traceroute.c

Internet路由跟踪程序 跟踪从当前计算机至目标节点的所有路由器地址

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Internet路由跟踪程序 Traceroute
    该程序使用UDP包发送一个试探数据报，连续递增改变数据报头的TTL值。TTL每一次“超
时”，都会向我们返回一条ICMP消息（传输超时错误或目的端口不可到达错误），我们只
要查看给我们发送ICMP消息的主机地址，即可知道该数据报经过了哪些主机（路由器）。
    程序中使用了两个套接字，一个是普通的UDP数据报套接字，用IP_TTL选项来改变发送时的
TTL值；另一个是原始套接字，用于接收返回来的ICMP消息。
******************************************************************************/
#include <sys/time.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in_systm.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/ip_icmp.h>
#include <netinet/udp.h>

#include <netdb.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define MAXPACKET		65535	/* IP包的最大大小*/
#define UDPPACKETSIZE	36	/* UDP数据报的大小*/
#define SRCPORT		23156	/*UDP包的源端口*/
#define DSTPORT		58127	/*UDP包的目的端口*/
/*函数声明*/
double deltaT(struct timeval *t1p,struct timeval *t2p);	/*计算时间差*/
int check_packet(u_char *buf,int  cc); /*检查一个IP包是否期望的ICMP数据报*/
void send_probe(int sndsock,struct sockaddr_in *whereto,int ttl); /*发送一个探测包*/
/*接收ICMP消息*/
int wait_for_reply(int rcvsock,struct sockaddr_in *from,char *databuf,int buflen); 
/*主函数*/
int main(int argc,char * argv[])
{
	const int max_ttl=48;	/*默认的最大跳数*/
	const int nprobes=3;    /*默认的每跳探测次数*/
	//处理命令行，合法的命令行格式为： tracert 主机名或主机IP地址*/
	if(argc!=2) {
		fprintf(stderr,"Usage: %s host\r\n",argv[0]);
		exit(-1);
	}

	struct hostent *host;      /*主机名结构指针*/
	struct sockaddr_in haddr;  /*远程主机地址结构*/
	struct sockaddr_in loc_addr; /*本机地址结构，用于绑定UDP服务于指定的端口*/
	bzero(&haddr,sizeof(haddr)); 
	/*填充目的主机地址结构*/
	haddr.sin_family=AF_INET;
	haddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
	haddr.sin_port=htons(DSTPORT);
	/*如果是主机名，则查询DNS解析*/
	if(haddr.sin_addr.s_addr==INADDR_NONE){
		if(NULL==(host=gethostbyname(argv[1]))) {
			fprintf(stderr,"unknown host %s\r\n",argv[1]);
			exit(-1);
		}
		memcpy(&haddr.sin_addr,host->h_addr,host->h_length);
	}
	/*填充本机地址结构*/
	loc_addr.sin_family=AF_INET;
	loc_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
	loc_addr.sin_port=htons(SRCPORT);
	int sndsock,rcvsock;
	/*创建UDP套接字*/
	if ((sndsock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
		fprintf(stderr,"traceroute: udp socket\r\n");
		exit(-1);
	}
	/*创建RAW套接字，套接字的类型为IPPROTO_ICMP*/
	if ((rcvsock = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP)) < 0) {
		fprintf(stderr,"traceroute: raw socket\r\n");
		exit(-1);
	}
	/*绑定UDP套接字于指定的端口*/
	if(bind(sndsock,(struct sockaddr*)&loc_addr,sizeof(loc_addr))) {
		fprintf(stderr,"bind error\r\n");
		exit(-1);
	}

	fprintf(stdout, "traceroute to %s (%s)", argv[1],inet_ntoa(haddr.sin_addr));	
	fprintf(stdout, ", %d hops max, %d byte packets\r\n", max_ttl, 
			UDPPACKETSIZE+sizeof(struct ip)+sizeof(struct udphdr));
	
	char databuf[MAXPACKET];	/*接收ICMP数据报的缓冲区*/
	struct sockaddr_in from;	/*远程主机地址结构*/
	int ttl;
	//循环改变发送的UDP数据报的TTL值，发送探测数据包*/
	for (ttl = 1; ttl <= max_ttl; ++ttl) {
		u_long lastaddr = 0;	/*记录上一个接收到的数据包的源地址*/
		int got_there = 0;		/*记录是否到达了目的主机*/

		printf("%2d ", ttl);
		fflush(stdout);
		int  probe;
		/*每一跳（TTL值）循环发送nprobes个数据包*/
		for (probe = 0; probe < nprobes; ++probe) {
			int cc=0;
			struct timeval t1, t2;	/*记录发送和接收的时间*/
			struct timezone tz;
			struct ip *ip;
									
