利用Visual C#实现ICMP网络协议

　　ICMP就是所谓的Internet控制报文协议（Internet Control Message Protocol），在网络中，一般用它来传递差错报文以及其他应注意的信息。ICMP一般被认为是和IP协议同一层的协议，IMCP报文通常被IP层或者更高层的协议（如：TCP或者UDP）使用，ICMP对于互联网以及其他基于IP协议的网络的正常运行起着非常重要的作用。有许多重要的网络程序都是基于ICMP协议上的，最为著名如Ping和Tracert等。本文就来介绍用Visual C#实现基于ICMP协议重要的网络命令Ping的方法。

　　Ping命令是可以说是一个"跨平台"程序，这是因为Ping命令不仅存在Windows系统上，在Unix系统上也有Ping命令，其实对其他只要是支持网络的操作系统，一般也都存在该命令。Ping命令的主要作用是检测网络上主机的状态。要是在几年前，我们还可以下如此断言，如果不能Ping通某台主机，那么也就无法Telnet或者FTP到这台主机，但随着互联网的安全意识的增加，出现了访问控制清单的路由器和防火墙，由于ICMP报文是在IP数据包中被传输的，而到达一台主机不仅取决于IP层是否到达，还取决于使用何种协议和端口。譬如金山公司的金山网镖就可以禁止其他机器Ping通这台主机。所以在现在的情况下，即时Ping不通某台机器，但也有可能FTP登陆到这台机器，或者通过HTTP来浏览这台机器上的Web页面。

　　一．Ping命令简介

　　首先进入Windows系统中的命令提示符，输入"Ping/？"后，单击回车键，您就可以了解Ping命令的各种参数的使用方法。最为常见的使用方法是"Ping 远程计算机名称（或者远程计算机的IP地址）"，如果在Ping命令的返回字符中有"Reply from"，说明此主机在线，具体如图01：

　　图01：Ping通主机时的运行界面

　　如果返回字符中有"Request timeout"，一般情况此主机不在线，具体如图02：

　　图02：Ping不通主机时的运行界面

　　二．Ping命令、ICMP报文和IP数据包

　　Ping命令基于的是TCP/IP协议簇中的ICMP协议，在编写基于ICMP协议的网络应用程序时，应注意下面二点：

　　1. ICMP报文是封装在IP数据包中传输的。

　　了解这一点对后面编程非常重要，图03是IP数据包的组成结构图：

　　图03：IP数据包的组成结构图

　　习惯上把IP数据包划分为三个部分：

　　(1).IP数据包中的前二十个字节的数据，即图03中从到，这称为IP首部。

　　(2).选项，即图03中的部分。

　　(3).数据，即图03中的部分。

　　其中后面二个部分组成的就是ICMP报文。ICMP报文的具体组成结构如图04所示：

　　图04：ICMP报文组成结构图

　　2. ICMP协议没有固定的端口号。

　　ICMP协议和其他协议不同，其他协议基本都对应固定的端口号，如HTTP协议是通过80端口号来交换数据的。

　　了解上面的二点对后面在Visual C#实现Ping命令是非常有用的。因为在下面的在编写Visual C#实现Ping命令的程序中，程序中定义一个名称为"IcmpPacket"类，通过这个类来构造ICMP报文，而定义"IcmpPacket"类依据的就是图03所示的ICMP报文组成结构。同样由于ICMP协议没有对应固定的端口号，这就意味着，编写Visual C#实现Ping命令中可以随意选择端口号，本文选择的端口号是"30"。

　　由于ICMP协议是一个复杂的协议，而本文由于篇幅所限，对ICMP的很多细节，就不能一一介绍，如果你对ICMP协议感兴趣或对上面的介绍的仍然感觉有点模糊，那就请参阅探讨ICMP协议的相关书籍，它们一般介绍的都很详细。

　　三．简介Visual C#实现Ping命令使用的类：

　　Visual C#实现Ping命令中涉及到很多的类，其中最重要的是Socket类。这是因为程序中发送含有ICMP报文的IP数据包，接收含有ICMP超时或ICMP会显报文的IP数据包和设定IP数据包中的TTL数值都会使用到Socket类。表01和表02是Socket类中的常用属性和方法及其简要说明。

