使用 Python 代码实现 ICMP Timestamp 请求和回应

前言

ICMP（Internet Control Message Protocol）是在IP网络上传输控制消息的协议。其中，ICMP Timestamp请求和回应是ICMP协议中的一种消息类型，用于获取和同步网络设备的时间戳信息。

ICMP Timestamp请求和回应的工作原理如下：

1. 发送方（通常是客户端）发送ICMP Timestamp请求消息到目标设备（通常是服务器）。

2. 目标设备接收到请求消息后，会根据自己的时间戳信息生成一个ICMP Timestamp回应消息，并将其发送回发送方。

3. 发送方收到回应消息后，可以通过比较发送和接收的时间戳信息来计算网络延迟和时钟差等相关信息。

ICMP Timestamp请求和回应主要用于网络诊断和性能测量。通过比较发送和接收的时间戳信息，可以计算出网络延迟，即消息从发送方到目标设备的往返时间。这对于评估网络的响应速度和性能非常有用。

此外，ICMP Timestamp请求和回应还可以用于检测网络中的时钟偏差。通过比较发送方和目标设备的时间戳信息，可以计算出两者之间的时钟差，从而进行时钟同步。

需要注意的是，由于ICMP协议是基于IP协议的，因此ICMP消息可能会受到网络中的防火墙或其他安全设备的过滤或限制。在实际应用中，使用ICMP Timestamp请求和回应需要注意相关安全性和隐私问题，并遵循网络管理和安全最佳实践。

具体代码如下： 

import socket
import struct
import time


# 构建ICMP Timestamp请求数据包
def build_icmp_request():
    # IP头部
    header = b'\x08\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00'

    # ICMP头部
    icmp_type = 13  # ICMP Timestamp请求类型
    icmp_code = 0
    icmp_checksum = 0
    icmp_id = 12345
    icmp_seq = 1

    # 时间戳数据
    timestamp = int(time.time())
    # 使用struct.pack()函数将icmp_id、icmp_seq和timestamp打包成二进制数据
    # !HHd表示使用网络字节序进行打包，H表示一个无符号短整数（2字节），d表示一个双精度浮点数（8字节）
    icmp_data = struct.pack('!HHd', icmp_id, icmp_seq, timestamp)

    # 计算ICMP校验和
    # 使用struct.pack()函数将icmp_type、icmp_code、icmp_checksum、icmp_id、icmp_seq和timestamp + 1打包成二进制数据
    # !BBHHHd表示使用网络字节序进行打包，B表示一个无符号字节（1字节），H表示一个无符号短整数（2字节），d表示一个双精度浮点数（8字节）
    icmp_checksum = calculate_checksum(
        struct.pack('!BBHHHd', icmp_type, icmp_code, icmp_checksum, icmp_id, icmp_seq, timestamp + 1))

    # 构建ICMP Timestamp请求数据包
    icmp_request = struct.pack('!BBHHHd', icmp_type, icmp_code, icmp_checksum, icmp_id, icmp_seq, timestamp) + icmp_data

    return header + icmp_request


# 计算校验和

# 1. `checksum = 0`：初始化变量`checksum`为0，用于计算校验和。
# 
# 2. `countTo = (len(data) // 2) * 2`：计算需要进行校验和计算的数据的长度，将其除以2取整并乘以2，以确保数据长度为偶数。
# 
# 3. `for count in range(0, countTo, 2):`：使用循环遍历数据，每次迭代处理两个字节的数据。
# 
# 4. `thisVal = data[count + 1] * 256 + data[count]`：将两个字节的数据合并为一个16位的整数，其中高位字节乘以256后与低位字节相加。
# 
# 5. `checksum = checksum + thisVal`：将计算得到的整数与之前的校验和相加。
# 
# 6. `checksum = checksum & 0xffffffff`：将校验和限制在32位范围内。
# 
# 7. `if countTo < len(data):`：检查数据长度是否为奇数。
# 
# 8. `checksum = checksum + data[len(data) - 1]`：如果数据长度为奇数，将最后一个字节与校验和相加。
# 
# 9. `checksum = checksum & 0xffffffff`：将校验和限制在32位范围内。
# 
# 10. `checksum = (checksum >> 16) + (checksum & 0xffff)`：将校验和的高16位和低16位相加。
# 
# 11. `checksum = checksum + (checksum >> 16)`：将结果的高16位与低16位再相加。
# 
# 12. `answer = ~checksum`：将校验和取反。
# 
# 13. `answer = answer & 0xffff`：将校验和限制在16位范围内。
# 
# 14. `answer = answer >> 8 | (answer << 8 & 0xff00)`：将校验和的字节顺序进行反转。
# 
# 15. `return answer`：返回计算得到的校验和。

def calculate_checksum(data):
    checksum = 0
    countTo = (len(data) // 2) * 2

    for count in range(0, countTo, 2):
        thisVal = data[count + 1] * 256 + data[count]
        checksum = checksum + thisVal
        checksum = checksum & 0xffffffff

    if countTo < len(data):
        checksum = checksum + data[len(data) - 1]
        checksum = checksum & 0xffffffff

    checksum = (checksum >> 16) + (checksum & 0xffff)
    checksum = checksum + (checksum >> 16)
    answer = ~checksum
    answer = answer & 0xffff
    answer = answer >> 8 | (answer << 8 & 0xff00)

    return answer


# 发送ICMP Timestamp请求并接收回应
def send_icmp_request(destination):
    # 构建ICMP Timestamp请求数据包
    icmp_request = build_icmp_request()

    # 创建原始套接字
    # socket.socket()函数用于创建一个新的套接字对象。此处使用AF_INET参数指定使用IPv4协议族，SOCK_RAW参数指定使用原始套接字类型，IPPROTO_ICMP参数指定使用ICMP协议
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket.IPPROTO_ICMP)

    # 设置套接字的选项
    # setsockopt()函数用于设置套接字选项的值。IPPROTO_IP参数表示要设置的选项属于IP协议，IP_HDRINCL参数表示要设置的选项是IP头部的包含选项，1表示要启用该选项
    sock.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_HDRINCL, 1)

    # 发送ICMP Timestamp请求数据包
    # sendto()方法用于发送数据到指定的目标地址。icmp_request参数是要发送的数据包，(destination, 0)参数表示目标地址和端口，其中destination是目标主机的IP地址，0表示端口号
    sock.sendto(icmp_request, (destination, 0))

    # 接收ICMP回应数据包
    # recvfrom()方法用于从套接字接收数据。1024参数表示一次最多接收的数据大小
    data, address = sock.recvfrom(1024)

    # 解析ICMP回应数据包
    icmp_reply = struct.unpack('!BBHHHd', data[20:36])

    # 提取时间戳信息
    timestamp = icmp_reply[5]

    return timestamp


def main():
    # 示例用法
    destination = '192.168.134.128'  # 目标主机IP地址
    timestamp = send_icmp_request(destination)
    print(f'Timestamp from {destination}: {timestamp}')


if __name__ == '__main__':
    main()

运行结果：