Linux網(wǎng)絡(luò)編程：原始套接字編程及實(shí)例分析

作者：Mike__Jiang 2015-03-31 11:24:02

原始套接字編程和之前的UDP 編程差不多，無非就是創(chuàng)建一個(gè)套接字后，通過這個(gè)套接字接收數(shù)據(jù)或者發(fā)送數(shù)據(jù)。區(qū)別在于，原始套接字可以自行組裝數(shù)據(jù)包(偽裝本地 IP，本地 MAC)，可以接收本機(jī)網(wǎng)卡上所有的數(shù)據(jù)幀(數(shù)據(jù)包)。另外，必須在管理員權(quán)限下才能使用原始套接字。

一、原始套接字能干什么？

通常情況下程序員接所接觸到的套接字(Socket)為兩類：

(1)流式套接字(SOCK_STREAM)：一種面向連接的Socket，針對(duì)于面向連接的TCP 服務(wù)應(yīng)用;

(2)數(shù)據(jù)報(bào)式套接字(SOCK_DGRAM)：一種無連接的Socket，對(duì)應(yīng)于無連接的UDP 服務(wù)應(yīng)用。

從用戶的角度來看，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM 這兩類套接字似乎的確涵蓋了TCP/IP 應(yīng)用的全部，因?yàn)榛赥CP/IP 的應(yīng)用，從協(xié)議棧的層次上講，在傳輸層的確只可能建立于TCP 或 UDP協(xié)議之上，而SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM 又分別對(duì)應(yīng)于TCP和UDP，所以幾乎所有的應(yīng)用都可以用這兩類套接字實(shí)現(xiàn)。

但是，當(dāng)我們面對(duì)如下問題時(shí)，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM 將顯得這樣無助：

(1)怎樣發(fā)送一個(gè)自定義的IP 包?

(2)怎樣發(fā)送一個(gè)ICMP 協(xié)議包?

(3)怎樣分析所有經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的包，而不管這樣包是否是發(fā)給自己的?

(4)怎樣偽裝本地的IP 地址?

這使得我們必須面對(duì)另外一個(gè)深刻的主題——原始套接字(SOCK_RAW)。原始套接字廣泛應(yīng)用于高級(jí)網(wǎng)絡(luò)編程，也是一種廣泛的黑客手段。著名的網(wǎng)絡(luò)sniffer(一種基于被動(dòng)偵聽原理的網(wǎng)絡(luò)分析方式)、拒絕服務(wù)攻擊(DOS)、IP 欺騙等都可以通過原始套接字實(shí)現(xiàn)。

原始套接字(SOCK_RAW)可以用來自行組裝數(shù)據(jù)包，可以接收本機(jī)網(wǎng)卡上所有的數(shù)據(jù)幀(數(shù)據(jù)包)，對(duì)于監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)流量和分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)很有作用。

原始套接字是基于IP 數(shù)據(jù)包的編程(SOCK_PACKET 是基于數(shù)據(jù)鏈路層的編程)。另外，必須在管理員權(quán)限下才能使用原始套接字。

原始套接字(SOCK_RAW)與標(biāo)準(zhǔn)套接字(SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM)的區(qū)別在于原始套接字直接置“根”于操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)核心(Network Core)，而 SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM 則“懸浮”于 TCP 和 UDP 協(xié)議的外圍。

流式套接字只能收發(fā) TCP 協(xié)議的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)報(bào)套接字只能收發(fā) UDP 協(xié)議的數(shù)據(jù)，原始套接字可以收發(fā)內(nèi)核沒有處理的數(shù)據(jù)包。

#p#

二、原始套接字編程

原始套接字的創(chuàng)建：

int socket ( int family, int type, int protocol );

參數(shù)：

family：協(xié)議族這里寫 PF_PACKET

type：套接字類，這里寫 SOCK_RAW

protocol：協(xié)議類別，指定可以接收或發(fā)送的數(shù)據(jù)包類型，不能寫 “0”，取值如下，注意，傳參時(shí)需要用 htons() 進(jìn)行字節(jié)序轉(zhuǎn)換。

ETH_P_IP：IPV4數(shù)據(jù)包

ETH_P_ARP：ARP數(shù)據(jù)包

ETH_P_ALL：任何協(xié)議類型的數(shù)據(jù)包

返回值：

成功( >0 )：套接字，這里為鏈路層的套接字

失敗( <0 )：出錯(cuò)