　　属性 说明AddressFamily 获取Socket的地址族。Available获取已经从网络接收且可供读取的数据量。Blocking获取或设置一个值，该值指示Socket是否处于阻塞模式。Connected 获取一个值，该值指示Socket是否已连接到远程资源。Handle 获取Socket的操作系统句柄。LocalEndPoint 获取本地终结点。ProtocolType获取Socket的协议类型。RemoteEndPoint 获取远程终结点。SocketType获取Socket的类型。　　　　　　　　　表01：Socket类的常用属性及其说明

　　方法说明Accept 创建新的Socket以处理传入的连接请求。BeginAccept开始一个异步请求，以创建新的Socket来接受传入的连接请求。BeginConnect开始对网络设备连接的异步请求。BeginReceive开始从连接的Socket中异步接收数据。BeginReceiveFrom 开始从指定网络设备中异步接收数据。BeginSend将数据异步发送到连接的BeginSendTo 向特定远程主机异步发送数据。Bind 使Socket与一个本地终结点相关联。Close强制Socket连接关闭。Connect建立到远程设备的连接。EndAccept结束异步请求以创建新的Socket来接受传入的连接请求。EndConnect结束挂起的异步连接请求。EndReceive结束挂起的异步读取。EndReceiveFrom结束挂起的、从特定终结点进行异步读取。EndSend 结束挂起的异步发送。EndSendTo结束挂起的、向指定位置进行的异步发送。GetSocketOption 返回Socket选项的值。IOControl为Socket设置低级别操作模式。Listen将Socket置于侦听状态。Poll 确定Socket的状态。Receive接收来自连接Socket的数据。ReceiveFrom 接收数据文报并存储源终结点。Select确定一个或多个套接字的状态。Send 将数据发送到连接的SendTo 将数据发送到特定终结点。SetSocketOption 设置Socket选项。Shutdown 禁用某Socket上的发送和接收。　　　　　　　表02：Socket类的常用方法及其说明

　　其中包含六组异步方法，它们是：

　　BeginAccept和EndAccept

　　BeginConnect和EndConnect

　　BeginReceive和EndReceive

　　BeginReceiveFrom和EndReceiveFrom"

　　BeginSend和EndSend

　　BeginSendTo"和"EndSendTo

　　其功能分别相当于"Accept"、"Connect"、"Receive"、"ReceiveFrom"、"Send"和"SendTo"方法。

　　四．Visual C#实现Ping命令的关键步骤及其解决方法

　　根据Ping命令的执行过程，可以把Ping命令分成三个主要的步骤：

　　1. 定义ICMP报文。

　　2. 客户机发送封装ICMP回显请求报文的IP数据包。

　　3. 客户机接收封装ICMP应答报文的IP数据包。

　　解决了上述三个步骤，Visual C#实现Ping命令就基本可以完成了。下面是这三个步骤的具体的解决方法。

　　1. 定义ICMP报文：

　　根据图05所示的ICMP报文组成结构，定义了一个类--IcmpPacket类。IcmpPacket类通过实例化就能够得到ICMP报文。下面代码是定义IcmpPacket类：

