Raw Socket和Socket编程

1.原始套接字(raw socket)

1.1 原始套接字工作原理与规则
原始套接字是一个特殊的套接字类型,它的创建方式跟TCP/UDP创建方法几乎是
一摸一样,例如,通过

CODE:

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int sockfd;
sockfd = socktet(AF_INET， SOCK_RAW， IPPROTO_ICMP);

这两句程序你就可以创建一个原始套接字.然而这种类型套接字的功能却与TCP或者UDP类型套接字的功能有很大的不同:TCP/UDP类型的套接字只能够访问传输层以及传输层以上的数据,因为当IP层把数据传递给传输层时,下层的数据包头已经被丢掉了.而原始套接字却可以访问传输层以下的数据,,所以使用 raw套接字你可以实现上至应用层的数据操作,也可以实现下至链路层的数据操作.
比如:通过

CODE:

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sock = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_IP))

方式创建的raw socket就能直接读取链路层的数据.

1)使用原始套接字时应该注意的问题(参考<<unix网络编程>>以及网上的优秀文档)

(1):对于UDP/TCP产生的IP数据包,内核不将它传递给任何原始套接字,而只是将这些数据交给对应的UDP/TCP数据处理句柄(所以,如果你想要通过原始套接字来访问TCP/UDP或者其它类型的数据,调用socket函数创建原始套接字第三个参数应该指定为htons(ETH_P_IP),也就是通过直接访问数据链路层来实现.(我们后面的密码窃取器就是基于这种类型的).

(2):对于ICMP和EGP等使用IP数据包承载数据但又在传输层之下的协议类型的IP数据包,内核不管是否已经有注册了的句柄来处理这些数据,都会将这些IP数据包复制一份传递给协议类型匹配的原始套接字.

(3):对于不能识别协议类型的数据包,内核进行必要的校验,然后会查看是否有类型匹配的原始套接字负责处理这些数据,如果有的话,就会将这些IP数据包复制一份传递给匹配的原始套接字,否则,内核将会丢弃这个IP数据包,并返回一个ICMP主机不可达的消息给源主机.

(4): 如果原始套接字bind绑定了一个地址,核心只将目的地址为本机IP地址的数包传递给原始套接字,如果某个原始套接字没有bind地址,核心就会把收到的所有IP数据包发给这个原始套接字.

(5): 如果原始套接字调用了connect函数,则核心只将源地址为connect连接的IP地址的IP数据包传递给这个原始套接字.

(6):如果原始套接字没有调用bind和connect函数,则核心会将所有协议匹配的IP数据包传递给这个原始套接字.

2).编程选项
原始套接字是直接使用IP协议的非面向连接的套接字,在这个套接字上可以调用bind和connect函数进行地址绑定.说明如下:

(1)bind函数:调用bind函数后,发送数据包的源IP地址将是bind函数指定的地址。如是不调用bind，则内核将以发送接口的主IP地址填充 IP头. 如果使用setsockopt设置了IP_HDRINCL(header including)选项,就必须手工填充每个要发送的数据包的源IP地址,否则,内核将自动创建IP首部.

(2)connetc函数:调用connect函数后,就可以使用write和send函数来发送数据包,而且内核将会用这个绑定的地址填充IP数据包的目的IP地址,否则的话,则应使用sendto或sendmsg函数来发送数据包,并且要在函数参数中指定对方的IP地址。

综合以上种种功能和特点,我们可以使用原始套接字来实现很多功能,比如最基本的数据包分析,主机嗅探等.其实也可以使用原始套接字作一个自定义的传输层协议.

1.2一个简单的应用

下面的代码创建一个直接读取链路层数据包的原始套接字,并从中分析出源MAC地址和目的MAC地址,源IP和目的IP,以及对应的传输层协议,如果是TCP/UDP协议的话,打印其目的和源端口.为了方便阅读,程序中避免了使用任何与协议有关的数据结构,如
struct ether_header ,struct iphdr 等,当然, 要完全理解代码,你需要关于指针以及位运算的知识

CODE:

