ping命令第1版主流程的源码分析

我们知道，ping 命令是通过 ICMP（Internet Control Message Protocol，互联网控制消息协议）来检测网络连通性和延迟的。执行 ping 命令的主机（源主机）会向目标主机发送 ICMP Echo Request 报文，目标主机收到该报文后，应响应 ICMP Echo Reply 报文。

如果源主机能够收到目标主机返回的 ICMP Echo Reply 报文，就说明目标主机可达。再根据当前时间戳与发送时间戳（存储在 ICMP 报文中）之间的差值，即可统计出网络延迟。

下面来梳理一下 ping 第 1 版的主流程，看看 ICMP 报文的收发是如何实现的。

main(argc, char *argv[]) {
    // ①
    struct protoent *proto;
    proto = getprotobyname("icmp");
    s = socket(AF_INET, SOCK_RAW, proto->p_proto);

    // ②
    signal( SIGINT, finish );
    signal(SIGALRM, catcher);

    // ③
    catcher();    /* start things going */

    for (;;) {
        // ④
        int cc;
        cc=recvfrom(s, packet, ...);

        // ⑤
        pr_pack( packet, cc, ... );

        // ⑥
        if (npackets && nreceived >= npackets)
            finish();
    }
}

首先，创建 1 个 ICMP 协议的原始套接字（raw socket）s①。虽然使用普通套接字（也称为 面向传输层的套接字）更方便，操作系统的内核会自动处理数据包的封装与解析，我们完全不用关注 TCP/UDP、IP 等底层协议的格式，但同时也失去了修改网络各层数据包的头部和内容的机会。因此，必须使用原始套接字来收发 ICMP 报文。

接下来，分别注册了用于处理信号 SIGINT 和 SIGALRM 的函数②。当用户按下 Ctrl + C 时，信号 SIGINT 会触发 finish() 函数执行。该函数会输出如下汇总信息：

--- www.example.com PING statistics ---
5 packets transmitted, 5 packets received, 0.0% packet loss
round-trip min/avg/max/stddev = 9.674/10.968/11.726/0.748 ms

若未指定要发送的 ICMP 报文数量 npackets，ping 命令会不断发送 ICMP 报文，直到用户按下 Ctrl + C 才会执行 finish() 函数并退出。若指定了 npackets，则当收到的 ICMP 报文数量 nreceived 大于（须考虑没有收到响应的情况）等于 npackets 时，则调用 finish() 函数并退出⑥。

而对于 SIGALRM 信号，只要定时器一到期（超时），该信号就会发出，并触发 catcher() 函数的执行。

catcher() 函数③用于定时发送 ICMP Echo Request 报文。每发送完一个报文，再随即通过 alarm(1) 设定定时器在 1 秒后产生 SIGALRM 信号，进而使 catcher() 函数自身在 1 秒后再被调用，以继续发送下一个数据包，如此往复。

由于目标主机在收到 ICMP Echo Request 报文后，会向源主机返回 ICMP Echo Reply 报文，所以④这里要通过 recvfrom() 接收。接收到的报文存储在 packet 中，通过 pr_pack() ⑤函数格式化为如下字符串：

64 bytes from 93.184.216.34: icmp_seq=0 time=11.632 ms

以上就是 ping 命令的主流程。

另外，乍看之下，catcher() 函数和 recvfrom() 函数一发一收，要想实现反复不断收发似乎都应该写到死循环 for (;;) { 中。但 catcher() 是通过定时器 SIGALRM 信号驱动的，每隔 1 秒执行 1 次，所以可以写到死循环之外，这也就有点多线程或协程 go catcher(); 的风格了。