【Shell 命令集合 网络通讯 】⭐⭐⭐Linux 测试与目标主机之间的网络连接ping 命令 使用指南

Shell 命令专栏：Linux Shell 命令全解析

描述

在Linux中，ping命令用于测试与目标主机之间的网络连接。它发送一个ICMP回显请求（ping请求）到目标主机，并等待接收一个ICMP回显回复（ping回复）。通过发送ping请求和接收ping回复，ping命令可以确定目标主机是否可达、网络连接是否正常以及网络延迟。

当我们使用ping命令时，它会向目标主机发送一个ICMP Echo Request消息，并等待主机的ICMP Echo Reply消息。通过计算发送请求和接收回复之间的时间差，ping命令可以测量往返时间（Round-Trip Time，RTT），从而估计网络延迟。

除了测量网络延迟，ping命令还可以检测目标主机的可达性。如果目标主机无法接收到ping请求或无法发送ping回复，那么ping命令将显示一条错误消息，表明目标主机不可达或存在网络连接问题。

通过连续发送ping请求，ping命令还可以提供关于网络连接的统计信息。它可以显示每个ping请求的往返时间、丢包率（即无法接收到回复的请求的百分比）以及最小、最大和平均往返时间。

总结来说，ping命令在Linux中的作用是：

• 测试与目标主机之间的网络连接是否正常。
• 测量网络延迟（往返时间）。
• 检测目标主机的可达性。
• 提供关于网络连接的统计信息。

语法格式

ping [options] destination

参数说明

• -c count：指定发送ping请求的次数。
• -s packetsize：指定每个ping请求的数据包大小。
• -i interval：指定发送ping请求之间的时间间隔。
• -t timeout：指定等待ping回复的超时时间。
• -q：以静默模式运行，只显示总结信息。
• -A：显示每个ping请求的详细信息，包括IP地址、TTL、往返时间等。
• -R：启用记录路由选项，显示每个ping请求经过的路由节点的IP地址。

错误情况

• 如果目标主机不可达或网络连接有问题，ping命令将显示"Destination Host Unreachable"（目标主机不可达）或"Network is unreachable"（网络不可达）的错误消息。
• 如果ping请求超时，即无法在指定的超时时间内接收到ping回复，ping命令将显示"Request timeout"（请求超时）的错误消息。
• 如果ping请求被目标主机或网络设备阻止，ping命令将显示"Destination Port Unreachable"（目标端口不可达）或"Request timed out"（请求超时）的错误消息。

请注意，错误消息可能因操作系统或网络设备的不同而有所差异。

注意事项

在使用Linux shell中的ping命令时，有一些注意事项需要注意：

1. 需要特定的权限：默认情况下，ping命令需要root或具有特定权限的用户才能执行。如果当前用户没有足够的权限，可以使用sudo命令来获取root权限。
   
2. 防火墙和网络策略：在某些情况下，防火墙或网络策略可能会阻止ping命令的执行或回复。确保目标主机允许接收ping请求，并且网络中的防火墙或策略不会阻止ping请求的传输。
   
3. 目标主机可达性：在执行ping命令之前，请确保目标主机处于可达状态，即目标主机正常运行且与本地主机在同一网络中。如果目标主机不可达，ping命令将无法发送请求或接收回复。
   
4. 超时时间设置：通过使用ping命令的-t参数可以设置等待ping回复的超时时间。根据网络环境的不同，可以适当调整超时时间，以确保在合理的时间范围内得到回复。
   
5. 数据包大小：使用ping命令的-s参数可以设置每个ping请求的数据包大小。请注意，过大的数据包可能会导致网络拥塞或被防火墙阻止。确保数据包大小适合当前网络环境。
   
6. 网络延迟和丢包率：ping命令提供了有关网络延迟和丢包率的统计信息。通过观察平均往返时间和丢包率，可以评估网络连接的质量和稳定性。
   
7. 注意使用连续模式：使用ping命令的-t参数可以启用连续模式，即持续发送ping请求。在使用连续模式时，请确保在需要时手动中断命令，以避免无限期地发送ping请求。
   
8. 不要滥用ping命令：由于ping命令会产生网络流量，滥用ping命令可能会对网络性能产生负面影响。请谨慎使用ping命令，避免过度使用或在不必要的情况下频繁执行。
   