public class IcmpPacket{　private Byte _type ;　// 类型　private Byte _subCode ;　// 代码　private UInt16 _checkSum ;　// 校验和　private UInt16 _identifier ;　// 识别符　private UInt16 _sequenceNumber ;　// 序列号　private Byte [ ] _data ;　//选项数据　public IcmpPacket ( Byte type , Byte subCode , UInt16 checkSum , UInt16 identifier , UInt16 sequenceNumber , int dataSize )　{　　_type = type ;　　_subCode = subCode ;　　_checkSum = checkSum ;　　_identifier = identifier ;　　_sequenceNumber = sequenceNumber ;　　_data=new Byte [ dataSize ] ;　　//在数据中，写入指定的数据大小　　for ( int i = 0 ; i  dataSize ; i++ )　　{　　　//由于选项数据在此命令中并不重要，所以你可以改换任何你喜欢的字符　　　_data [ i ] = ( byte )'#' ;　　}　}　public UInt16 CheckSum　{　　get　　{　　　return _checkSum ;　　}　　set　　{　　　_checkSum=value ;　　}　}　//初始化ICMP报文　public int CountByte ( Byte [ ] buffer )　{　　Byte [ ] b_type = new Byte [ 1 ] { _type } ;　　Byte [ ] b_code = new Byte [ 1 ] { _subCode } ;　　Byte [ ] b_cksum = BitConverter.GetBytes ( _checkSum ) ;　　Byte [ ] b_id = BitConverter.GetBytes ( _identifier ) ;　　Byte [ ] b_seq = BitConverter.GetBytes ( _sequenceNumber ) ;　　int i = 0 ;　　Array.Copy ( b_type , 0 , buffer , i , b_type.Length ) ;　　i+= b_type.Length ;　　Array.Copy ( b_code , 0 , buffer , i , b_code.Length ) ;　　i+= b_code.Length ;　　Array.Copy ( b_cksum , 0 , buffer ,i , b_cksum.Length ) ;　　i+= b_cksum.Length ;　　Array.Copy ( b_id , 0 , buffer , i , b_id.Length ) ;　　i+= b_id.Length ;　　Array.Copy ( b_seq , 0 , buffer , i , b_seq.Length ) ;　　i += b_seq.Length ;　　Array.Copy ( _data , 0 , buffer , i , _data.Length ) ;　　i += _data.Length ;　　return i ;　}　//将整个ICMP报文信息和数据转化为Byte数据包　public static UInt16 SumOfCheck ( UInt16 [ ] buffer )　{　　int cksum = 0 ;　　for ( int i = 0 ; i  buffer.Length ; i++ )　　　cksum += ( int ) buffer [ i ] ;　　　cksum = ( cksum  16 ) + ( cksum & 0xffff ) ;　　　cksum += ( cksum  16 ) ;　　　return ( UInt16 ) ( ~cksum ) ;　}}

　　下列代码是利用IcmpPacket类来创建ICMP报文：

IcmpPacket packet = new IcmpPacket ( 0 , 0 , 0 , 45 , 0 , 4 ) ; 

　　此代码定义的ICMP报文中的数据段长度为4个字节，所以整个ICMP报文长度为12个字节（即：8＋4），而封装此ICMP报文的IP数据包长度就是32个字节（即：8+4+20）。在后面介绍的程序中，从客户端发送的ICMP会显请求报文的数据长度为4个字节，但从服务器介绍到的数据却是32个字节的原因。

　　2. 发送封装ICMP回显请求报文的IP数据包：

　　发送IP数据包首先要创建一个能够发送封装ICMP回显请求报文的IP数据包Socket实例，然后调用此Socket实例中的"SendTo"方法就可以了。下列代码是创建并初始化一个发送封装ICMP回显请求报文的IP数据包的Socket实例：

Socket socket = new Socket ( AddressFamily.InterNetwork , SocketType.Raw , ProtocolType.Icmp ) ;

　　创建初始化Socket实例有三个参数，下面是这些参数的说明：

　　第一个参数定义目前网络的寻址方案，目前还是IPV4，所有只有定义为"AddressFamily.InterNetwork"。

　　第二个参数定义Socket实例的类型，由于Socket的通讯协议是ICMP，所以选择枚举值"Raw Socket"。

　　第三个参数是定义Socket实例有效的协议类型，由于此Socket实例要传送的是ICMP报文，所以选定枚举值为"ProtocolType.Icmp"。

　　3．客户机接收封装ICMP应答报文的IP数据包：

　　接收服务器端返回的封装ICMP应答报文的IP数据包只需调用Socket实例中的"ReceiveFrom"方法就可以了，具体可参阅下面介绍的程序实现中的代码。

　　五．Visual C#实现Ping命令的设计、调试、运行的软件环境：

　　（1）.微软公司视窗2000服务器版

　　（2）.Visual Studio .Net正式版，.Net FrameWork SDK版本号3705

　　六．Visual C#实现Ping命令的实现步骤：

　　下面是Visual C#实现Ping命令的具体实现步骤：

　　1． 启动Visual Studio .Net。

　　2． 选择菜单||后，弹出对话框。

　　3． 将设置为。

　　4． 将设置为。

　　5． 在文本框中输入。

　　6． 在的文本框中输入，然后单击按钮，具体如图05所示：

　　图05：项目的对话框

　　7． 窗口中，双击Form1.cs文件，进入Form1.cs文件的编辑界面。

　　8． 在Form1.cs文件的开头的导入命名空间的代码区，添加下列代码，下列代码是导入下面程序中使用到的类所在的命名空间：

using System.Net ;using System.Net.Sockets ;