實(shí)例如下：

// 所需頭文件    
#include <sys/socket.h>    
#include <netinet/ether.h>    
#include <stdio.h>  // perror    
    
int main(int argc,charchar *argv[])    
{    
    int sock_raw_fd = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL) );    
    
    if(sock_raw_fd < 0){    
        perror("socket");    
        return -1;    
    }    
        
    return 0;    
}

獲取鏈路層的數(shù)據(jù)包：

ssize_t recvfrom( int sockfd,

void *buf,

size_t nbytes,

int flags,

struct sockaddr *from,

socklen_t *addrlen );

參數(shù)：

sockfd: 原始套接字

buf：接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

nbytes: 接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小

flags：套接字標(biāo)志(常為0)

from：這里沒有用，寫 NULL

addrlen：這里沒有用，寫 NULL

返回值：

成功：接收到的字符數(shù)

失敗：-1

實(shí)例如下：

#include <stdio.h>    
#include <netinet/in.h>    
#include <sys/socket.h>    
#include <netinet/ether.h>    
    
int main(int argc,charchar *argv[])    
{    
    unsigned char buf[1024] = {0};    
    int sock_raw_fd = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL));    
    
    //獲取鏈路層的數(shù)據(jù)包    
    int len = recvfrom(sock_raw_fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);    
    printf("len = %d\n", len);    
    
    return 0;    
}

混雜模式

默認(rèn)的情況下，我們接收數(shù)據(jù)，目的地址是本地地址，才會(huì)接收。有時(shí)候我們想接收所有經(jīng)過網(wǎng)卡的所有數(shù)據(jù)流，而不論其目的地址是否是它，這時(shí)候我們需要設(shè)置網(wǎng)卡為混雜模式。

網(wǎng)卡的混雜模式一般在網(wǎng)絡(luò)管理員分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)故障診斷手段時(shí)用到，同時(shí)這個(gè)模式也被網(wǎng)絡(luò)黑客利用來作為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)竊聽的入口。在 Linux 操作系統(tǒng)中設(shè)置網(wǎng)卡混雜模式時(shí)需要管理員權(quán)限。在 Windows 操作系統(tǒng)和 Linux 操作系統(tǒng)中都有使用混雜模式的抓包工具，比如著名的開源軟件 Wireshark。

通過命令給 Linux 網(wǎng)卡設(shè)置混雜模式(需要管理員權(quán)限)

設(shè)置混雜模式：ifconfig eth0 promisc

取消混雜模式：ifconfig eth0 -promisc

通過代碼給 Linux 網(wǎng)卡設(shè)置混雜模式

代碼如下：

struct ifreq ethreq;    //網(wǎng)絡(luò)接口地址    
        
strncpy(ethreq.ifr_name, "eth0", IFNAMSIZ);         //指定網(wǎng)卡名稱    
if(-1 == ioctl(sock_raw_fd, SIOCGIFINDEX, &ethreq)) //獲取網(wǎng)絡(luò)接口    
{    
    perror("ioctl");    
    close(sock_raw_fd);    
    exit(-1);    
}    
    
ethreq.ifr_flags |= IFF_PROMISC;    
if(-1 == ioctl(sock_raw_fd, SIOCSIFINDEX, &ethreq)) //網(wǎng)卡設(shè)置混雜模式    
{    
    perror("ioctl");    
    close(sock_raw_fd);    
    exit(-1);    
}

發(fā)送自定義的數(shù)據(jù)包：

ssize_t sendto( int sockfd,

const void *buf,

size_t nbytes,int flags,

const struct sockaddr *to,

socklen_t addrlen );

參數(shù)：

sockfd：原始套接字

buf：發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

nbytes: 發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小

flags：一般為 0

to：本機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口，指發(fā)送的數(shù)據(jù)應(yīng)該從本機(jī)的哪個(gè)網(wǎng)卡出去，而不是以前的目的地址

addrlen：to 所指向內(nèi)容的長度

返回值：

成功：發(fā)送數(shù)據(jù)的字符數(shù)

