Raw Socket 之网络层数据获取

简介

针对网络包，我们一般的发送接收直接使用的是应用层，此时无法分辨接收为广播包还是单播包，为了能够分辨出接收到的是否为广播包，需要接收数据链路层的数据或者网络层的数据。

原理啥的就不复制了，可看参考链接，也可自行搜索。。。------ 》》》

直接上正题

正常使用

我们正常的 udp 通信如下：

	int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM|SOCK_NONBLOCK, 0);
	struct sockaddr_in sin;
	memset(&sin, 0, sizeof(sin));
	sin.sin_family = AF_INET;
	sin.sin_port = htons(port);
	sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
	bind(fd, (struct sockaddr *) &sin, sizeof(sin));

tcpdump

需要获取网络层数据，需要使用抓包过滤规则

setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_ATTACH_FILTER, &bpf, sizeof(bpf));

bpf 为定义在 中

struct sock_filter {    /* Filter block */
        __u16   code;   /* Actual filter code */
        __u8    jt;     /* Jump true */
        __u8    jf;     /* Jump false */
        __u32   k;      /* Generic multiuse field */
};

struct sock_fprog {                     /* Required for SO_ATTACH_FILTER. */
        unsigned short             len; /* Number of filter blocks */
        struct sock_filter __user *filter;
};

生成过滤规则可使用 tcpdump 命令，如下：

$ sudo tcpdump udp and dst  port 8888  -d
(000) ldh      [12]                             //接收包的第12字节处，16位
(001) jeq      #0x86dd          jt 2	jf 6    //判断第12字节处是否等于0x86dd，满足跳到(002)，不满足跳到(006)行
(002) ldb      [20]
(003) jeq      #0x11            jt 4	jf 15
(004) ldh      [56]
(005) jeq      #0x22b8          jt 14	jf 15
(006) jeq      #0x800           jt 7	jf 15  //判断第12字节处是否等于0x800，满足跳到(007)，不满足跳到(015)行
(007) ldb      [23]							//接收包的第23字节处，8位
(008) jeq      #0x11            jt 9	jf 15 //判断第23字节处是否等于0x11，满足跳到(009)，不满足跳到(015)行
(009) ldh      [20]							//接收包的第20字节处，16位
(010) jset     #0x1fff          jt 15	jf 11
(011) ldxb     4*([14]&0xf)	       //接收包的第14字节处，8位，取低四位，然后乘4，抓包看此处一般为 0x45，计算得 20
(012) ldh      [x + 16]           //接收包的第x+16字节处，16位，x在上面计算得20，故为第36字节处
(013) jeq      #0x22b8          jt 14	jf 15  //判断第36字节处是否等于0x22b8，满足跳到(014)，不满足跳到(015)行
(014) ret      #262144            //满足，显示
(015) ret      #0                 //不满足，过滤

程序与分析

上面生成的主要是数据链路层起始数据，而区分广播包，获取网络层数据即可，上面生成过于复杂，可简化判断接收数据端口号，再加上网络层第一二字节判断

{ 0x28, 0, 0, 0x00000000 },
{ 0x15, 0, 3, 0x00004500 },
{ 0x28, 0, 0, 0x0000016 },
{ 0x15, 0, 1, 0x000022B8 },
{ 0x6, 0, 0, 0x00040000 },
{ 0x6, 0, 0, 0x00000000 },

在使用的过程中，发现：若只使用 SOCK_RAW 获取网络层包，则会出现端口不可达
ICMP Destination unreachable (Port unreachable)

故而推测 socket(AF_INET, SOCK_RAW|SOCK_NONBLOCK, IPPROTO_UDP ) 使用时，不会打开端口，但数据收发也都正常，就是多了一条 ICMP，故而本文做法，打开所在端口，就不会出现端口不可达了，SOCK_RAW主要用于报文的抓取，在内核获取到报文后，会复制一份给 SOCK_RAW 套接字，另一个打开所在端口也可正常接收，例子如下：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include
#include
#include 
#include  // sockaddr_ll
#include
#include
#include
#include 

int main(int argc, char *argv[])
{
	//内核会把数据给每一个socket拷贝一份
	uint8_t buf[1024] = { 0 };
	uint8_t buf2[1024] = { 0 };
	int len = 0,len2 = 0;
	int fd, fd2;
	struct sockaddr_in client_addr, client_addr2;
	socklen_t addrlen = sizeof(client_addr);
	//fd = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_IP));

