babyos2（39） network(5) -- icmp echo request, reply, receive

前面为babyos2 实现了发送IP数据报，但只测试了同一个局域网内发送，而当目的IP跟发送发自己的IP不在同一局域网内时，babyos2会把IP数据报发往网关。而如何测试是否发送成功，首先想到的是ping。ping使用ICMP（Internet控制报文协议）。

ICMP经常被认为是 IP层的一个组成部分。它传递差错报文以及其他需要注意的信息。ICMP报文通常被 IP层或更高层协议( TCP或UDP)使用。一些 ICMP报文把差错报文返回给用户进程。

ICMP报文有多种类型，如请求回显，回显应答，目的不可达，源端被关闭，重定向，超时，地址掩码请求等。我们这里只关注请求回显和回显应答。

目前从用户态发起ping请求时机还不成熟（需要socket)，暂时让babyos2从内核态发送ICMP报文，当收到请求时发送reply，及接收reply等。

1. ICMP 回显请求和回显应答报文格式

class icmp_echo_hdr_t {
public:void init(uint8 type, uint8 code, uint16 check_sum, uint16 id, uint16 seq);public:uint8  m_type;uint8  m_code;uint16 m_check_sum;uint16 m_id;uint16 m_seq_no;
};

void icmp_echo_hdr_t::init(uint8 type, uint8 code, uint16 check_sum, uint16 id, uint16 seq)
{m_type      = type;m_code      = code;m_check_sum = check_sum;m_id        = id;m_seq_no    = seq;
}

2. ICMP echo request

bool icmp_t::echo_request(uint32 ip, uint16 id, uint16 seq, uint8* data, uint32 len)
{uint32 total = len + sizeof(icmp_echo_hdr_t);net_buf_t* buffer = os()->get_net()->alloc_net_buffer(total);if (buffer == NULL) {console()->kprintf(RED, "ICMP echo_request, alloc net buffer failed, total: %u\n", total);return false;}console()->kprintf(GREEN, "send an icmp echo request to ip: ");net_t::dump_ip_addr(ip);console()->kprintf(GREEN, " seq: %u\n", seq);icmp_echo_hdr_t hdr;hdr.init(ECHO_REQUEST,          /* type */0,                     /* code */ 0,                     /* check sum */net_t::htons(id),      /* id */net_t::htons(seq));    /* seq no */hdr.m_check_sum = net_t::check_sum((uint8 *) &hdr, sizeof(icmp_echo_hdr_t));buffer->m_data = (uint8 *) buffer + sizeof(net_buf_t);buffer->m_data_len = total;uint8* p = buffer->m_data;memcpy(p, &hdr, sizeof(icmp_echo_hdr_t));if (data != NULL && len != 0) {p += sizeof(icmp_echo_hdr_t);memcpy(p, data, len);}os()->get_net()->get_ip()->transmit(ip, buffer->m_data, total, ip_t::PROTO_ICMP);os()->get_net()->free_net_buffer(buffer);return true;
}

代码比较简单，初始化一个报文头，

ip表示向哪个地址发送ping请求；

id是为了当系统中有多个ping同时发起请求时，当收到回复时识别是回复的那个ping的请求，一般会传进程ID，这里我们暂时只从内核发出请求，所以传0；

seq表示序列号，一般是一个递增的数字，表示序列；

data表示发送的数据，暂时不发任何数据，len为0.

准备号头后，计算校验和，然后分配一个buffer用于存储信息，最后发出去。

2. ICMP echo receive

receive表示收到一个ICMP报文，我们首先判断它的类型，根据类型做处理

void icmp_t::receive(net_buf_t* buf, uint32 ip)
{uint8 type = *(uint8 *) buf->m_data;switch (type) {case ECHO_REQUEST:echo_request_receive(buf, ip);break;case ECHO_REPLY:echo_reply_receive(buf, ip);break;default:console()->kprintf(RED, "receive an icmp package, but not support the type %x now.\n", type);break;}
}

