C 語言實現 Ping 程序：ICMP 協議與原始套接字詳解

Ping 原理

發送 ICMP Echo Request（類型 8），目標回應 Echo Reply（類型 0）。測量往返時間（RTT）、TTL、序列號。屬於網絡層協議，無端口概念，使用原始套接字（`SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP`）。

關鍵結構

• IP 頭部：版本、首部長度、服務類型、總長度、標識、標誌/片偏移、TTL、協議（ICMP=1）、首部檢驗和、源/目的 IP。
• ICMP 頭部：類型、代碼、檢驗和、標識符、序列號、可選數據（時間戳）。

實現步驟

1. 創建原始套接字 `socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP)`（需 root 權限）。
2. 構造 ICMP 報文：填充類型=8、代碼=0、標識符=PID、序列號遞增、數據填充時間戳，計算校驗和。
3. `sendto` 發送至目標 IP。
4. `select`/`recvfrom` 接收回應，超時處理。
5. 解析回應：驗證類型=0、標識符匹配、序列號匹配，計算 RTT = 當前時間 - 發送時間戳。
6. 統計發送/接收/丟包率、min/avg/max/mdev RTT。

校驗和計算

unsigned short checksum(void *b, int len) {
    unsigned short *buf = b;
    unsigned int sum = 0;
    for (; len > 1; len -= 2) sum += *buf++;
    if (len == 1) sum += *(unsigned char*)buf;
    sum = (sum >> 16) + (sum & 0xFFFF);
    sum += (sum >> 16);
    return ~sum;
}

難點與注意

• 原始套接字需管理員權限（Linux `CAP_NET_RAW` 或 root）。
• ICMP 類型/代碼、IP 頭部長度變化（選項）需正確解析。
• 多線程/異步可並發 Ping 多目標。

總結

手寫 Ping 是理解網絡協議、原始套接字、校驗和、時間測量的絕佳實踐，代碼約 200 行即可實現核心功能，適合網絡編程教學與面試準備。