// ConsoleApplication3.cpp : 定義控制臺應(yīng)用程序的入口點。
//
//程序應(yīng)用:  ping命令是向目的主機發(fā)送ICMP報文,檢驗本地主機和遠程的目的主機是否連接
 
#include <winsock2.h>
#include <stdio.h>
#include "ping.h"
 
int main(void)
{
	CPing objPing;                 //CPing類與對象
 
	char *szDestIP = "127.0.0.1";  //字符IP地址  //127.0.0.1 這個Ping命令被送到本地計算機的IP軟件，該命令永不退出該計算機。localhost是個操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)保留名，是127.0.0.1的別名。//ping www.baidu.com——對這個域名執(zhí)行Ping命令，你的計算機必須先將域名轉(zhuǎn)換成IP地址，通常是通過DNS服務(wù)器。
	PingReply reply;	           //PingReply類與對象
 
	printf("Pinging %s with %d bytes of data:\n", szDestIP, DEF_PACKET_SIZE);	//ping 遠端IP地址，32字節(jié)的數(shù)據(jù)
	
	while (TRUE)
	{
		objPing.Ping(szDestIP, &reply);//遠端IP地址不為空(NULL)，就返回true表示需要響應(yīng)報文。遠端IP空時不需要響應(yīng)報文false。
		printf("Reply from %s: bytes=%d time=%ldms TTL=%ld\n", szDestIP, reply.m_dwBytes, reply.m_dwRoundTripTime, reply.m_dwTTL);  //字節(jié)數(shù)，時間，TTL生存時間
		Sleep(500);
	}
 
	return 0;
}

//1.IP頭結(jié)構(gòu)體：20字節(jié)
struct IPHeader
{
	BYTE m_byVerHLen;		//4位版本Version+4位首部長度IHL	1B
	BYTE m_byTOS;			//服務(wù)類型						1B=16b
	USHORT m_usTotalLen;	//總長度						2B=16b
	USHORT m_usID;			//標識							2B=16b
	USHORT m_usFlagFragOffset; //3位標志+13位片偏移=16位	2B=16b
	BYTE m_byTTL;			//TTL	生存時間    			1B=8b
	BYTE m_byProtocol;		//協(xié)議							1B=8b   為1時表示是ICMP報文
	USHORT m_usHChecksum;	//首部檢驗和					2B=16b
	ULONG m_ulSrcIP;		//源IP地址						4B=32b
	ULONG m_ulDestIP;		//目的IP地址					4B=32b
};

//ICMP報文由首部8B和數(shù)據(jù)段組成。
//首部為定長的8個字節(jié)，前4個字節(jié)是通用部分（類型1B/代碼1B/校驗和2B），后4個字節(jié)隨報文類型的不同有所差異。
 
//2.ICMP頭結(jié)構(gòu)體 （標準ICMP頭為8字節(jié)）
struct ICMPHeader
{
	BYTE m_byType;		 //類型   1B   type=8表示響應(yīng)請求報文，type=0表示響應(yīng)應(yīng)答報文。
	BYTE m_byCode;		 //代碼   1B   與type組合，表示具體的信息
	USHORT m_usChecksum; //檢驗和 2B   整個ICMP報文的檢驗和，包括Type、Code、...、Data。
	USHORT m_usID;		 //標識符 2B=16bits	用于標識本進程
	USHORT m_usSeq;		 //序列號 2B=16bits	用于判斷回顯應(yīng)答數(shù)據(jù)報。
	ULONG m_ulTimeStamp; //時間戳（非標準ICMP頭部）4B   //統(tǒng)計ping的往返時間的做法是，在ICMP報文的Data區(qū)域?qū)懭?個字節(jié)的時間戳。在收到應(yīng)答報文時，取出這個時間戳與當前的時間對比即可。
};

//3.ICMP回答報文結(jié)構(gòu)體
struct PingReply
{
	USHORT m_usSeq;         //ICMP包的序列號  2B
	DWORD m_dwRoundTripTime;//時間差		  4B  (word是2字節(jié))
	DWORD m_dwBytes;        //數(shù)據(jù)所占字節(jié)數(shù)  4B
	DWORD m_dwTTL;          //TTL生存時間     4B
};

