Windows 2000下的Raw Socket编程

创建时间：2002-02-01
文章属性：原创
文章提交： refdom (refdom_at_263.net)

作者：refdom ([email protected])
2002/1/31

  Windows2000在TCP/IP协议组件上做了很多改进，功能也有增强。比如在协议栈上的调整，增大了默认窗口大小，以及高延迟链接新算法。同时在安全性上，可应用IPSec加强安全性，比NT下有不少的改进。

  Microsoft TCP/IP 组件包含“核心协议”、“服务”及两者之间的“接口”。传输驱动程序接口 (TDI) 与网络设备接口规范 (NDIS) 是公用的。 此外，还有许多用户模型应用程序的更高级接口。最常用的接口是 Windows Sockets、远程过程调用 (RPC) 和 NetBIOS。

  Windows Sockets 是一个编程接口，它是在加州大学伯克利分校开发的套接字接口的基础上定义的。它包括了一组扩展件，以充分利用 Microsoft Windows 消息驱动的特点。规范的 1.1 版是在 1993 年 1 月发行的，2.2.0 版在 1996 年 5 月发行。Windows 2000 支持 Winsock 2.2 版。在Winsock2中，支持多个传输协议的原始套接字，重叠I/O模型、服务质量控制等。

  这里介绍Windows Sockets的一些关于原始套接字(Raw Socket)的编程。同Winsock1相比，最明显的就是支持了Raw Socket套接字类型，通过原始套接字，我们可以更加自如地控制Windows下的多种协议，而且能够对网络底层的传输机制进行控制。

1、创建一个原始套接字，并设置IP头选项。

SOCKET sock;
sock = socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP);
或者：
s = WSASoccket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED);

  这里，我们设置了SOCK_RAW标志，表示我们声明的是一个原始套接字类型。创建原始套接字后，IP头就会包含在接收的数据中，如果我们设定 IP_HDRINCL 选项，那么，就需要自己来构造IP头。注意，如果设置IP_HDRINCL 选项，那么必须具有 administrator权限，要不就必须修改注册表：
HKEY_LOCAL_MACHINE/System/CurrentControlSet/Services/Afd/Parameter/
修改键：DisableRawSecurity（类型为DWORD），把值修改为 1。如果没有，就添加。

BOOL blnFlag=TRUE;
setsockopt(sock, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, (char *)&blnFlag, sizeof(blnFlag);

  对于原始套接字在接收数据报的时候，要注意这么几点：
1、如果接收的数据报中协议类型和定义的原始套接字匹配，那么，接收的所有数据就拷贝到套接字中。
2、如果绑定了本地地址，那么只有接收数据IP头中对应的远端地址匹配，接收的数据就拷贝到套接字中。
3、如果定义的是外部地址，比如使用connect()，那么，只有接收数据IP头中对应的源地址匹配，接收的数据就拷贝到套接字中。


2、构造IP头和TCP头

这里，提供IP头和TCP头的结构：
// Standard TCP flags
#define URG 0x20
#define ACK 0x10
#define PSH 0x08
#define RST 0x04
#define SYN 0x02
#define FIN 0x01
typedef struct _iphdr //定义IP首部
{
unsigned char h_lenver; //4位首部长度+4位IP版本号
unsigned char tos; //8位服务类型TOS
unsigned short total_len; //16位总长度（字节）
unsigned short ident; //16位标识
unsigned short frag_and_flags; //3位标志位
unsigned char ttl; //8位生存时间 TTL
unsigned char proto; //8位协议 (TCP, UDP 或其他)
unsigned short checksum; //16位IP首部校验和
unsigned int sourceIP; //32位源IP地址
unsigned int destIP; //32位目的IP地址
}IP_HEADER;

typedef struct psd_hdr //定义TCP伪首部
{
unsigned long saddr; //源地址
unsigned long daddr; //目的地址
char mbz;
char ptcl; //协议类型
unsigned short tcpl; //TCP长度
}PSD_HEADER;

typedef struct _tcphdr //定义TCP首部
{
USHORT th_sport; //16位源端口
USHORT th_dport; //16位目的端口
unsigned int th_seq; //32位序列号
unsigned int th_ack; //32位确认号
unsigned char th_lenres;   //4位首部长度/6位保留字
unsigned char th_flag; //6位标志位
USHORT th_win; //16位窗口大小
USHORT th_sum; //16位校验和
USHORT th_urp; //16位紧急数据偏移量
}TCP_HEADER;