			gettimeofday(&t1, &tz);	/*记录发送时间*/
			send_probe(sndsock,&haddr,ttl); /*发送一个UDP数据包*/
			/*在指定的时间内等待回复的ICMP包，直到超时*/
			while (cc = wait_for_reply(rcvsock, &from,databuf,sizeof(databuf))) {
				gettimeofday(&t2, &tz); /*记录接收时间*/
				if (check_packet(databuf, cc)) { /*检查是否期待的ICMP数据报*/
					/*判断是否是上一跳主机返回的数据包，不是的话输出其IP地址*/
					if (from.sin_addr.s_addr != lastaddr) { 
						printf("%s  ",inet_ntoa(from.sin_addr));
						lastaddr = from.sin_addr.s_addr;
					}
					/*计算发送和接收数据包之间的间隔，并显示出来*/
					printf("  %g ms  ", deltaT(&t1, &t2));
					/*判断是否到达最终的目的地，是 的话做出标记*/
					if(from.sin_addr.s_addr==haddr.sin_addr.s_addr)
						got_there++;
					break;
				}
			}
			if (cc == 0) /*cc等于零意味着等待超时，该跳主机没有回应*/
				printf("   *   ");
		}
		printf("\r\n");
		/*如果达到目的地，则退出循环*/
		if (got_there)
			break;
	}
	return 0;
}
/***********************************************************************************
函数：    等待ICMP消息
rcvsock:  接收消息的套接字句柄
from:     远程主机地址结构的地址
databuf:  接收消息的缓冲区首地址
buflen:   消息缓冲区的长度
***********************************************************************************/
 int wait_for_reply(int rcvsock,struct sockaddr_in *from,char *databuf,int buflen)
{
	const int waittime=4;		/*默认超时时间为 4 秒*/
	
	int cc = 0;		
	int fromlen = sizeof (*from);
	/*套接字IO参数*/
	fd_set fds;  /* 套接字I/O集合*/
	FD_ZERO(&fds); 
	FD_SET(rcvsock, &fds); /*把rcvsock加入到集合fds中*/
	/*（超时）时间结构*/
	struct timeval wait;
	wait.tv_sec = waittime; 
	wait.tv_usec = 0;
	/*选择一个集合fds，并查看该集合中的套接字是否存在待决的I/O操作（我们这里是读取操作）*/
	/*默认等待时间为4秒*/
	if (select(rcvsock+1, &fds, (fd_set *)0, (fd_set *)0, &wait) > 0) {
		/*有数据可读，读取到指定的缓冲区中*/
		cc=recvfrom(rcvsock, databuf, buflen, 0,
			    (struct sockaddr *)from, &fromlen);
	}
	
	return(cc);
}
/**********************************************************************************
函数：    向指定的地址发送一个UDP数据报
sndsock:  发送数据报套接字
whereto:  目的主机地址结构指针
ttl:      发送数据包的TTL值
**********************************************************************************/
void send_probe(int sndsock,struct sockaddr_in *whereto,int ttl)
{
	char databuf[UDPPACKETSIZE];		/*发送数据包缓冲区（数据部分）*/
	bzero(databuf,sizeof(databuf));
	/*设置发送套接字的选项（IPPROTO_IP级，IP_TTL类型），更改IP包头中的TTL为指定值*/
	setsockopt(sndsock,IPPROTO_IP,IP_TTL,(char *)&ttl,sizeof(ttl));
	/*发送数据包（携带UDPPACKETSIZE个字节的零）*/
	int n = sendto(sndsock, databuf, sizeof(databuf), 0,(struct sockaddr *)whereto,
		   sizeof(struct sockaddr));
	if(n!=UDPPACKETSIZE) {
		fprintf(stderr,"Error in sendto\r\n");
	}
}
/**********************************************************************************
函数： 检查一个返回的IP包是否为期待的ICMP数据报（TTL超时或者目的端口不可到达）
buf:   数据缓冲区首地址
cc:    缓冲区中数据大小
**********************************************************************************/
int check_packet(u_char *buf,int  cc)
{
	/*处理IP包头*/
	struct ip *ip= (struct ip *) buf;
	/*计算IP头大小*/
	int hlen = ip->ip_hl << 2;
	/*从大小来判断是否是一个ICMP包*/
	if (cc < hlen + ICMP_MINLEN) {
		return 0;
	}
	cc -= hlen;
	/*处理ICMP头部*/
	struct icmp *icp= (struct icmp *)(buf + hlen);
	u_char type=icp->icmp_type;	/*ICMP消息类型*/
	u_char code=icp->icmp_code; /*ICMP消息代码*/
	/*期待的ICMP消息只有两种：传输超时（TTL变为0），目的端口不可到达（已经到了目的主机）*/
	if(type==ICMP_TIMXCEED || type==ICMP_UNREACH) {
		struct ip *hip=&icp->icmp_ip;
		hlen=hip->ip_hl<<2;
		/*ICMP数据报会发回出错的数据报的IP头部和该IP数据报的头8个字节
		我们检查该数据报的目的端口和源端口，看是否是我们发送的测试数据报*/
		struct udphdr *udp=(struct udphdr *)((u_char *)hip+hlen);
		if(hip->ip_p==IPPROTO_UDP && udp->dest==htons(DSTPORT) && 
			udp->source==htons(SRCPORT))
		/*if(hip->ip_p==IPPROTO_UDP && udp->uh_dport==htons(DSTPORT) && 
			udp->uh_sport==htons(SRCPORT))*/
				return 1;
	}
	return 0;
}
/**********************************************************************************
函数： 计算两个timeval结构表示的时间差值
**********************************************************************************/
double deltaT(struct timeval *t1p,struct timeval *t2p)
{
	double dt;

	dt = (double)(t2p->tv_sec - t1p->tv_sec) * 1000.0 +
	     (double)(t2p->tv_usec - t1p->tv_usec) / 1000.0;
	return (dt);
}