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/***************SimpelSniffer.c*************/
//auther:duanjigang@2006s
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <linux/if_ether.h>
#include <linux/in.h>
#define BUFFER_MAX 2048

int main(int argc, char *argv[])
{

int sock, n_read, proto;
char buffer[BUFFER_MAX];
char *ethhead, *iphead, *tcphead,
*udphead, *icmphead, *p;

if((sock = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_IP))) < 0)
{
fprintf(stdout, "create socket error/n");
exit(0);
}

while(1)
{
n_read = recvfrom(sock, buffer, 2048, 0, NULL, NULL);
/*
14 6(dest)+6(source)+2(type or length)
+
20 ip header
+
8 icmp,tcp or udp header
= 42
*/
if(n_read < 42)
{
fprintf(stdout, "Incomplete header, packet corrupt/n");
continue;
}

ethhead = buffer;
p = ethhead;
int n = 0XFF;
printf("MAC: %.2X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X==>"
"%.2X:%.2X:%.2X:%.2X:%.2X:%.2X/n",
p[6]&n, p[7]&n, p[8]&n, p[9]&n, p[10]&n, p[11]&n,
p[0]&n, p[1]&n, p[2]&n,p[3]&n, p[4]&n, p[5]&n);

iphead = ethhead + 14;
p = iphead + 12;

printf("IP: %d.%d.%d.%d => %d.%d.%d.%d/n",
p[0]&0XFF, p[1]&0XFF, p[2]&0XFF, p[3]&0XFF,
p[4]&0XFF, p[5]&0XFF, p[6]&0XFF, p[7]&0XFF);
proto = (iphead + 9)[0];
p = iphead + 20;
printf("Protocol: ");
switch(proto)
{
case IPPROTO_ICMP: printf("ICMP/n");break;
case IPPROTO_IGMP: printf("IGMP/n");break;
case IPPROTO_IPIP: printf("IPIP/n");break;
case IPPROTO_TCP :
case IPPROTO_UDP :
printf("%s,", proto == IPPROTO_TCP ? "TCP": "UDP");
printf("source port: %u,",(p[0]<<8)&0XFF00 | p[1]&0XFF);
printf("dest port: %u/n", (p[2]<<8)&0XFF00 | p[3]&0XFF);
break;
case IPPROTO_RAW : printf("RAW/n");break;
default:printf("Unkown, please query in include/linux/in.h/n");
}
}
}

揭开Socket编程的面纱

对TCP/IP、UDP、Socket编程这些词你不会很陌生吧？随着网络技术的发展，这些词充斥着我们的耳朵。那么我想问：

1. 什么是TCP/IP、UDP？
2. Socket在哪里呢？
3. Socket是什么呢？
4. 你会使用它们吗？

什么是TCP/IP、UDP？

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网间协议，是一个工业标准的协议集，它是为广域网（WANs）设计的。
UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）是与TCP相对应的协议。它是属于TCP/IP协议族中的一种。
这里有一张图，表明了这些协议的关系。



图1

TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层。现在你知道TCP/IP与UDP的关系了吧。
Socket在哪里呢？
在图1中，我们没有看到Socket的影子，那么它到底在哪里呢？还是用图来说话，一目了然。

图2

原来Socket在这里。
Socket是什么呢？
Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。
你会使用它们吗？
前人已经给我们做了好多的事了，网络间的通信也就简单了许多，但毕竟还是有挺多工作要做的。以前听到Socket编程，觉得它是比较高深的编程知识，但是只要弄清Socket编程的工作原理，神秘的面纱也就揭开了。
一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。 生活中的场景就解释了这工作原理，也许TCP/IP协议族就是诞生于生活中，这也不一定。

图3

先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。
在这里我就举个简单的例子，我们走的是TCP协议这条路（见图2）。例子用MFC编写，运行的界面如下：

图4

图5

在客户端输入服务器端的IP地址和发送的数据，然后按发送按钮，服务器端接收到数据，然后回应客户端。客户端读取回应的数据，显示在界面上。
下面是接收数据和发送数据的函数：

int Receive(SOCKET fd,char *szText,int len)

{
int cnt;
int rc;
cnt=len;

while(cnt>0)
{
rc=recv(fd,szText,cnt,0);
if(rc==SOCKET_ERROR)
{
return -1;
}

if(rc==0)

return len-cnt;

szText+=rc;

cnt-=rc;

}

return len;

}

int Send(SOCKET fd,char *szText,int len)
{

int cnt;

int rc;

cnt=len;

while(cnt>0)

{

rc=send(fd,szText,cnt,0);

if(rc==SOCKET_ERROR)

{

return -1;

}

if(rc==0)

return len-cnt;

szText+=rc;

cnt-=rc;

}

return len;