//類
class CPing
{
//公共變量
public:
	CPing();  //構(gòu)造函數(shù)
	~CPing(); //析構(gòu)函數(shù)
 
	BOOL Ping(DWORD dwDestIP, PingReply *pPingReply = NULL, DWORD dwTimeout = 2000);
	BOOL Ping(char *szDestIP, PingReply *pPingReply = NULL, DWORD dwTimeout = 2000);
 
//私有變量
private:
	BOOL PingCore(DWORD dwDestIP, PingReply *pPingReply, DWORD dwTimeout);
	USHORT CalCheckSum(USHORT *pBuffer, int nSize);//計算檢驗和
	ULONG GetTickCountCalibrate();  //計算毫秒級別的時間差
 
private:
	SOCKET m_sockRaw;			//需要監(jiān)聽的socket
	WSAEVENT m_event;           //網(wǎng)絡(luò)事件對象
	USHORT m_usCurrentProcID;   //當前進程發(fā)出的報文
	char *m_szICMPData;			//ICMP(Internet Control Message Protocol,網(wǎng)際控制報文協(xié)議)
	BOOL m_bIsInitSucc;			//初始化成功
 
private:
	static USHORT s_usPacketSeq;  //序列號++（16位=2字節(jié)）
};

#include "ping.h"
#include <iostream>
 
USHORT CPing::s_usPacketSeq = 0;

//::表示類作用域。為避免不同的類有名稱相同的成員而采用作用域的方式進行區(qū)分。
CPing::CPing() :m_szICMPData(NULL), m_bIsInitSucc(FALSE)
{
	WSADATA WSAData;
	//WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &WSAData);
	if (WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &WSAData) != 0)
	{
		printf("WSAStartup() failed: %d\n", GetLastError());  /*如果初始化不成功則報錯，GetLastError()返回發(fā)生的錯誤信息*/
		return;
	}
 
	m_event = WSACreateEvent();  //創(chuàng)建一個網(wǎng)絡(luò)事件對象(HANDLE m_event)。   //返回一個手工重置的事件對象句柄 (HANDLE hEventObject)
	m_usCurrentProcID = (USHORT)GetCurrentProcessId();  //當前進程ID
 
	/*ICMP必須使用原始套接字進行設(shè)計,要手動設(shè)置IP的頭部和ICMP的頭部并行校驗*/
	m_sockRaw = WSASocket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP, NULL, 0, 0);  //創(chuàng)建一個監(jiān)聽的socket (SOCKET m_sockRaw)  //當IP報頭中的協(xié)議字段值為1時，就說明這是一個ICMP報文。
 
	if (m_sockRaw == INVALID_SOCKET) //無效套接字
	{
		std::cerr << "WSASocket() failed:" << WSAGetLastError() << std::endl;  //10013 以一種訪問權(quán)限不允許的方式做了一個訪問套接字的嘗試。
	}
	else  //是ICMP報文，令初始化成功，為ICMP數(shù)據(jù)分配內(nèi)存
	{
		WSAEventSelect(m_sockRaw, m_event, FD_READ);  //調(diào)用WSAEventSelect將監(jiān)聽的socket(m_sockRaw)與該事件(m_event)進行關(guān)聯(lián)。WSAEventSelect(套接字，網(wǎng)絡(luò)事件對象，需要關(guān)注的事件)
		m_bIsInitSucc = TRUE;
 
		m_szICMPData = (char*)malloc(DEF_PACKET_SIZE + sizeof(ICMPHeader));  //為ICMPData分配內(nèi)存
 
