原始套接字透析之Raw Socket基础

在进入Raw Socket多种强大的应用之前，我们先讲解怎样建立一个Raw Socket及怎样用建立的Raw Socket发送和接收IP包。

　　建立Raw Socket

　　在Windows平台上，为了使用Raw Socket，需先初始化WINSOCK：

// 启动 Winsock
WSAData wsaData;
if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 1), &wsaData) != 0)
{
　cerr << "Failed to find Winsock 2.1 or better." << endl;
　return 1;
}


　　MAKEWORD(2, 1)组成一个版本字段，2.1版，同样的，MAKEWORD(2, 2)意味着2.2版。MAKEWORD本身定义为：

inline word MakeWord(const byte wHigh, const byte wLow)
{
　return ((word)wHigh) << 8 | wLow;
}


　　因此MAKEWORD(2, 1)实际等同于0x0201。同样地，0x0101可等同于MAKEWORD(1, 1)。

　　与WSAStartup()的函数为WSACleanup()，在所有的socket都使用完后调用，如：

void sock_cleanup()
{
　#ifdef WIN32
　　sockcount--;
　　if (sockcount == 0)
　　　WSACleanup();
　#endif
}


　　接下来，定义一个Socket句柄：

SOCKET sd; // RAW Socket句柄


　　创建Socket并将句柄赋值给定义的sd，可以使用WSASocket()函数来完成，其原型为：

SOCKET WSASocket(int af, int type, int protocol, LPWSAPROTOCOL_INFO
lpProtocolInfo, GROUP g, DWORD dwFlags);


　　其中的参数定义为：

　　af：地址家族，一般为AF_INET，指代IPv4（The Internet Protocol version 4）地址家族。

　　type：套接字类型，如果创建原始套接字，应该使用SOCK_RAW；

　　Protocol：协议类型，如IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP等；

　　lpProtocolInfo ：WSAPROTOCOL_INFO结构体指针；

　　dwFlags：套接字属性标志。

　　例如，下面的代码定义ICMP协议类型的原始套接字：

sd = WSASocket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP, 0, 0, 0);


　　创建Socket也可以使用socket()函数：

SOCKET WSAAPI socket( int af, int type, int protocol);


　　参数的定义与WSASocket()函数相同。

　　为了使用socket()函数创建的Socket，还需要将这个Socket与sockaddr绑定：

SOCKADDR_IN addr_in;

addr_in.sin_family = AF_INET;
addr_in.sin_port = INADDR_ANY;
addr_in.sin_addr.S_un.S_addr = GetLocalIP();

nRetCode = bind(sd, (struct sockaddr*) &addr_in, sizeof(addr_in));
if (SOCKET_ERROR == nRetCode)
{
　printf("BIND Error!%d\n", WSAGetLastError());
}


　　其中使用的struct sockaddr_in（即SOCKADDR_IN）为：

struct sockaddr_in
{
　unsigned short sin_family;
　unsigned short int sin_port;
　struct in_addr sin_addr;
　unsigned char sin_zero[8];
}


　　而bind()函数第二个参数的struct sockaddr类型定义为：

struct sockaddr
{
　unisgned short as_family;
　char sa_data[14];
};


　　实际上，bind()函数采用struct sockaddr是为了考虑兼容性，最终struct sockaddr和struct sockaddr_in的内存占用是等同的。struct sockaddr_in中的struct in_addr成员占用4个字节，为32位的IP地址，定义为：

typedef struct in_addr
{
　union
　{
　　struct
　　{
　　　u_char s_b1, s_b2, s_b3, s_b4;
　　} S_un_b;
　　struct
　　{
　　　u_short s_w1, s_w2;
　　} S_un_w;
　　u_long S_addr;
　}
　S_un;
} IN_ADDR, *PIN_ADDR, FAR *LPIN_ADDR;


　　把32位的IP地址定义为上述联合体将使用户可以以字节、半字或字方式读写同一个IP地址。同志们，注意了，这个技巧在许多软件开发中定义数据结构时被广泛采用。

　　为了控制包的发送方式，我们可能会用到如下的这个十分重要的函数来设置套接字选项：

int setsockopt(
　SOCKET s, //套接字句柄
　int level, //选项level，如SOL_SOCKET
　int optname, //选项名，如SO_BROADCAST
　const char* optval, //选项值buffer指针
　int optlen //选项buffer长度
);