　　9． 把Visual Studio .Net的当前窗口切换到窗口，并从中的选项卡中拖入下列组件到设计窗体，并执行相应的操作：

　　一个TextBox组件，用来输入进行Ping操作的远程主机名称或IP地址。

　　一个ListBox组件，用以显示Ping操作结果。

　　一个Label组件。

　　一个Button组件，名称为button1，并在它拖入窗体后，双击它，则Visual Studio .Net会在Form1.cs文件中产生其Click事件对应的处理代码。

　　10. 把Visual Studio .Net的当前窗口切换到Form1.cs的代码编辑窗口，并用下列代码替换Form1.cs中的InitializeComponent过程对应的处理代码：

private void InitializeComponent ( ){this.textBox1 = new System.Windows.Forms.TextBox ( ) ;this.label1 = new System.Windows.Forms.Label ( ) ;this.listBox1 = new System.Windows.Forms.ListBox ( ) ;this.button1 = new System.Windows.Forms.Button ( ) ;this.SuspendLayout ( ) ;this.textBox1.Location = new System.Drawing.Point ( 116 , 14 ) ;this.textBox1.Name = "textBox1" ;this.textBox1.Size = new System.Drawing.Size ( 148 , 21 ) ;this.textBox1.TabIndex = 0 ;this.textBox1.Text = "" ;this.textBox1.TextChanged += new System.EventHandler ( this.textBox1_TextChanged ) ;this.label1.Location = new System.Drawing.Point ( 12 , 14 ) ;this.label1.Name = "label1" ;this.label1.TabIndex = 1 ;this.label1.Text = "请输入主机名：" ;this.listBox1.BackColor = System.Drawing.SystemColors.WindowText ;this.listBox1.ForeColor = System.Drawing.SystemColors.Window ;this.listBox1.ItemHeight = 12 ;this.listBox1.Location = new System.Drawing.Point ( 6 , 42 ) ;this.listBox1.Name = "listBox1" ;this.listBox1.Size = new System.Drawing.Size ( 400 , 280 ) ;this.listBox1.TabIndex = 2 ;this.button1.Location = new System.Drawing.Point ( 274 , 12 ) ;this.button1.Name = "button1" ;this.button1.TabIndex = 3 ;this.button1.Text = "Ping" ;this.button1.Click += new System.EventHandler ( this.button1_Click ) ;this.AutoScaleBaseSize = new System.Drawing.Size ( 6 , 14 ) ;this.ClientSize = new System.Drawing.Size ( 410 , 333 ) ;this.Controls.AddRange ( new System.Windows.Forms.Control[ ] {this.button1 ,this.listBox1 ,this.label1 ,this.textBox1 } ) ;this.MaximizeBox = false ;this.Name = "Form1" ;this.Text = "Visual C#实现Ping" ;this.ResumeLayout ( false ) ;}

