C++ 实现的Ping类的封装

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 0struct 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;               // TTLBYTE 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IPDWORD 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 IDchar *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：

  1. 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。
  2. 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）。
  3. 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 SOCKETsockaddr_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。

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.mzph.cn/news/198810.shtml

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