socket原始套接字編程

一、原始套接字概述
協議棧的原始套接字從實現上可以分為“鏈路層原始套接字”和“網絡層原始套接字”兩大類。
鏈路層原始套接字可以直接用於接收和發送鏈路層的MAC幀，在發送時需要由調用者自行構造和封裝MAC首部。
網絡層原始套接字可以直接用於接收和發送IP層的報文數據，在發送時需要自行構造IP報文頭（取決是否設置IP_HDRINCL選項）。

原始套接字(SOCK_RAW)可以用來自行組裝數據包，可以接收本機網卡上所有的數據幀(數據包)，對於監聽網絡流量和分析網絡數據很有作用。
原始套接字是基於IP 數據包的編程(SOCK_PACKET 是基於數據鏈路層的編程)。另外，必須在管理員權限下才能使用原始套接字。
原始套接字(SOCK_RAW)與標准套接字(SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM)的區別在於原始套接字直接置“根”於操作系統網絡核心(Network Core)，

而 SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM 則“懸浮”於 TCP 和 UDP 協議的外圍。
流式套接字只能收發TCP協議的數據，數據報套接字只能收發UDP協議的數據，原始套接字可以收發沒經過內核協議棧的數據包。
原始套接字，指在傳輸層下面使用的套接字。流式套接字和數據報套接字這兩種套接字工作在傳輸層，主要為應用層的應用程序提供服務，

並且在接收和發送時只能操作數據部分，而不能對IP首部或TCP和UDP首部進行操作，通常把這兩種套接字稱為標准套接字。
但是，如果我們開發的是更底層的應用，比如發送一個自定義的IP包、UDP包、TCP包或ICMP包，捕獲所有經過本機網卡的數據包，

偽裝本機的IP，想要操作IP首部或傳輸層協議首部，等等，這些功能對於這兩種套接字就無能為力了。

這些功能需要使用另一種套接字來實現，這種套接字叫作原始套接字，功能更強大，更底層。

原始套接字可作的功能：

• 　　發送一個自定義的IP 包；
• 　　發送一個ICMP 協議包；
• 　　分析所有經過網絡的包，而不管這樣包是否是發給自己的；
• 　　偽裝本地的IP 地址；

 

 

1、 鏈路層原始套接字
鏈路層原始套接字調用socket()函數創建。

第一個參數指定協議族類型為PF_PACKET，第二個參數type可以設置為SOCK_RAW或SOCK_DGRAM，第三個參數是協議類型（該參數只對報文接收有意義）。

socket(PF_PACKET, type, htons(protocol))

a) 參數type設置為SOCK_RAW時，套接字接收和發送的數據都是從MAC首部開始的。

在發送時需要由調用者從MAC首部開始構造和封裝報文數據。type設置為SOCK_RAW的情況應用是比較多的，因為某些項目會使用到自定義的二層報文類型。

socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(protocol))

 

b) 參數type設置為SOCK_DGRAM時，套接字接收到的數據報文會將MAC首部去掉。同時在發送時也不需要再手動構造MAC首部，

只需要從IP首部（或ARP首部，取決於封裝的報文類型）開始構造即可，而MAC首部的填充由內核實現的。若對於MAC首部不關心的場景，可以使用這種類型，這種用法用得比較少。

socket(PF_PACKET, SOCK_DGRAM, htons(protocol))

2、網絡層原始套接字
創建面向連接的TCP和創建面向無連接的UDP套接字，在接收和發送時只能操作數據部分，而不能對IP首部或TCP和UDP首部進行操作。

如果想要操作IP首部或傳輸層協議首部，就需要調用如下socket()函數創建網絡層原始套接字。

第一個參數指定協議族的類型為PF_INET，第二個參數為SOCK_RAW，第三個參數protocol為協議類型。產品線有使用OSPF和RSVP等協議，需要使用這種類型的套接字。

    socktet(PF_INET, SOCK_RAW, protocol)

a) 接收報文
　　網絡層原始套接字接收到的報文數據是從IP首部開始的，即接收到的數據包含了IP首部, TCP/UDP/ICMP等首部, 以及數據部分。     
b) 發送報文
　　網絡層原始套接字發送的報文數據，在默認情況下是從IP首部之后開始的，即需要由調用者自行構造和封裝TCP/UDP等協議首部。
這種套接字也提供了發送時從IP首部開始構造數據的功能，通過setsockopt()給套接字設置上IP_HDRINCL選項，就需要在發送時自行構造IP首部。

