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VC++ 實作 Ping 功能：使用 Raw Socket 發送 ICMP 回應請求

編輯：C++ 入門

前言

在網路程式設計中，Ping 是最基礎的連線測試工具。本文將詳細介紹如何在 VC++ 環境下，使用 Raw Socket 實作完整的 Ping 功能，包括 ICMP 封包的建構、檢查碼計算、發送與接收邏輯，以及超時處理機制。

核心架構設計

我們封裝一個 CPing 類別，主要包含以下核心方法：

Ping(LPCSTR pstrHost, UINT nRetries)：主流程，建立 Raw Socket、解析主機位址、循環發送/接收 ICMP 封包
SendEchoRequest(SOCKET, LPSOCKADDR_IN)：建構並發送 ICMP Echo Request 封包
RecvEchoReply(SOCKET, LPSOCKADDR_IN, u_char*)：接收並解析 ICMP Echo Reply 封包
WaitForEchoReply(SOCKET)：使用 select 實作非阻塞等待機制
in_cksum(u_short*, int)：計算 ICMP 標頭檢查碼（RFC 1071 演算法）
Result(int*, float*, u_char*)：取得統計結果（平均延遲、丟包率、TTL）

關鍵資料結構定義

// IP 標頭 (RFC 791)
typedef struct tagIPHDR {
    u_char VIHL;         // 版本 + 標頭長度
    u_char TOS;          // 服務類型
    short TotLen;        // 總長度
    short ID;            // 識別碼
    short FlagOff;       // 旗標 + 片段偏移
    u_char TTL;          // 存活時間
    u_char Protocol;     // 協定 (ICMP=1)
    u_short Checksum;    // 標頭檢查碼
    struct in_addr iaSrc; // 來源 IP
    struct in_addr iaDst; // 目的 IP
} IPHDR, *PIPHDR;

// ICMP 標頭 (RFC 792)
typedef struct tagICMPHDR {
    u_char Type;      // 類型 (8=Echo Request, 0=Echo Reply)
    u_char Code;      // 代碼
    u_short Checksum; // 檢查碼
    u_short ID;       // 識別碼
    u_short Seq;      // 序號
    char Data;        // 資料起始
} ICMPHDR, *PICMPHDR;

// 完整 Echo Request 封包
typedef struct tagECHOREQUEST {
    ICMPHDR icmpHdr;
    DWORD dwTime;           // 發送時間戳
    char cData[REQ_DATASIZE]; // 32 字節測試資料
} ECHOREQUEST, *PECHOREQUEST;

// Echo Reply 封包 (含 IP 標頭)
typedef struct tagECHOREPLY {
    IPHDR ipHdr;
    ECHOREQUEST echoRequest;
    char cFiller[256];
} ECHOREPLY, *PECHOREPLY;

檢查碼計算演算法

ICMP 封包必須包含正確的檢查碼，否則會被接收端丟棄。我們採用標準的 Internet 檢查碼演算法：

u_short CPing::in_cksum(u_short *addr, int len) {
    register int nleft = len;
    register u_short *w = addr;
    register int sum = 0;

    // 以 16 位元為單位累加
    while (nleft > 1) {
        sum += *w++;
        nleft -= 2;
    }

    // 處理奇數位元組
    if (nleft == 1) {
        u_short u = 0;
        *(u_char*)(&u) = *(u_char*)w;
        sum += u;
    }

    // 將進位捲回加總
    sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff);
    sum += (sum >> 16);

    // 取反碼
    return (u_short)~sum;
}

主流程實作細節

建立 Raw Socket：socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP) 需要管理員權限
設定超時：使用 setsockopt 設定 SO_SNDTIMEO 和 SO_RCVTIMEO 為 1 秒
解析主機名：gethostbyname 取得 IP 位址
循環發送/接收：預設 4 次，每次發送後以 select 等待回應
統計計算：記錄往返時間、TTL、計算丟包率

測試程式範例

int main(int argc, char *argv[]) {
    // 初始化 Winsock
    WSADATA wsaData;
    WSAStartup(MAKEWORD(1,1), &wsaData);

    CPing ping;
    bool result = (argc == 2) ? ping.Ping(argv[1]) : ping.Ping("www.baidu.com");

    cout << "result : " << result << endl;
    if (result) {
        int time; u_char ttl; float miss;
        ping.Result(&time, &miss, &ttl);
        cout << "time : " << time << "ms TTL : " << (int)ttl 
             << " miss : " << miss*100 << "%" << endl;
    }
    return 0;
}