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使用Golang实现简单Ping过程

2024-07-17 02:09:06   223人阅读

引言

    关于各种语言实现Ping已经是大家喜闻乐见的事情了，网络上利用Golang实现Ping已经有比较详细的代码示例，但大多是仅仅是实现了Request过程，而对Response的回显内容并没有做接收。而Ping程序不仅仅是发送一个ICMP，更重要的是如何接收并进行统计。

    下面是网络上几篇关于Ping的实现代码：

    https://github.com/paulstuart/ping/blob/master/ping.go

    http://blog.csdn.net/gophers/article/details/21481447

    http://blog.csdn.net/laputa73/article/details/17226337

本文借鉴了第二个链接里面的部分代码。

准备

  1. 安装最新的Go

    由于Google被墙的原因，如果没有VPN的话，就到这里下载：

    http://www.golangtc.com/download

  2. 使用任意文本编辑器，或者LiteIDE会比较方便编译和调试，下面是LiteIDE的下载地址

    https://github.com/visualfc/liteide

编码

要用到的package：

import (
	"bytes"
	"container/list"
	"encoding/binary"
	"fmt"
	"net"
	"os"
	"time"
)

  1. 使用Golang提供的net包中的相关函数可以快速构造一个IP包并自定义其中一些关键参数，而不需要再自己手动填充IP报文。

  2. 使用encoding/binary包可以轻松获取结构体struct的内存数据并且可以规定字节序（这里要用网络字节序BigEndian），而不需要自己去转换字节序。之前的一片文中使用boost，还要自己去实现转换过程，详见：关于蹭网检查的原理及实现

  3. 使用container/list包，方便进行结果统计

  4. 使用time包实现耗时和超时处理

ICMP报文struct：

type ICMP struct {
	Type        uint8
	Code        uint8
	Checksum    uint16
	Identifier  uint16
	SequenceNum uint16
}

Usage提示：

	arg_num := len(os.Args)

	if arg_num < 2 {
		fmt.Print(
			"Please runAs [super user] in [terminal].\n",
			"Usage:\n",
			"\tgoping url\n",
			"\texample: goping www.baidu.com",
		)
		time.Sleep(5e9)
		return
	}

注意这个ping程序，包括之前的ARP程序都必须使用系统最高权限执行，所以这里先给出提示，使用time.Sleep(5e9)，暂停5秒，是为了使双击执行者看到提示，避免控制台一闪而过。

关键net对象的创建和初始化：

	var (
		icmp     ICMP
		laddr    = net.IPAddr{IP: net.ParseIP("0.0.0.0")}
		raddr, _ = net.ResolveIPAddr("ip", os.Args[1])
	)

	conn, err := net.DialIP("ip4:icmp", &laddr, raddr)

	if err != nil {
		fmt.Println(err.Error())
		return
	}

	defer conn.Close()

net.DialIP表示生成一个IP报文，版本号是v4，协议是ICMP（这里字符串ip4:icmp会把IP报文的协议字段设为1表示ICMP协议），

源地址laddr可以是0.0.0.0也可以是自己的ip，这个并不影响ICMP的工作。

目的地址raddr是一个URL，这里使用Resolve进行DNS解析，注意返回值是一个指针，所以下面的DialIP方法中参数表示没有取地址符。

这样一个完整的IP报文就装配好了，我们并没有去操心IP中的其他一些字段，Go已经为我们处理好了。

通过返回的conn *net.IPConn对象可以进行后续操作。

defer conn.Close() 表示该函数将在Return时被执行，确保不会忘记关闭。

下面需要构造ICMP报文了：

	icmp.Type = 8
	icmp.Code = 0
	icmp.Checksum = 0
	icmp.Identifier = 0
	icmp.SequenceNum = 0

	var buffer bytes.Buffer
	binary.Write(&buffer, binary.BigEndian, icmp)
	icmp.Checksum = CheckSum(buffer.Bytes())
	buffer.Reset()
	binary.Write(&buffer, binary.BigEndian, icmp)