}

服务器端：

在服务器端，主要是启动Socket和监听线程。

#define DEFAULT_PORT 2000

void CServerDlg::OnStart()

{

sockaddr_in local;

DWORD dwThreadID = 0;

local.sin_family=AF_INET;

//设置的端口为DEFAULT_PORT。

local.sin_port=htons(DEFAULT_PORT);

//IP地址设置成INADDR_ANY,让系统自动获取本机的IP地址。

local.sin_addr.S_un.S_addr=INADDR_ANY;

//初始化Socket

m_Listening = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

if(m_Listening == INVALID_SOCKET)

{

return ;

}

//将本地地址绑定到所创建的套接字上

if(bind(m_Listening,(LPSOCKADDR)&local,sizeof(local)) == SOCKET_ERROR )

{

closesocket(m_Listening);

return ;

}

//创建监听线程，这样也能响应界面上操作。

m_hListenThread = ::CreateThread(NULL,0,ListenThread,this,0,&dwThreadID);

m_StartBtn.EnableWindow(FALSE);

m_StopBtn.EnableWindow(TRUE);

}

监听线程函数：
DWORD WINAPI CServerDlg::ListenThread(LPVOID lpparam)
{

CServerDlg* pDlg = (CServerDlg*)lpparam;

if(pDlg == NULL)

return 0;

SOCKET Listening = pDlg->m_Listening;

//开始监听是否有客户端连接。

if(listen(Listening,40) == SOCKET_ERROR)

{

return 0;

}

char szBuf[MAX_PATH];

//初始化

memset(szBuf,0,MAX_PATH);

while(1)

{

SOCKET ConnectSocket;

sockaddr_in ClientAddr;

int nLen = sizeof(sockaddr);

//阻塞直到有客户端连接，不然多浪费CPU资源。

ConnectSocket = accept(Listening,(sockaddr*)&ClientAddr,&nLen);

//都到客户端的IP地址。

char *pAddrname = inet_ntoa(ClientAddr.sin_addr);

pDlg->Receive(ConnectSocket,szBuf,100);

//界面上显示请求数据。

pDlg->SetRequestText(szBuf);

strcat(szBuf," :我是老猫，收到（");

strcat(szBuf,pAddrname);

strcat(szBuf,"）");

//向客户端发送回应数据

pDlg->Send(ConnectSocket,szBuf,100);

}

return 0;

}

服务器端一直在监听是否有客户端连接，如有连接，处理客户端的请求，给出回应，然后继续监听。

客户端：

客户端的发送函数：

#define DEFAULT_PORT 2000

void CClientDlg::OnSend()

{

DWORD dwIP = 0;

TCHAR szText[MAX_PATH];

memset(szText,0,MAX_PATH);

m_IP.GetWindowText(szText,MAX_PATH);

//把字符串形式的IP地址转成IN_ADDR结构需要的形式。

dwIP = inet_addr(szText);

m_RequestEdit.GetWindowText(szText,MAX_PATH);

sockaddr_in local;

SOCKET socketTmp;

//必须是AF_INET,表示该socket在Internet域中进行通信

local.sin_family=AF_INET;

//端口号

local.sin_port=htons(DEFAULT_PORT);

//服务器的IP地址。

local.sin_addr.S_un.S_addr=dwIP;

////初始化Socket

socketTmp=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

//连接服务器

if(connect(socketTmp,(LPSOCKADDR)&local,sizeof(local)) < 0)

{

closesocket(socketTmp);

MessageBox("连接服务器失败。");

return ;

}

//发送请求，为简单只发100字节，在服务器端也规定100字节。

Send(socketTmp,szText,100);

//读取服务器端返回的数据。

memset(szText,0,MAX_PATH);

//接收服务器端的回应。

Receive(socketTmp,szText,100);

TCHAR szMessage[MAX_PATH];

memset(szMessage,0,MAX_PATH);

strcat(szMessage,szText);

//界面上显示回应数据。

m_ReplyBtn.SetWindowText(szMessage);

closesocket(socketTmp);

}

客户端就一个函数完成了一次通信。在这里IP地址为何用127.0.0.1呢？使用这个IP地址，服务器端和客户端就能运行在同一台机器上，这样调试方便多了。当然你可以在你朋友的机器上运行Server程序(本人在局域网中测试过)，在自己的机器上运行Client程序，当然输入的IP地址就该是你朋友机器的IP地址了。
简单的理论和实践都说了，现在Socket编程不神秘了吧？希望对你有些帮助。