总之，在使用Linux shell中的ping命令时，需要注意权限、网络可达性、防火墙和策略、超时时间、数据包大小等因素，以确保正确使用ping命令并获取准确的网络连接信息。

底层实现

Linux shell中的ping命令底层是通过使用套接字（socket）和Internet控制消息协议（ICMP）来实现的。

具体实现步骤如下：

1. 创建一个原始套接字：ping命令首先创建一个原始套接字，这样它就可以直接访问网络层，而不是通过传输层协议（如TCP或UDP）。
   
2. 构建ICMP Echo Request消息：ping命令构建一个ICMP Echo Request消息，该消息包含一个唯一的标识符和序列号，以便将请求与回复进行匹配。
   
3. 计算校验和：在发送ICMP Echo Request消息之前，ping命令需要计算校验和。校验和是一个简单的算法，用于检测数据在传输过程中是否被修改。
   
4. 发送ICMP Echo Request消息：ping命令使用原始套接字发送构建的ICMP Echo Request消息到目标主机。它将目标主机的IP地址作为目标地址，并设置IP头部的TTL（生存时间）字段。
   
5. 接收ICMP Echo Reply消息：一旦目标主机接收到ICMP Echo Request消息，它将发送一个ICMP Echo Reply消息作为回复。ping命令使用原始套接字接收这个回复，并提取其中的信息。
   
6. 解析ICMP Echo Reply消息：ping命令解析接收到的ICMP Echo Reply消息，提取其中的往返时间和其他相关信息。
   
7. 显示结果：ping命令将解析的结果显示在终端上，包括往返时间、丢包率以及其他统计信息。
   

需要注意的是，ping命令在底层使用了原始套接字，这需要一定的权限，并且在某些系统中可能需要特定的配置。此外，底层实现可能会因操作系统和网络设备的不同而有所差异。

示例

示例一

ping -c 5 www.google.com

该命令将向www.google.com发送5个ping请求，并等待接收5个ping回复。然后，它将显示每个ping请求的往返时间、丢包率以及最小、最大和平均往返时间。

示例二

ping -s 1000 192.168.0.1

该命令将向IP地址为192.168.0.1的主机发送ping请求，其中-p参数指定了每个ping请求的数据包大小为1000字节。

示例三

ping -i 2 10.0.0.1

该命令将向IP地址为10.0.0.1的主机发送ping请求，并设置每个ping请求之间的时间间隔为2秒。

示例四

ping -t 10 www.example.com

该命令将连续向www.example.com发送ping请求，直到手动中断（Ctrl+C）。它将显示每个ping请求的往返时间、丢包率以及最小、最大和平均往返时间。