		//ping命令的工作原理是：向網(wǎng)絡(luò)上的另一個主機系統(tǒng)發(fā)送ICMP報文，如果指定系統(tǒng)得到了報文，它將把報文一模一樣地傳回給發(fā)送者
 
		if (m_szICMPData == NULL)
		{
			m_bIsInitSucc = FALSE;
		}
	}
}
 
 
CPing::~CPing()
{
	WSACleanup();
 
	if (NULL != m_szICMPData)
	{
		free(m_szICMPData);
		m_szICMPData = NULL;
	}
}

BOOL CPing::Ping(char *szDestIP, PingReply *pPingReply, DWORD dwTimeout)
{
	if (NULL != szDestIP)	//遠端IP非空
	{
		return PingCore(inet_addr(szDestIP), pPingReply, dwTimeout);  //項目 -> 屬性 -> C/C++ > SDL檢查：否。——修改VS配置，告訴它我就要用舊函數(shù)。inet_pton() or InetPton()
	}
	return FALSE;           //遠端IP為空，false
}

BOOL CPing::PingCore(DWORD dwDestIP, PingReply *pPingReply, DWORD dwTimeout)
{
	//判斷初始化是否成功
	if (!m_bIsInitSucc)
	{
		return FALSE;   //初始化沒成功
	}
 
	//配置套接字SOCKET
	sockaddr_in sockaddrDest;                    //sockaddr_in是internet環(huán)境下的套接字地址。定義在ws2def.h中的結(jié)構(gòu)體
	sockaddrDest.sin_family = AF_INET;           //地址族（Address Family）：網(wǎng)絡(luò)類型
	sockaddrDest.sin_addr.s_addr = dwDestIP;     //32位IP地址（4字節(jié)）
	int nSockaddrDestSize = sizeof(sockaddrDest);//大小
 
	//構(gòu)建ICMP包
	int nICMPDataSize = DEF_PACKET_SIZE + sizeof(ICMPHeader);  //ICMP包長度：32+ICMP頭
	ULONG ulSendTimestamp = GetTickCountCalibrate();    //發(fā)送時間戳（毫秒級）
	USHORT usSeq = ++s_usPacketSeq;						//2字節(jié)，++0
	memset(m_szICMPData, 0, nICMPDataSize);				//數(shù)據(jù)，長度。memset()初始化內(nèi)存：
	//memset(* Dst, int Val, size_t Size)：將指針變量Dst所指向的前Size字節(jié)的內(nèi)存單元用一個“整數(shù)”Val替換。
 
	//填補ICMP首部
	ICMPHeader *pICMPHeader = (ICMPHeader*)m_szICMPData;
	pICMPHeader->m_byType = ECHO_REQUEST;   //類型。Type：8，Code：0：表示回顯請求報文(ping請求)。   Type：0，Code：0：表示回顯回答報文(ping應(yīng)答)
	pICMPHeader->m_byCode = 0;              //代碼
	pICMPHeader->m_usID = m_usCurrentProcID;//標識符
	pICMPHeader->m_usSeq = usSeq;           //本報的序列號
	pICMPHeader->m_ulTimeStamp = ulSendTimestamp;//發(fā)送時間戳（非標準ICMP頭部）
	pICMPHeader->m_usChecksum = CalCheckSum((USHORT*)m_szICMPData, nICMPDataSize);//計算檢驗和    //TCP/IP協(xié)議棧使用的校驗算法：對16位的數(shù)據(jù)進行累加計算,并返回計算結(jié)果
	
	//————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
	//發(fā)送ICMP請求報文（ping請求）
	if (sendto(m_sockRaw, m_szICMPData, nICMPDataSize, 0, (struct sockaddr*)&sockaddrDest, nSockaddrDestSize) == SOCKET_ERROR)
	{
		return FALSE;  //套接字錯誤
	}
 
