Linux网络编程之原始套接字

1. 介绍
前面主要介绍了流式套接字(SOCK_STREAM),数据报套接字(SOCK_DGRAM),基本上能够满足TCP与UDP的应用。但一些问题，我们仍然无法解决，如:
(1)发送一个自定义的IP包
(2)发送ICMP包
(3)侦听网络上的数据包
(4)伪装IP地址
(5)实现自定义的协议
究其原因，标准的套接字与TCP，UDP层打交道，而原始套接字只与IP层，MAC层打交道。
2.原始套接字的类型
(1)socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_TCP|IPPROTO_UDP|IPPROTO_ICMP);
(2)socket(PF_PACKET,SOCK_RAW,htons(ETH_P_IP|ETH_P_ARP|ETH_P_RAP|ETH_P_ALL));
第一种套接字类型可得到原始的IP包，这样就可以自己组织TCP,UDP,ICMP包了.
第二种套接字能收到发往本地的MAC帧，也能收到从本机发出去的MAC帧(第3个参数为ETH_P_ALL).也能接收到非发住本地的MAC帧(网卡设置为promisc混杂模式)
ETH_P_IP 0X800 只接收发往本机的mac的ip类型的数据帧
ETH_P_ARP 0X806 只接收发往本机的arp类型的数据帧
ETH_P_RARP 0x8035 只接受发往本机的rarp类型的数据帧
ETH_P_ALL 0X3    接收发往本机的MAC所有类型ip,arp,rarp数据帧，接收从本机发出去的数据帧，混杂模式打开的情况下，会接收到非发往本地的MAC数据帧
此时设备无关的物理地址使用struct sockaddr_ll
所以第二种套接字的功能特别强大.
如果设置了IP_HDRINCL套接字选项，那么需要手动填写IP首部.

3. IP,TCP(首部),UDP(首部),ICMP
IP结构体:
struct iphdr
{
#if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
    unsigned int ihl:4;
    unsigned int version:4;
#elif __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN
    unsigned int version:4; //版本号
    unsigned int ihl:4; //首部长度(4字节为单位)
#else
# error "Please fix "
#endif
    u_int8_t tos; //服务类型
    u_int16_t tot_len; //IP包总长度
    u_int16_t id; //标识
    u_int16_t frag_off; //是否分片
    u_int8_t ttl; //生存时间
    u_int8_t protocol; //上层协议
    u_int16_t check; //校验和
    u_int32_t saddr; //源IP地址
    u_int32_t daddr; //目的IP地址
};
UDP首部:
#ifdef __FAVOR_BSD
struct udphdr
{
u_int16_t uh_sport;
u_int16_t uh_dport;
u_int16_t uh_ulen;
u_int16_t uh_sum;
};
else
struct{
u_int16_t source; //源端口
u_int16_t dest; //目的端口
u_int16_t len;  //UDP包的长度
u_int16_t check; //校验和
};
#endif
TCP首部:
struct tcphdr
{
    u_int16_t source;   //TCP源端口
    u_int16_t dest;      //TCP目的端口
    u_int32_t seq;       //序列号
    u_int32_t ack_seq;  //确认序列号
# if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
    u_int16_t res1:4;
    u_int16_t doff:4;
    u_int16_t fin:1;
    u_int16_t syn:1;
    u_int16_t rst:1;
    u_int16_t psh:1;
    u_int16_t ack:1;
    u_int16_t urg:1;
    u_int16_t res2:2;
# elif __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN
    u_int16_t doff:4;
    u_int16_t res1:4;
    u_int16_t res2:2;
    u_int16_t urg:1;
    u_int16_t ack:1;
    u_int16_t psh:1;
    u_int16_t rst:1;
    u_int16_t syn:1; //请求连接标志
    u_int16_t fin:1;
# else
#   error "Adjust your defines"
# endif
    u_int16_t window;  //滑动窗口的大小
    u_int16_t check;   //校验和
    u_int16_t urg_ptr;  //紧急字段指针
};

ICMP:
struct icmp
{
u_int8_t  icmp_type;    /* type of message, see below 类型 */
u_int8_t  icmp_code;    /* type sub code 代码*/
u_int16_t icmp_cksum;    /* ones complement checksum of struct校验和 */
union
{
u_char ih_pptr;        /* ICMP_PARAMPROB */
struct in_addr ih_gwaddr;    /* gateway address */
struct ih_idseq        /* echo datagram */
{
u_int16_t icd_id;
u_int16_t icd_seq;
} ih_idseq;
u_int32_t ih_void;

/* ICMP_UNREACH_NEEDFRAG -- Path MTU Discovery (RFC1191) */
struct ih_pmtu
{
u_int16_t ipm_void;
u_int16_t ipm_nextmtu;
} ih_pmtu;

struct ih_rtradv
{
u_int8_t irt_num_addrs;
u_int8_t irt_wpa;
u_int16_t irt_lifetime;
} ih_rtradv;
} icmp_hun;
#define    icmp_pptr    icmp_hun.ih_pptr
#define    icmp_gwaddr    icmp_hun.ih_gwaddr
#define    icmp_id        icmp_hun.ih_idseq.icd_id
#define    icmp_seq    icmp_hun.ih_idseq.icd_seq
#define    icmp_void    icmp_hun.ih_void
#define    icmp_pmvoid    icmp_hun.ih_pmtu.ipm_void
#define    icmp_nextmtu    icmp_hun.ih_pmtu.ipm_nextmtu
#define    icmp_num_addrs    icmp_hun.ih_rtradv.irt_num_addrs
#define    icmp_wpa    icmp_hun.ih_rtradv.irt_wpa
#define    icmp_lifetime    icmp_hun.ih_rtradv.irt_lifetime
union
{
struct
{
u_int32_t its_otime;
u_int32_t its_rtime;
u_int32_t its_ttime;
} id_ts;
struct
{
struct ip idi_ip;
/* options and then 64 bits of data */
} id_ip;
struct icmp_ra_addr id_radv;
u_int32_t   id_mask;
u_int8_t    id_data[1]; //icmp数据
} icmp_dun;
#define    icmp_otime    icmp_dun.id_ts.its_otime
#define    icmp_rtime    icmp_dun.id_ts.its_rtime
#define    icmp_ttime    icmp_dun.id_ts.its_ttime
#define    icmp_ip        icmp_dun.id_ip.idi_ip
#define    icmp_radv    icmp_dun.id_radv
#define    icmp_mask    icmp_dun.id_mask
#define    icmp_data    icmp_dun.id_data
};

IP首部长度为20个字节,TCP首部长度为20个字节，UDP首部长度为8个字节, ICMP的首部长度为8个字节。