　　至此项目的界面设计工作和功能实现的前期准备工作就完成了，设计后的界面如图06所示：

　　图06：项目的设计界面

　　11. 用下列代码替换Form1.cs文件中的button1组件的Click事件对应的处理代码，下列代码的作用是创建、发送ICMP报文，实现Ping命令：

Private Void Button1_click ( Object Sender , System.eventargs E ){　Listbox1.items.clear ( ) ;　String Hostclient = Textbox1.text ;　Int K ;　For ( K = 0 ; K  3 ; K++ )　{　　Socket Socket = New Socket ( Addressfamily.internetwork , Sockettype.raw , Protocoltype.icmp ) ;　　Iphostentry Hostinfo ;　　Try　　{　　　//解析主机ip入口　　　Hostinfo = Dns.gethostbyname ( Hostclient ) ;　　}　　Catch ( Exception )　　{　　　//解析主机名错误。　　　Listbox1.items.add ( "没有发现此主机！" ) ;　　　Return ;　　}　　// 取服务器端主机的30号端口　　Endpoint Hostpoint = ( Endpoint ) New Ipendpoint ( Hostinfo.addresslist[ 0 ] , 30 ) ;　　Iphostentry Clientinfo ;　　Clientinfo = Dns.gethostbyname ( Hostclient ) ;　　// 取客户机端主机的30端口　　Endpoint Clientpoint = ( Endpoint ) New Ipendpoint ( Clientinfo.addresslist[ 0 ] , 30 ) ;　　//设置icmp报文　　Int Datasize = 4 ; // Icmp数据包大小 ;　　Int Packetsize = Datasize + 8 ;//总报文长度　　Const Int Icmp_echo = 8 ;　　Icmppacket Packet = New Icmppacket ( Icmp_echo , 0 , 0 , 45 , 0 , Datasize ) ;　　Byte [ ] Buffer = New Byte [ Packetsize ] ;　　Int Index = Packet.countbyte ( Buffer ) ;　　//报文出错　　If ( Index != Packetsize )　　{　　　Listbox1.items.add ( "报文出现问题!" ) ;　　　Return ;　　}　　Int Cksum_buffer_length = ( Int ) Math.ceiling ( ( ( Double )index )/ 2 ) ;　　Uint16 [ ] Cksum_buffer = New Uint16 [ Cksum_buffer_length ] ;　　Int Icmp_header_buffer_index = 0 ;　　For ( Int I = 0 ; I  Cksum_buffer_length ; I++ )　　{　　　//将两个byte转化为一个uint16　　　Cksum_buffer[ I ] = Bitconverter.touint16 ( Buffer , Icmp_header_buffer_index ) ;　　　Icmp_header_buffer_index += 2 ;　　}　　//将校验和保存至报文里　　Packet.checksum = Icmppacket.sumofcheck ( Cksum_buffer ) ;　　// 保存校验和后，再次将报文转化为数据包　　Byte [ ] Senddata = New Byte [ Packetsize ] ;　　Index = Packet.countbyte ( Senddata ) ;　　//报文出错　　If ( Index != Packetsize )　　{　　　Listbox1.items.add ( "报文出现问题!" ) ;　　　Return ;　　}　　Int Nbytes = 0 ;　　//系统计时开始　　Int Starttime = Environment.tickcount ;　　//发送数据包　　If ( ( Nbytes = Socket.sendto ( Senddata , Packetsize , Socketflags.none , Hostpoint ) ) == -1 )　　{　　　Listbox1.items.add ( "无法传送报文！" ) ;　　}　　Byte [ ] Receivedata = New Byte[ 256 ] ; //接收数据　　Nbytes = 0 ;　　Int Timeout = 0 ;　　Int Timeconsume = 0 ;　　While ( True )　　{　　　Nbytes = Socket.receivefrom ( Receivedata , 256 , Socketflags.none , Ref Clientpoint ) ;　　　If ( Nbytes == -1 )　　　{　　　　Listbox1.items.add ( "主机没有响应！" ) ;　　　　Break ;　　　}　　　Else If ( Nbytes  0 )　　　{　　　　Timeconsume = System.environment.tickcount - Starttime ;　　　　//得到发送报文到接收报文之间花费的时间　　　　Listbox1.items.add ( "reply From " + Hostinfo.addresslist[ 0 ].tostring ( ) + " In "+ Timeconsume + "ms :bytes Received " + Nbytes ) ;　　　　Break ;　　　}　　　Timeconsume = Environment.tickcount - Starttime ;　　　If ( Timeout  1000 )　　　{　　　　Listbox1.items.add ( "time Out" ) ;　　　　Break ;　　　}　　}　　//关闭套接字　　Socket.close ( ) ;　}}

　　12. 在Form1.cs文件中的Main函数之后，添加下列代码，下列代码是在Form1.cs中定义IcmpPacket类，程序是通过此类来构造ICMP报文：