	//判斷是否需要接收響應(yīng)報文
	if (pPingReply == NULL)
	{
		return TRUE;
	}
 
	char recvbuf[256] = { "\0" };  //初始化
 
	while (TRUE)    //接收響應(yīng)報文
	{
		//等待網(wǎng)絡(luò)事件
		if (WSAWaitForMultipleEvents(1, &m_event, FALSE, 100, FALSE) != WSA_WAIT_TIMEOUT)  //等待事件(m_event)。
			//WSAWaitForMultipleEvents(事件對象數(shù)組里邊的個數(shù)為1,事件對象數(shù)組，等待類型為FALSE表示事件數(shù)組里至少有一個信號就返回，等待的超時時間為100，當系統(tǒng)的執(zhí)行隊列有I/O例程要執(zhí)行時不返回)
		{
			WSANETWORKEVENTS netEvent;
			WSAEnumNetworkEvents(m_sockRaw, m_event, &netEvent);   //m_event = WSACreateEvent();
			//事件發(fā)生時，調(diào)用WSAEnumNetworkEvents，檢測指定的socket上的網(wǎng)絡(luò)事件，并將關(guān)聯(lián)信息保存在netEvent中。
			//WSAEnumNetworkEvents(SOCKET s,WSAEVENT hEventObject,LPWSANETWORKEVENTS lpNetworkEvents)
			//當調(diào)用WSAEnumNetworkEvents函數(shù)成功后，它會將我們指定的socket和事件對象所關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)事件的信息保存到LPWSANETWORKEVENTS這個結(jié)構(gòu)體里去，根據(jù)這個結(jié)構(gòu)體我們就可以判斷是否是我們所關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)事件已經(jīng)發(fā)生了。
 
			//如果是FD_READ，讀的網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生了，那就調(diào)用recv函數(shù)進行操作。
			//若是FD_CLOSE，關(guān)閉的網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生了，就調(diào)用closesocket將socket關(guān)掉，在數(shù)組里將其置零等操作。
			if (netEvent.lNetworkEvents & FD_READ)  //有網(wǎng)絡(luò)事件，且可讀，那就recv收數(shù)啊
			{
				ULONG nRecvTimestamp = GetTickCountCalibrate();   //計算開始發(fā)送的時間
				int nPacketSize = recvfrom(m_sockRaw, recvbuf, 256, 0, (struct sockaddr*)&sockaddrDest, &nSockaddrDestSize);  //從遠端IP處收數(shù)。
				if (nPacketSize != SOCKET_ERROR)
				{
					//ICMP協(xié)議是IP層的一個協(xié)議，但是由于差錯報告在發(fā)送給報文源發(fā)方時可能也要經(jīng)過若干子網(wǎng)，因此牽涉到路由選擇等問題，所以ICMP報文需通過IP協(xié)議來發(fā)送。
					
					//ICMP數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)發(fā)送前需要兩級封裝：首先添加ICMP報頭形成ICMP報文，再添加IP報頭形成IP數(shù)據(jù)報。
					//拆解封裝：IP數(shù)據(jù)報去掉IP報頭，剩下ICMP報文，再去掉ICMP報頭，就是ICMP數(shù)據(jù)報了。
					IPHeader *pIPHeader = (IPHeader*)recvbuf;
					USHORT usIPHeaderLen = (USHORT)((pIPHeader->m_byVerHLen & 0x0f) * 4);     //（4位版本+4位首部長度）&0xf，然后乘4  //IP頭部20字節(jié)
					ICMPHeader *pICMPHeader = (ICMPHeader*)(recvbuf + usIPHeaderLen);
 
					if (pICMPHeader->m_usID == m_usCurrentProcID //是當前進程發(fā)出的報文
						&& pICMPHeader->m_byType == ECHO_REPLY   //是響應(yīng)報文類型(Type=0)
						&& pICMPHeader->m_usSeq == usSeq         //是本次請求報文的響應(yīng)報文
						)
					{
						pPingReply->m_usSeq = usSeq;   //ICMP包的序列號
						pPingReply->m_dwRoundTripTime = nRecvTimestamp - pICMPHeader->m_ulTimeStamp; //當應(yīng)答返回時，用當前時間減去存放在ICMP報文中的時間值，即是往返時間。
						pPingReply->m_dwBytes = nPacketSize - usIPHeaderLen - sizeof(ICMPHeader);//數(shù)據(jù)大小：整包數(shù)據(jù)-IP頭-ICMP頭
						pPingReply->m_dwTTL = pIPHeader->m_byTTL;  //TTL生存時間
						return TRUE;
					}
				}
			}
		}
		//超時
		if (GetTickCountCalibrate() - ulSendTimestamp >= dwTimeout)//時間戳（非標準ICMP頭部）
		{
			return FALSE;
		}
	}
}

