfrom/n"
  238.       << "error code: " << WSAGetLastError() << endl;
  239.     closesocket(sockRaw);
  240.     WSACleanup();
  241.     return -1;
  242.    }
  243.   }
  245.   //TTL值加1
  246.   iTTL++;
  247.  }
  248.  //输出屏幕信息
  249.  cout << "/nTrace complete./n" << endl;
  251.  closesocket(sockRaw);
  252.  WSACleanup();
  253.  return 0;
  254. }
  256. //产生网际校验和
  257. USHORT GenerateChecksum(USHORT* pBuf, int iSize) 
  258. {
  259.  unsigned long cksum = 0;
  260.  while (iSize>1) 
  261.  {
  262.   cksum += *pBuf++;
  263.   iSize -= sizeof(USHORT);
  264.  }
  265.  if (iSize) 
  266.   cksum += *(UCHAR*)pBuf;
  268.  cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff);
  269.  cksum += (cksum >> 16);
  271.  return (USHORT)(~cksum);
  272. }
  275. //解码得到的数据报
  276. BOOL DecodeIcmpResponse(char* pBuf, int iPacketSize, DECODE_RESULT& stDecodeResult)
  277. {
  278.  //检查数据报大小的合法性
  279.  IP_HEADER* pIpHdr = (IP_HEADER*)pBuf;
  280.  int iIpHdrLen = pIpHdr->hdr_len * 4;
  281.  if (iPacketSize < (int)(iIpHdrLen+sizeof(ICMP_HEADER)))
  282.   return FALSE;
  284.  //按照ICMP包类型检查id字段和序列号以确定是否是程序应接收的Icmp包
  285.  ICMP_HEADER* pIcmpHdr = (ICMP_HEADER*)(pBuf+iIpHdrLen);
  286.  USHORT usID, usSquNo;
  287.  if (pIcmpHdr->type == ICMP_ECHO_REPLY)
  288.  {
  289.   usID = pIcmpHdr->id;
  290.   usSquNo = pIcmpHdr->seq;
  291.  }
  292.  else if(pIcmpHdr->type == ICMP_TIMEOUT)
  293.  {
  294.   char* pInnerIpHdr = pBuf+iIpHdrLen+sizeof(ICMP_HEADER);  //载荷中的IP头
  295.   int iInnerIPHdrLen = ((IP_HEADER*)pInnerIpHdr)->hdr_len * 4;//载荷中的IP头长
  296.   ICMP_HEADER* pInnerIcmpHdr = (ICMP_HEADER*)(pInnerIpHdr+iInnerIPHdrLen);//载荷中的ICMP头
  297.   usID = pInnerIcmpHdr->id;
  298.   usSquNo = pInnerIcmpHdr->seq;
  299.  }
  300.  else
  301.   return FALSE;
  303.  if (usID != (USHORT)GetCurrentProcessId() || usSquNo !=stDecodeResult.usSeqNo) 
  304.   return FALSE;
  306.  //处理正确收到的ICMP数据报
  307.  if (pIcmpHdr->type == ICMP_ECHO_REPLY ||
  308.   pIcmpHdr->type == ICMP_TIMEOUT)
  309.  {
  310.   //返回解码结果
  311.   stDecodeResult.dwIPaddr.s_addr = pIpHdr->sourceIP;
  312.   stDecodeResult.dwRoundTripTime = GetTickCount()-stDecodeResult.dwRoundTripTime;
  314.   //打印屏幕信息
  315.   if (stDecodeResult.dwRoundTripTime)
  316.    cout << setw(6) << stDecodeResult.dwRoundTripTime << " ms" << flush;
  317.   else
  318.    cout << setw(6) << "<1" << " ms" << flush;
  320.   return TRUE;
  321.  }
  323.  return FALSE;
  324. }
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