　　例如，当level为SOL_SOCKET时，我们可以设置布尔型选项SO_BROADCAST从而控制套接字是否传送和接收广播消息。

　　下面的代码通过设置IPPROTO_IP level的IP_HDRINCL选项为TRUE从而使能程序员亲自处理IP包报头：

//设置 IP 头操作选项
BOOL flag = TRUE;
setsockopt(sd, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, (char*) &flag, sizeof(flag);


　　下面的函数用于控制套接字：

int ioctlsocket(
　SOCKET s,
　long cmd, //命令
　u_long* argp //命令参数指针
);


　　如下面的代码让socket接收所有报文（sniffer模式）：


u_long iMode = 1;
ioctlsocket(sd, SIO_RCVALL, & iMode); //让 sockRaw 接受所有的数据


Raw Socket发送报文
　　发送报文的函数为：



int sendto(
　SOCKET s, //套接字句柄
　const char* buf, //发送缓冲区
　int len, //要发送的字节数
　int flags, //方式标志
　const struct sockaddr* to, //目标地址
　int tolen //目标地址长度
);

　　或

int send(
　SOCKET s, //已经建立连接的套接字句柄
　const char* buf,
　int len,
　int flags
);

　　send()函数的第1个参数只能是一个已经建立连接的套接字句柄，所以这个函数就不再需要目标地址参数输入。

　　函数的返回值为实际发送的字节数，如果返回SOCKET_ERROR，可以通过WSAGetLastError()获得错误原因。请看下面的示例：

int bwrote = sendto(sd, (char*)send_buf, packet_size, 0, (sockaddr*) &dest,
sizeof(dest));
if (bwrote == SOCKET_ERROR)
{
　//…发送失败
　if(WSAGetLastError()==…)
　{
　　//…
　}
　return - 1;
}
else if (bwrote < packet_size)
{
　//…发送字节 < 欲发送字节
}


Raw Socket接收报文
　　接收报文的函数为：



int recvfrom(
　SOCKET s, //套接字句柄
　char* buf, //接收缓冲区
　int len, //缓冲区字节数
　int flags, //方式标志
　struct sockaddr* from, //源地址
　int* fromlen
);

　　或

int recv(
　SOCKET s, //已经建立连接的套接字句柄
　char* buf,
　int len,
　int flags
);

　　recv()函数的第1个参数只能是一个已经建立连接的套接字句柄，所以这个函数就不再需要源地址参数输入。

　　函数的返回值为实际接收的字节数，如果返回SOCKET_ERROR，我们可以通过WSAGetLastError()函数获得错误原因。请看下面的示例：

int bread = recvfrom(sd, (char*)recv_buf, packet_size + sizeof(IPHeader), 0,
(sockaddr*) &source, &fromlen);
if (bread == SOCKET_ERROR)
{
　//…读失败
　if(WSAGetLastError()==WSAEMSGSIZE)
　{
　　//…接收buffer太小
　}
　return - 1;
}

　　原始套接字按如下规则接收报文：若接收的报文中协议类型和定义的原始套接字匹配，那么，接收的所有数据拷贝入套接字中；如果套接字绑定了本地地址，那么只有接收数据IP头中对应的目的地址等于本地地址，接收到的数据才拷贝到套接字中；如果套接字定义了远端地址，那么，只有接收数据IP头中对应的源地址与远端地址匹配，接收的数据才拷贝到套接字中。
建立报文
　　在利用Raw Socket发送报文时，报文的IP头、TCP头、UDP头等需要程序员亲自赋值，从而达到极大的灵活性。下面的程序利用Raw Socket发送TCP报文，并完全手工建立报头：

int sendTcp(unsigned short desPort, unsigned long desIP)
{
　WSADATA WSAData;
　SOCKET sock;
　SOCKADDR_IN addr_in;
　IPHEADER ipHeader;
　TCPHEADER tcpHeader;
　PSDHEADER psdHeader;

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

　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(desPort);
　addr_in.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(desIP);

　//填充IP报头
　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("localhost");
　ipHeader.destIP = desIP;

　//填充TCP报头
　tcpHeader.th_dport = htons(desPort);
　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; //标志位探测，2是SYN
　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((unsigned short*)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((unsigned short*)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 rect;
}