原始套接字的創建

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

參數：
　　family：協議族 這里寫 PF_PACKET
　　type： 套接字類，這里寫 SOCK_RAW
　　protocol：協議類別，指定可以接收或發送的數據包類型，不能寫 “0”，取值如下，注意，傳參時需要用 htons() 進行字節序轉換。

ETH_P_IP：IPV4數據包
ETH_P_ARP：ARP數據包
ETH_P_ALL：任何協議類型的數據包

返回值：

　　成功( >0 )：套接字，這里為鏈路層的套接字
　　失敗( <0 )：出錯

二、socket之ioctl
1、struct ifreq結構體
ifreq結構定義在/usr/include/net/if.h，用來配置ip地址，激活接口，配置MTU等接口信息的。

其中包含了一個接口的名字和具體內容——（是個共用體，有可能是IP地址，廣播地址，子網掩碼，MAC號，MTU或其他內容）。

ifreq包含在ifconf結構中。而ifconf結構通常是用來保存所有接口的信息的。

// if.h
/*
 * Interface request structure used for socket
 * ioctl's.  All interface ioctl's must have parameter
 * definitions which begin with ifr_name.  The
 * remainder may be interface specific.
 */
struct ifreq {
#define IFHWADDRLEN    6
    union
    {
        char    ifrn_name[IFNAMSIZ];        /* if name, e.g. "en0" */
    } ifr_ifrn;
    
    union {
        struct    sockaddr ifru_addr;
        struct    sockaddr ifru_dstaddr;
        struct    sockaddr ifru_broadaddr;
        struct    sockaddr ifru_netmask;
        struct  sockaddr ifru_hwaddr;
        short    ifru_flags;
        int    ifru_ivalue;
        int    ifru_mtu;
        struct  ifmap ifru_map;
        char    ifru_slave[IFNAMSIZ];    /* Just fits the size */
        char    ifru_newname[IFNAMSIZ];
        void __user *    ifru_data;
        struct    if_settings ifru_settings;
    } ifr_ifru;
};
#define ifr_name    ifr_ifrn.ifrn_name    /* interface name     */
#define ifr_hwaddr    ifr_ifru.ifru_hwaddr    /* MAC address         */
#define    ifr_addr    ifr_ifru.ifru_addr    /* address        */
#define    ifr_dstaddr    ifr_ifru.ifru_dstaddr    /* other end of p-p lnk    */
#define    ifr_broadaddr    ifr_ifru.ifru_broadaddr    /* broadcast address    */
#define    ifr_netmask    ifr_ifru.ifru_netmask    /* interface net mask    */
#define    ifr_flags    ifr_ifru.ifru_flags    /* flags        */
#define    ifr_metric    ifr_ifru.ifru_ivalue    /* metric        */
#define    ifr_mtu        ifr_ifru.ifru_mtu    /* mtu            */
#define ifr_map        ifr_ifru.ifru_map    /* device map        */
#define ifr_slave    ifr_ifru.ifru_slave    /* slave device        */
#define    ifr_data    ifr_ifru.ifru_data    /* for use by interface    */
#define ifr_ifindex    ifr_ifru.ifru_ivalue    /* interface index    */
#define ifr_bandwidth    ifr_ifru.ifru_ivalue    /* link bandwidth    */
#define ifr_qlen    ifr_ifru.ifru_ivalue    /* Queue length     */
#define ifr_newname    ifr_ifru.ifru_newname    /* New name        */
#define ifr_settings    ifr_ifru.ifru_settings    /* Device/proto settings*/

// if.h
/*
 * Structure used in SIOCGIFCONF request.
 * Used to retrieve interface configuration
 * for machine (useful for programs which
 * must know all networks accessible).
 */
struct ifconf  {
    int    ifc_len;            /* size of buffer    */
    union {
        char __user *ifcu_buf;
        struct ifreq __user *ifcu_req;
    } ifc_ifcu;
};
#define    ifc_buf    ifc_ifcu.ifcu_buf        /* buffer address    */
#define    ifc_req    ifc_ifcu.ifcu_req        /* array of structures    */

2、用法

3、獲取ip地址舉例

#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <net/if.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
int main()
{
        int inet_sock;
        struct ifreq ifr;
        inet_sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 
        strcpy(ifr.ifr_name, "eth0");
        //SIOCGIFADDR標志代表獲取接口地址
        if (ioctl(inet_sock, SIOCGIFADDR, &ifr) <  0)
                perror("ioctl");
        printf("%s\n", inet_ntoa(((struct sockaddr_in*)&(ifr.ifr_addr))->sin_addr));
        return 0;
}

三、原始套接字編程舉例

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/if.h>
#include <linux/if_packet.h>
#include <linux/if_ether.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/if_ether.h>
#include <net/ethernet.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    int sockfd = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ARP) );
    if (sockfd == -1)
    {
        printf("socket error\n"); return 0;
    }