//計算檢驗和    // TCP/IP協(xié)議棧使用的校驗算法是比較經(jīng)典的,對16位的數(shù)據(jù)進行累加計算,并返回計算結(jié)果
USHORT CPing::CalCheckSum(USHORT *pBuffer, int nSize)       //CalCheckSum((USHORT*)m_szICMPData, nICMPDataSize);
{
	unsigned long ulCheckSum = 0;   //4B=32b    //(1)將檢驗和字段置為0
 
	while (nSize > 1)
	{
		ulCheckSum += *pBuffer++;   //數(shù)值相加	//(2)把需校驗的數(shù)據(jù)看成以16位為單位的數(shù)字組成，依次進行求和，并存到32位的整型中
		nSize -= sizeof(USHORT);    //長度相減
	}
	if (nSize)
	{
		ulCheckSum += *(UCHAR*)pBuffer; 
	}
 
	ulCheckSum = (ulCheckSum >> 16) + (ulCheckSum & 0xffff);  //高位相加  //(3)把求和結(jié)果中的高16位(進位)加到低16位上，如果還有進位，重復(fù)
	ulCheckSum += (ulCheckSum >> 16);                         //將溢出位加入
 
	return (USHORT)(~ulCheckSum);    //返回值：取反                       //(4)將這個32位的整型按位取反，并強制轉(zhuǎn)換為16位整型(截斷)后返回
}
 
 
/*
附錄：如何計算檢驗和
ICMP中檢驗和的計算算法為：
1、將檢驗和字段置為0
2、把需校驗的數(shù)據(jù)看成以16位為單位的數(shù)字組成，依次進行二進制反碼求和
3、把得到的結(jié)果存入檢驗和字段中
所謂二進制反碼求和，就是：
1、將源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成反碼
2、0 + 0 = 0   0 + 1 = 1   1 + 1 = 0進1
3、若最高位相加后產(chǎn)生進位，則最后得到的結(jié)果要加1
在實際實現(xiàn)的過程中，比較常見的代碼寫法是：
1、將檢驗和字段置為0
2、把需校驗的數(shù)據(jù)看成以16位為單位的數(shù)字組成，依次進行求和，并存到32位的整型中
3、把求和結(jié)果中的高16位(進位)加到低16位上，如果還有進位，重復(fù)第3步[實際上，這一步最多會執(zhí)行2次]
4、將這個32位的整型按位取反，并強制轉(zhuǎn)換為16位整型(截斷)后返回
*/

//計算毫秒級別的時間差。返回值是unsigned long級別的
ULONG CPing::GetTickCountCalibrate()
{
	static ULONG s_ulFirstCallTick = 0;
	static LONGLONG s_ullFirstCallTickMS = 0;
 
	SYSTEMTIME systemtime;		//系統(tǒng)時間SYSTEMTIME與tm類似，不過多了一項wMilliseconds。
	FILETIME filetime;		    //文件時間FILETIME與time_t類似，是64位整型，不過FILETIME是以100納秒(ns)為單位。
	GetLocalTime(&systemtime);  //GetLocalTime獲得當前的本地時間，GetSystemTime函數(shù)獲得當前的UTC時間，兩個時間存在著時差。
	SystemTimeToFileTime(&systemtime, &filetime);//UTC的SYSTEMTIME時間 轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的 本地的FILETIME時間
	
	LARGE_INTEGER liCurrentTime;
	liCurrentTime.HighPart = filetime.dwHighDateTime;
	liCurrentTime.LowPart = filetime.dwLowDateTime;
	LONGLONG llCurrentTimeMS = liCurrentTime.QuadPart / 10000;
 
	if (s_ulFirstCallTick == 0)
	{
		s_ulFirstCallTick = GetTickCount();  //返回(retrieve)從操作系統(tǒng)啟動所經(jīng)過(elapsed)的毫秒數(shù)。用GetTickCount()計算毫秒級的時間差是不靠譜的！
	}
 
	if (s_ullFirstCallTickMS == 0)
	{
		s_ullFirstCallTickMS = llCurrentTimeMS;
	}
 
	return s_ulFirstCallTick + (ULONG)(llCurrentTimeMS - s_ullFirstCallTickMS);//   當前時間ms - 第一次回應(yīng)時間ms
}