TCP伪首部并不是真正存在的，只是用于计算检验和。校验和函数：

USHORT checksum(USHORT *buffer, int size)
{
  unsigned long cksum=0;
  while (size > 1)
  {
    cksum += *buffer++;
    size -= sizeof(USHORT);  
  }
  if (size)
  {
    cksum += *(UCHAR*)buffer;  
  }
  cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff);
  cksum += (cksum >>16);
  return (USHORT)(~cksum);
}

  当需要自己填充IP头部和TCP头部的时候，就同时需要自己计算他们的检验和。

3、发送原始套接字数据报

  填充这些头部稍微麻烦点，发送就相对简单多了。只需要使用sendto()就OK。

sendto(sock, (char*)&tcpHeader, sizeof(tcpHeader), 0, (sockaddr*)&addr_in,sizeof(addr_in));

下面是一个示例程序，可以作为SYN扫描的一部分。

#include
#include
#include

#define SOURCE_PORT 7234
#define MAX_RECEIVEBYTE 255

typedef struct ip_hdr //定义IP首部
{
unsigned char h_verlen; //4位首部长度,4位IP版本号
unsigned char tos; //8位服务类型TOS
unsigned short total_len; //16位总长度（字节）
unsigned short ident; //16位标识
unsigned short frag_and_flags; //3位标志位
unsigned char ttl; //8位生存时间 TTL
unsigned char proto; //8位协议 (TCP, UDP 或其他)
unsigned short checksum; //16位IP首部校验和
unsigned int sourceIP; //32位源IP地址
unsigned int destIP; //32位目的IP地址
}IPHEADER;

typedef struct tsd_hdr //定义TCP伪首部
{
unsigned long saddr; //源地址
unsigned long daddr; //目的地址
char mbz;
char ptcl; //协议类型
unsigned short tcpl; //TCP长度
}PSDHEADER;

typedef struct tcp_hdr //定义TCP首部
{
USHORT th_sport; //16位源端口
USHORT th_dport; //16位目的端口
unsigned int th_seq; //32位序列号
unsigned int th_ack; //32位确认号
unsigned char th_lenres; //4位首部长度/6位保留字
unsigned char th_flag; //6位标志位
USHORT th_win; //16位窗口大小
USHORT th_sum; //16位校验和
USHORT th_urp; //16位紧急数据偏移量
}TCPHEADER;

//CheckSum:计算校验和的子函数
USHORT checksum(USHORT *buffer, int size)
{
unsigned long cksum=0;
while(size >1)
{
cksum+=*buffer++;
size -=sizeof(USHORT);
}
if(size )
{
cksum += *(UCHAR*)buffer;
}

cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff);
cksum += (cksum >>16);
return (USHORT)(~cksum);
}

void useage()
{
printf("******************************************/n");
printf("TCPPing/n");
printf("/t Written by Refdom/n");
printf("/t Email: [email protected]/n");
printf("Useage: TCPPing.exe Target_ip Target_port /n");
printf("*******************************************/n");
}

int main(int argc, char* argv[])
{
WSADATA WSAData;
SOCKET sock;
SOCKADDR_IN addr_in;
IPHEADER ipHeader;
TCPHEADER tcpHeader;
PSDHEADER psdHeader;

char szSendBuf[60]={0};
BOOL flag;
int rect,nTimeOver;

useage();

if (argc!= 3)
{ return false; }

if (WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &WSAData)!=0)
{
printf("WSAStartup Error!/n");
return false;
}

if ((sock=WSASocket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_RAW,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED))==INVALID_SOCKET)
{
printf("Socket Setup Error!/n");
return false;
}
flag=true;
if (setsockopt(sock,IPPROTO_IP, IP_HDRINCL,(char *)&flag,sizeof(flag))==SOCKET_ERROR)
{
printf("setsockopt IP_HDRINCL error!/n");
return false;
}

nTimeOver=1000;
if (setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, (char*)&nTimeOver, sizeof(nTimeOver))==SOCKET_ERROR)
{
printf("setsockopt SO_SNDTIMEO error!/n");
return false;
}
addr_in.sin_family=AF_INET;
addr_in.sin_port=htons(atoi(argv[2]));
addr_in.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr(argv[1]);