示例五

ping -q -c 3 192.168.1.1

该命令将向IP地址为192.168.1.1的主机发送3个ping请求，并以静默模式运行，只显示总结信息而不显示每个ping请求的详细信息。

示例六

ping -A 8.8.8.8

该命令将向IP地址为8.8.8.8的主机发送ping请求，并显示每个ping请求的详细信息，包括IP地址、TTL（生存时间）、往返时间等。

示例七

ping -R 172.16.0.1

该命令将向IP地址为172.16.0.1的主机发送ping请求，并启用记录路由选项。它将显示每个ping请求经过的路由节点的IP地址。

用c语言实现

以下是一个使用C语言实现ping命令的示例代码，包含了详细的注释说明：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ip_icmp.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/time.h>
#define PACKET_SIZE 64
#define MAX_WAIT_TIME 5
// ICMP报文结构
struct icmp_packet {
    struct icmphdr header;
    char data[PACKET_SIZE - sizeof(struct icmphdr)];
};
// 计算校验和
unsigned short calc_checksum(unsigned short *addr, int len) {
    unsigned int sum = 0;
    unsigned short answer = 0;
    unsigned short *w = addr;
    int nleft = len;
    // 将16位的数据累加起来
    while (nleft > 1) {
        sum += *w++;
        nleft -= 2;
    }
    // 如果数据长度为奇数，将最后一个字节的值也加到sum中
    if (nleft == 1) {
        *(unsigned char *)(&answer) = *(unsigned char *)w;
        sum += answer;
    }
    // 将高16位与低16位相加
    sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff);
    sum += (sum >> 16);
    answer = ~sum;
    return answer;
}
// 发送ICMP Echo Request报文
void send_ping(int sockfd, struct sockaddr_in *dest_addr, int seq) {
    struct icmp_packet packet;
    struct timeval tv;
    gettimeofday(&tv, NULL);
    // 设置ICMP报文头部
    packet.header.type = ICMP_ECHO;
    packet.header.code = 0;
    packet.header.un.echo.id = getpid();
    packet.header.un.echo.sequence = seq;
    packet.header.checksum = 0;
    packet.header.checksum = calc_checksum((unsigned short *)&packet, sizeof(packet));
    // 发送ICMP Echo Request报文
    if (sendto(sockfd, &packet, sizeof(packet), 0, (struct sockaddr *)dest_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {
        perror("sendto");
        exit(1);
    }
}
// 接收ICMP Echo Reply报文
int receive_ping(int sockfd, struct sockaddr_in *src_addr, int seq, struct timeval *tv_sent) {
    struct icmp_packet packet;
    struct sockaddr_in from;
    socklen_t fromlen = sizeof(from);
    struct timeval tv_recv;
    int ret;
    // 接收ICMP Echo Reply报文
    if ((ret = recvfrom(sockfd, &packet, sizeof(packet), 0, (struct sockaddr *)&from, &fromlen)) == -1) {
        perror("recvfrom");
        exit(1);
    }
    // 获取接收时间
    gettimeofday(&tv_recv, NULL);
    // 检查接收到的报文是否是ICMP Echo Reply报文
    if (packet.header.type == ICMP_ECHOREPLY && packet.header.un.echo.id == getpid() && packet.header.un.echo.sequence == seq) {
        // 计算往返时间
        double rtt = (tv_recv.tv_sec - tv_sent->tv_sec) * 1000 + (tv_recv.tv_usec - tv_sent->tv_usec) / 1000.0;
        // 打印结果
        printf("Reply from %s: icmp_seq=%d ttl=%d time=%.2fms\n", inet_ntoa(from.sin_addr), seq, packet.header.un.echo.id, rtt);
        return 1;
    }
    return 0;
}
int main(int argc, char *argv[]) {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in dest_addr;
    struct hostent *host;
    int seq = 1;
    if (argc != 2) {
        printf("Usage: %s <hostname/IP>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
    // 创建原始套接字
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP)) == -1) {
        perror("socket");
        exit(1);
    }
    // 获取目标主机IP地址
    if ((host = gethostbyname(argv[1])) == NULL) {
        perror("gethostbyname");
        exit(1);
    }
    memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));
    dest_addr.sin_family = AF_INET;
    dest_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr);
    // 发送ICMP Echo Request报文并接收ICMP Echo Reply报文
    while (1) {
        struct timeval tv_sent;
        send_ping(sockfd, &dest_addr, seq);
        gettimeofday(&tv_sent, NULL);
        if (receive_ping(sockfd, &dest_addr, seq, &tv_sent)) {
            // 接收到ICMP Echo Reply报文，继续发送下一个ICMP Echo Request报文
            seq++;
        }
        // 等待一段时间，继续发送下一个ICMP Echo Request报文
        sleep(1);
    }
    close(sockfd);
    return 0;
}

这个示例代码使用了原始套接字来发送和接收ICMP Echo Request和Echo Reply报文，实现了基本的ping功能。它使用了ICMP报文结构、计算校验和、发送和接收函数等来实现ping命令的功能。请注意，使用原始套接字需要root权限或特定的权限，因此需要以root用户或具有特定权限的用户运行该程序。

结语

在我们的探索过程中，我们已经深入了解了Shell命令的强大功能和广泛应用。然而，学习这些技术只是开始。真正的力量来自于你如何将它们融入到你的日常工作中，以提高效率和生产力。

心理学告诉我们，学习是一个持续且积极参与的过程。所以，我鼓励你不仅要阅读和理解这些命令，还要动手实践它们。尝试创建自己的命令，逐步掌握Shell编程，使其成为你日常工作的一部分。

同时，请记住分享是学习过程中非常重要的一环。如果你发现本博客对你有帮助，请不吝点赞并留下评论。分享你自己在使用Shell命令时遇到的问题或者有趣的经验，可以帮助更多人从中学习。

此外，我也欢迎你收藏本博客，并随时回来查阅。因为复习和反复实践也是巩固知识、提高技能的关键。

最后，请记住：每个人都可以通过持续学习和实践成为Shell编程专家。我期待看到你在这个旅途中取得更大进步！