失敗： -1

本機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口的定義

發(fā)送完整代碼如下：

struct sockaddr_ll sll;                 //原始套接字地址結(jié)構(gòu)    
struct ifreq ethreq;                    //網(wǎng)絡(luò)接口地址    
    
strncpy(ethreq.ifr_name, "eth0", IFNAMSIZ);         //指定網(wǎng)卡名稱    
if(-1 == ioctl(sock_raw_fd, SIOCGIFINDEX, ðreq))    //獲取網(wǎng)絡(luò)接口    
{    
    perror("ioctl");    
    close(sock_raw_fd);    
    exit(-1);    
}    
    
/*將網(wǎng)絡(luò)接口賦值給原始套接字地址結(jié)構(gòu)*/    
bzero(&sll, sizeof(sll));    
sll.sll_ifindex = ethreq.ifr_ifindex;    
    
// 發(fā)送數(shù)據(jù)    
// send_msg, msg_len 這里還沒有定義，模擬一下    
int len = sendto(sock_raw_fd, send_msg, msg_len, 0 , (struct sockaddr *)&sll, sizeof(sll));    
if(len == -1)    
{    
    perror("sendto");    
}

這里頭文件情況如下：

#include <net/if.h>// struct ifreq    
#include <sys/ioctl.h> // ioctl、SIOCGIFADDR    
#include <sys/socket.h> // socket    
#include <netinet/ether.h> // ETH_P_ALL    
#include <netpacket/packet.h> // struct sockaddr_ll

#p#

三、原始套接字實(shí)例：MAC頭部報(bào)文分析

由上得知，我們可以通過原始套接字以及 recvfrom( ) 可以獲取鏈路層的數(shù)據(jù)包，那我們接收的鏈路層數(shù)據(jù)包到底長什么樣的呢?

鏈路層封包格式

MAC 頭部(有線局域網(wǎng))

注意：CRC、PAD 在組包時(shí)可以忽略

鏈路層數(shù)據(jù)包的其中一種情況：

unsigned char msg[1024] = {    
    //--------------組MAC--------14------    
    0xb8, 0x88, 0xe3, 0xe1, 0x10, 0xe6, // dst_mac: b8:88:e3:e1:10:e6    
    0xc8, 0x9c, 0xdc, 0xb7, 0x0f, 0x19, // src_mac: c8:9c:dc:b7:0f:19    
    0x08, 0x00,                         // 類型：0x0800 IP協(xié)議    
    // …… ……    
    // …… ……    
};

接收的鏈路層數(shù)據(jù)包，并對(duì)其進(jìn)行簡單分析：

#include <stdio.h>    
#include <string.h>    
#include <stdlib.h>    
#include <sys/socket.h>    
#include <netinet/in.h>    
#include <arpa/inet.h>    
#include <netinet/ether.h>    
    
int main(int argc,charchar *argv[])    
{    
    int i = 0;    
    unsigned char buf[1024] = "";    
    int sock_raw_fd = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL));    
    while(1)    
    {    
        unsigned char src_mac[18] = "";    
        unsigned char dst_mac[18] = "";    
        //獲取鏈路層的數(shù)據(jù)幀    
        recvfrom(sock_raw_fd, buf, sizeof(buf),0,NULL,NULL);    
        //從buf里提取目的mac、源mac    
        sprintf(dst_mac,"%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x", buf[0], buf[1], buf[2], buf[3], buf[4], buf[5]);    
        sprintf(src_mac,"%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x", buf[6], buf[7], buf[8], buf[9], buf[10], buf[11]);    
        //判斷是否為IP數(shù)據(jù)包    
        if(buf[12]==0x08 && buf[13]==0x00)    
        {       
            printf("______________IP數(shù)據(jù)報(bào)_______________\n");    
            printf("MAC:%s >> %s\n",src_mac,dst_mac);    
        }//判斷是否為ARP數(shù)據(jù)包    
        else if(buf[12]==0x08 && buf[13]==0x06)    
        {    
            printf("______________ARP數(shù)據(jù)報(bào)_______________\n");    
            printf("MAC:%s >> %s\n",src_mac,dst_mac);    
        }//判斷是否為RARP數(shù)據(jù)包    
        else if(buf[12]==0x80 && buf[13]==0x35)    
        {    
            printf("______________RARP數(shù)據(jù)報(bào)_______________\n");    
            printf("MAC:%s>>%s\n",src_mac,dst_mac);    
        }    
    }    
    return 0;    
}

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責(zé)任編輯：藍(lán)雨淚來源： CSDN博客

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