//
//
//填充IP首部
ipHeader.h_verlen=(4<<4 | sizeof(ipHeader)/sizeof(unsigned long));
// ipHeader.tos=0;
ipHeader.total_len=htons(sizeof(ipHeader)+sizeof(tcpHeader));
ipHeader.ident=1;
ipHeader.frag_and_flags=0;
ipHeader.ttl=128;
ipHeader.proto=IPPROTO_TCP;
ipHeader.checksum=0;
ipHeader.sourceIP=inet_addr("本地地址");
ipHeader.destIP=inet_addr(argv[1]);

//填充TCP首部
tcpHeader.th_dport=htons(atoi(argv[2]));
tcpHeader.th_sport=htons(SOURCE_PORT); //源端口号
tcpHeader.th_seq=htonl(0x12345678);
tcpHeader.th_ack=0;
tcpHeader.th_lenres=(sizeof(tcpHeader)/4<<4|0);
tcpHeader.th_flag=2; //修改这里来实现不同的标志位探测，2是SYN，1是FIN，16是ACK探测 等等
tcpHeader.th_win=htons(512);
tcpHeader.th_urp=0;
tcpHeader.th_sum=0;

psdHeader.saddr=ipHeader.sourceIP;
psdHeader.daddr=ipHeader.destIP;
psdHeader.mbz=0;
psdHeader.ptcl=IPPROTO_TCP;
psdHeader.tcpl=htons(sizeof(tcpHeader));

//计算校验和
memcpy(szSendBuf, &psdHeader, sizeof(psdHeader));
memcpy(szSendBuf+sizeof(psdHeader), &tcpHeader, sizeof(tcpHeader));
tcpHeader.th_sum=checksum((USHORT *)szSendBuf,sizeof(psdHeader)+sizeof(tcpHeader));

memcpy(szSendBuf, &ipHeader, sizeof(ipHeader));
memcpy(szSendBuf+sizeof(ipHeader), &tcpHeader, sizeof(tcpHeader));
memset(szSendBuf+sizeof(ipHeader)+sizeof(tcpHeader), 0, 4);
ipHeader.checksum=checksum((USHORT *)szSendBuf, sizeof(ipHeader)+sizeof(tcpHeader));

memcpy(szSendBuf, &ipHeader, sizeof(ipHeader));

rect=sendto(sock, szSendBuf, sizeof(ipHeader)+sizeof(tcpHeader),
0, (struct sockaddr*)&addr_in, sizeof(addr_in));
if (rect==SOCKET_ERROR)
{
printf("send error!:%d/n",WSAGetLastError());
return false;
}
else
printf("send ok!/n");

closesocket(sock);
WSACleanup();

return 0;
}

4、接收数据
  和发送原始套接字数据相比，接收就比较麻烦了。因为在WIN我们不能用recv()来接收raw socket上的数据，这是因为，所有的IP包都是先递交给系统核心，然后再传输到用户程序，当发送一个raws socket包的时候（比如syn），核心并不知道，也没有这个数据被发送或者连接建立的记录，因此，当远端主机回应的时候，系统核心就把这些包都全部丢掉，从而到不了应用程序上。所以，就不能简单地使用接收函数来接收这些数据报。

  要达到接收数据的目的，就必须采用嗅探，接收所有通过的数据包，然后进行筛选，留下符合我们需要的。可以再定义一个原始套接字，用来完成接收数据的任务，需要设置SIO_RCVALL，表示接收所有的数据。

SOCKET sniffersock;
sniffsock = WSASocket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_IP, NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED);

DWORD lpvBuffer = 1;
DWORD lpcbBytesReturned = 0 ;
WSAIoctl(sniffersock, SIO_RCVALL, &lpvBuffer, sizeof(lpvBuffer), NULL, 0, & lpcbBytesReturned, NULL, NULL);

  创建一个用于接收数据的原始套接字，我们可以用接收函数来接收数据包了。然后在使用一个过滤函数达到筛选的目的，接收我们需要的数据包。
在 http://www.xici.net/board/doc.asp?id=5891453&sub=15 提供了一个完整的发送和接收的程序，可以参考。

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reference：
1、《MS Windows 2000 TCP-IP Implementation Details》
2、ziss《Raw Sockets in Windows 2000/XP》
3、MSDN Platform SDK：《Windows Sockets 2》