    //獲取網卡信息
    sockaddr_ll addr_ll;
    memset(&addr_ll, 0, sizeof(sockaddr_ll));
    addr_ll.sll_family = PF_PACKET;

    ifreq ifr;
    strcpy(ifr.ifr_name, "ens33");
    if (ioctl(sockfd, SIOCGIFINDEX, &ifr) == -1)
    {
        printf("error ioctl SIOCGIFINDEX\n"); return 0;
    }
    addr_ll.sll_ifindex = ifr.ifr_ifindex; //接口索引


    if (ioctl(sockfd, SIOCGIFADDR, &ifr) == -1)
    {
        printf("error ioctl SIOCGIFADDR\n"); return 0;
    }
    char* ipSrc = inet_ntoa(((struct sockaddr_in*)(&(ifr.ifr_addr)))->sin_addr);
    printf("ip address : %s\n", ipSrc); //source ip

    if (ioctl(sockfd, SIOCGIFHWADDR, &ifr) == -1)
    {
        printf("error ioctl SIOCGIFHWADDR\n"); return 0;
    }
    unsigned char macSrc[ETH_ALEN];
    memcpy(macSrc, ifr.ifr_hwaddr.sa_data, ETH_ALEN); //mac address
    printf("mac address");
    for (int i = 0; i < ETH_ALEN; i++)
        printf(":%02x", macSrc[i]);
    printf("\n");

    //填充以太網首部 和 ARP信息
    unsigned char macDst[ETH_ALEN] = {0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff};
    ether_header header;
    memcpy(header.ether_dhost, macDst, ETH_ALEN);
    memcpy(header.ether_shost, macSrc, ETH_ALEN);
    header.ether_type = htons(ETHERTYPE_ARP);

    ether_arp arp;
    arp.arp_hrd = htons(ARPHRD_ETHER);
    arp.arp_pro = htons(ETHERTYPE_IP);
    arp.arp_hln = ETH_ALEN;
    arp.arp_pln = 4; //IPv4
    arp.arp_op = htons(ARPOP_REQUEST);

    in_addr src_in_addr, dst_in_addr;
    inet_pton(AF_INET, ipSrc, &src_in_addr);
    inet_pton(AF_INET, "192.168.182.132", &dst_in_addr);

    memcpy(arp.arp_sha, macSrc, ETH_ALEN);
    memcpy(arp.arp_spa, &src_in_addr, 4);
    memcpy(arp.arp_tha, macDst, ETH_ALEN);
    memcpy(arp.arp_tpa, &dst_in_addr, 4);

    unsigned char sendBuf[sizeof(ether_header) + sizeof(ether_arp) ];
    memcpy(sendBuf, &header, sizeof(ether_header) );
    memcpy(sendBuf + sizeof(ether_header), &arp, sizeof(ether_arp));
    int len = sendto(sockfd, sendBuf, sizeof(sendBuf), 0, (const sockaddr*)&addr_ll, sizeof(addr_ll) );
    if (len > 0)
    {
        printf("send success\n");
    }

    return 0;
}

 

參考：
https://blog.csdn.net/zhu114wei/article/details/6927513
https://www.icode9.com/content-4-401910.html
https://www.it610.com/article/1297978265012609024.htm
https://www.bbsmax.com/A/KE5Qg6YkzL/
https://blog.csdn.net/pashanhu6402/article/details/96428887
https://blog.csdn.net/panker2008/article/details/46502783
https://baike.baidu.com/item/%E5%A5%97%E6%8E%A5%E5%AD%97/9637606?fromtitle=socket&fromid=281150&fr=aladdin
https://www.jianshu.com/p/066d99da7cbd
https://www.cnblogs.com/huqian23456/archive/2011/02/22/1961822.html
https://blog.csdn.net/will130/article/details/53326740
https://blog.51cto.com/mingtangduyao/1721604
https://blog.csdn.net/giantpoplar/article/details/47657303
https://blog.csdn.net/ljianhui/article/details/10477427#
https://www.cnblogs.com/dapaitou2006/p/6502195.html
https://blog.csdn.net/weixin_43206704/article/details/89327572
https://blog.csdn.net/weixin_43206704/article/details/89293187
http://blog.chinaunix.net/uid-27074062-id-3388166.html
https://blog.csdn.net/aebdm757009/article/details/101498118
https://tennysonsky.blog.csdn.net/article/details/44676377
https://blog.csdn.net/q623702748/article/details/52063019
https://blog.csdn.net/weixin_43288201/article/details/106266418