暂时只支持 ECHO_REQUEST跟ECHO_REPLY，分别表示收到一个ICMP echo请求跟答复。

void icmp_t::echo_request_receive(net_buf_t* buf, uint32 ip)
{icmp_echo_hdr_t* hdr = (icmp_echo_hdr_t *) buf->get_data();uint16 check_sum = net_t::check_sum(buf->get_data(), buf->get_data_len());if (check_sum != 0) {console()->kprintf(RED, "receive an icmp echo request, but checksum is error: %x.\n", check_sum);return;}console()->kprintf(GREEN, "receive an icmp echo request from ip: ");net_t::dump_ip_addr(ip);console()->kprintf(GREEN, " seq: %u\n", net_t::ntohs(hdr->m_seq_no));echo_reply(ip, net_t::ntohs(hdr->m_id), net_t::ntohs(hdr->m_seq_no), NULL, 0);
}void icmp_t::echo_reply_receive(net_buf_t* buf, uint32 ip)
{icmp_echo_hdr_t* hdr = (icmp_echo_hdr_t *) buf->get_data();uint16 check_sum = net_t::check_sum((uint8 *) hdr, sizeof(icmp_echo_hdr_t));if (check_sum != 0) {console()->kprintf(RED, "receive an icmp echo reply, but checksum is error: %x.\n", check_sum);return;}console()->kprintf(WHITE, "receive an icmp echo reply from ip: ");net_t::dump_ip_addr(ip);console()->kprintf(WHITE, " seq: %u\n", net_t::ntohs(hdr->m_seq_no));
}

当收到一个请求时，需要答复，当收到一个答复时只简单打印一些信息表示收到答复。

3.ICMP echo reply

bool icmp_t::echo_reply(uint32 ip, uint16 id, uint16 seq, uint8* data, uint32 len)
{uint32 total = len + sizeof(icmp_echo_hdr_t);net_buf_t* buffer = os()->get_net()->alloc_net_buffer(total);if (buffer == NULL) {console()->kprintf(RED, "ICMP echo_reply, alloc net buffer failed, total: %u\n", total);return false;}console()->kprintf(GREEN, "send an icmp echo reply to ip: ");net_t::dump_ip_addr(ip);console()->kprintf(GREEN, " seq: %u\n", seq);icmp_echo_hdr_t hdr;hdr.init(ECHO_REPLY,            /* type */0,                     /* code */ 0,                     /* check sum */net_t::htons(id),      /* id */net_t::htons(seq));    /* seq no */hdr.m_check_sum = net_t::check_sum((uint8 *) &hdr, sizeof(icmp_echo_hdr_t));buffer->m_data = (uint8 *) buffer + sizeof(net_buf_t);buffer->m_data_len = total;uint8* p = buffer->m_data;memcpy(p, &hdr, sizeof(icmp_echo_hdr_t));if (data != NULL && len != 0) {p += sizeof(icmp_echo_hdr_t);memcpy(p, data, len);}os()->get_net()->get_ip()->transmit(ip, buffer->m_data, total, ip_t::PROTO_ICMP);os()->get_net()->free_net_buffer(buffer);return true;
}

答复跟请求类似，代码比较简单，不做过多解释。

4.测试

上图是启动两个虚拟机，其中一个向另一个发送ICMP echo请求，可以发现104向105发送请求，105收到请求并作出答复，104收到答复。

这是wireshark抓包的结果。

下一步是测试ping baidu，因为babyos2暂时不支持DNS，所以先在linux上ping baid.com得到它的IP，再让babyos2向这个IP发送ICMP echo请求：

可以发现向111.13.101.208发送ICMP echo request，因为该IP不在同一局域网内，将数据包发送到了网关，IP 182.168.1.1，然后收到了来自111.13.101.208的ICMP echo reply。

从抓到的包来看，确实收到了来自baidu的回显答复。

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到目前为止babyos2具有了简单的往某个IP发送数据报的能力，此时实现socket IF_INET的时机已基本成熟，前面实现过通过socket进行进程间通信，通过网络与之相似但要复杂一些，特别是有连接的SOCK_STREAM 需要实现TCP。但无连接的SOCK_DGRAM 跟SOCK_RAW已经能够实现。

后面的计划：

1）socket SOCK_RAW, 测试方式是用户进程ping，通过SOCK_RAW发送ICMP echo请求

2）socket SOCK_DGRAM, 需要先支持UDP

3）socket SOCK_STREAM，需要支持TCP

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