	fd = socket(AF_INET, SOCK_RAW|SOCK_NONBLOCK, IPPROTO_UDP );
    struct sock_filter bpf_code[] = {
        { 0x28, 0, 0, 0x00000000 },
        { 0x15, 0, 3, 0x00004500 },
        { 0x28, 0, 0, 0x0000016 },
        { 0x15, 0, 1, 0x000022B8 },
        { 0x6, 0, 0, 0x00040000 },
        { 0x6, 0, 0, 0x00000000 },
    };
    struct sock_fprog bpf;
    memset(&bpf,0x00,sizeof(bpf));

    bpf.len = sizeof(bpf_code) / sizeof(struct sock_filter);

    bpf.filter = bpf_code;

    int ret = setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_ATTACH_FILTER, &bpf, sizeof(bpf));

    if (ret < 0) {
		printf("setsockopt:SO_ATTACH_FILTER>>>>error:%s\n",strerror(errno));
    }
	/*
	如果IP_HDRINCL未开启，由进程让内核发送的数据是从IP首部之后的第一个字节开始的，内核会自动构造合适的IP
	如果IP_HDRINGL开启，进行需要自行构造IP包
	*/
	/*
	int  one = 1;
	const int *val = &one;
	if (setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, val, sizeof(int))) {
		perror("setsockopt() error");
		exit(-1);
	}
	*/
	
	fd2 = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM|SOCK_NONBLOCK, IPPROTO_UDP);
	struct sockaddr_in addrServ;
	addrServ.sin_addr.s_addr= htonl(0);//指定0.0.0.0地址，表示任意地址0xC0A8012e
	addrServ.sin_family = AF_INET;//表示IPv4的套接字类型
	addrServ.sin_port = htons(8888);
	bind(fd2, (struct sockaddr*)&addrServ, sizeof(addrServ));
	
	while (1) {
		if ((len = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0,(struct sockaddr *)&client_addr, &addrlen)) == -1){
			//printf("recvfrom failed ! error message : %s\n", strerror(errno));
			continue;
		}

		if ((len2 = recvfrom(fd2, buf2, sizeof(buf2), 0, (struct sockaddr *)&client_addr2, &addrlen)) == -1){
			printf("recvfrom failed ! error message : %d %s\n", errno, strerror(errno));
		}
		if(len){
			printf("%s port: %d, len: %d, data: %x %x %x %x \n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr), htons(client_addr.sin_port),  len, buf[0], buf[28], buf[29], buf[30]);
		}
		if(len2){
			printf("%s port: %d, len: %d, data: %x %x %x %x \n",inet_ntoa(client_addr2.sin_addr), htons(client_addr2.sin_port), len2, buf2[0], buf2[1], buf2[2], buf2[3]);
		}
		if(len){
			buf[0]=0x22;
			buf[1]=0xB8;
			buf[2]=0xaf;
			buf[3]=0x13;
			buf[4]=0x0;
			buf[5]=0x22;
			sendto(fd, buf, len, 0, (struct sockaddr *)&client_addr, addrlen);
		}
	}
	return 0;
}

上面程序的接收和发送，都是使用的 Raw Socket 的方式进行，其下为数据收发情况

• 发送->接收
  
  发送了 20个字节，收到 40个字节

• 接收->发送
  

其上打印，Raw Socket 的方式接收了 48 字节，首字节从0x45开始，其后包含了源 IP、目的 IP 和端口号等，正常数据位于第28字节处；
而正常的 UDP 模式下接收了 20 字节，开始即是 0x68

报文

Raw Socket 的方式发送从端口号开始， 可自行组包，源端口，目的端口，数据长度等，其正常数据从上面的调试助手看，从第 8 字节开始

理解

Raw Socket 比较适用于抓包分析，由于打开套接字不会打开对应端口，故使用时为去除 ICMP 包，需打开正常的端口号，发送可使用正常数据包，无需自行组包。

使用 Raw Socket 方式可解决：区分接收到的是广播数据还是单播数据 这一简单应用。

参考

https://github.com/xgfone/snippet/blob/master/snippet/docs/linux/program/raw-socket.md
http://qiusuoge.com/17205.html
https://www.kernel.org/doc/html/latest/networking/filter.html#networking-filter