仍然非常简单，利用binary可以把一个结构体数据按照指定的字节序读到缓冲区里面，计算校验和后，再读进去。

检验和算法参考上面给出的URL中的实现：

func CheckSum(data []byte) uint16 {
	var (
		sum    uint32
		length int = len(data)
		index  int
	)
	for length > 1 {
		sum += uint32(data[index])<<8 + uint32(data[index+1])
		index += 2
		length -= 2
	}
	if length > 0 {
		sum += uint32(data[index])
	}
	sum += (sum >> 16)

	return uint16(^sum)
}

下面是Ping的Request过程，这里仿照Windows的ping，默认只进行4次：

	fmt.Printf("\n正在 Ping %s 具有 0 字节的数据:\n", raddr.String())
	recv := make([]byte, 1024)

	statistic := list.New()
	sended_packets := 0

	for i := 4; i > 0; i-- {

		if _, err := conn.Write(buffer.Bytes()); err != nil {
			fmt.Println(err.Error())
			return
		}
		sended_packets++
		t_start := time.Now()

		conn.SetReadDeadline((time.Now().Add(time.Second * 5)))
		_, err := conn.Read(recv)

		if err != nil {
			fmt.Println("请求超时")
			continue
		}

		t_end := time.Now()

		dur := t_end.Sub(t_start).Nanoseconds() / 1e6

		fmt.Printf("来自 %s 的回复: 时间 = %dms\n", raddr.String(), dur)

		statistic.PushBack(dur)

		//for i := 0; i < recvsize; i++ {
		//	if i%16 == 0 {
		//		fmt.Println("")
		//	}
		//	fmt.Printf("%.2x ", recv[i])
		//}
		//fmt.Println("")

	}

"具有0字节的数据"表示ICMP报文中没有数据字段，这和Windows里面32字节的数据的略有不同。

conn.Write方法执行之后也就发送了一条ICMP请求，同时进行计时和计次。

conn.SetReadDeadline可以在未收到数据的指定时间内停止Read等待，并返回错误err，然后判定请求超时。否则，收到回应后，计算来回所用时间，并放入一个list方便后续统计。

注释部分内容是我在探索返回数据时的代码，读者可以试试看Read到的数据是哪个数据包的？

统计工作将在循环结束时进行，这里使用了defer其实是希望按了Ctrl+C之后能return执行，但是控制台确实不给力，直接给杀掉了。。

	defer func() {
		fmt.Println("")
		//信息统计
		var min, max, sum int64
		if statistic.Len() == 0 {
			min, max, sum = 0, 0, 0
		} else {
			min, max, sum = statistic.Front().Value.(int64), statistic.Front().Value.(int64), int64(0)
		}

		for v := statistic.Front(); v != nil; v = v.Next() {

			val := v.Value.(int64)

			switch {
			case val < min:
				min = val
			case val > max:
				max = val
			}

			sum = sum + val
		}
		recved, losted := statistic.Len(), sended_packets-statistic.Len()
		fmt.Printf("%s 的 Ping 统计信息：\n  数据包：已发送 = %d，已接收 = %d，丢失 = %d (%.1f%% 丢失)，\n往返行程的估计时间(以毫秒为单位)：\n  最短 = %dms，最长 = %dms，平均 = %.0fms\n",
			raddr.String(),
			sended_packets, recved, losted, float32(losted)/float32(sended_packets)*100,
			min, max, float32(sum)/float32(recved),
		)
	}()

统计过程注意类型的转换和格式化就行了。

全部代码就这些，执行结果大概是这个样子的：

注意每次Ping后都没有"休息"，不像Windows或者Linux的会停顿几秒再Ping下一轮。

收尾

Golang实现整个Ping比我想象中的还要简单很多，静态编译速度是十分快速，相比C而言，你需要更多得了解底层，甚至要从链路层开始，你需要写更多更复杂的代码来完成相同的工作，但究其根本，C语言仍然是鼻祖，功不可没，很多原理和思想都要继承和发展，这一点Golang做的很好。


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