***之旅――原始套接字（Raw Socket）透析(1)－－引言

淡淡的烟草味﹌ 2022-04-03 11:55 164阅读 0赞

1.引言  
大多数程序员所接触到的套接字（Socket）为两类：  
（1）流式套接字（SOCK\_STREAM）：一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；  
（2）数据报式套接字（SOCK\_DGRAM）：一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。  
从用户的角度来看，SOCK\_STREAM、SOCK\_DGRAM这两类套接字似乎的确涵盖了TCP/IP应用的全部，因为基于TCP/IP的应用，从协议栈的层次上讲，在传输层的确只可能建立于TCP或UDP协议之上（图1），而SOCK\_STREAM、SOCK\_DGRAM又分别对应于TCP和UDP，所以几乎所有的应用都可以用这两类套接字实现。  
  
图1 TCP/IP协议栈  
但是，当我们面对如下问题时，SOCK\_STREAM、SOCK\_DGRAM将显得这样无助：  
（1） 怎样发送一个自定义的IP包？  
（2） 怎样发送一个ICMP协议包？  
（3） 怎样使本机进入杂糅模式，从而能够进行网络sniffer？  
（4） 怎样分析所有经过网络的包，而不管这样包是否是发给自己的？  
（5） 怎样伪装本地的IP地址？  
这使得我们必须面对另外一个深刻的主题――原始套接字（Raw Socket）。Raw Socket广泛应用于高级网络编程，也是一种广泛的\*\*\*手段。著名的网络sniffer、拒绝服务\*\*\*（DOS）、IP欺骗等都可以以Raw Socket实现。  
Raw Socket与标准套接字（SOCK\_STREAM、SOCK\_DGRAM）的区别在于前者直接置“根”于操作系统网络核心（Network Core），而SOCK\_STREAM、SOCK\_DGRAM则“悬浮”于TCP和UDP协议的外围，如图2所示：  
  
图2 Raw Socket与标准Socket  
当我们使用Raw Socket的时候，可以完全自定义IP包，一切形式的包都可以“制造”出来。因此，本文事先必须对TCP/IP所涉及IP包结构进行必要的交待。  
目前，IPv4的报头结构为：  
版本号（4） 包头长（4） 服务类型（8） 数据包长度（16）  
标识（16） 偏移量（16）  
生存时间（8） 传输协议（8） 校验和（16）  
源地址（32）  
目的地址（32）  
选项（8） ......... 填充  
对其进行数据结构封装：  
typedef struct \_iphdr //定义IP报头  
\{  
unsigned char h\_lenver; //4位首部长度+4位IP版本号  
unsigned char tos; //8位服务类型TOS  
unsigned short total\_len; //16位总长度（字节）  
unsigned short ident; //16位标识  
unsigned short frag\_and\_flags; //3位标志位  
unsigned char ttl; //8位生存时间 TTL  
unsigned char proto; //8位协议 (TCP, UDP 或其他)  
unsigned short checksum; //16位IP首部校验和  
unsigned int sourceIP; //32位源IP地址  
unsigned int destIP; //32位目的IP地址  
\} IP\_HEADER;  
或者将上述定义中的第一字节按位拆分：  
typedef struct \_iphdr //定义IP报头  
\{  
unsigned char h\_len : 4; //4位首部长度  
unsigned char ver : 4; //4位IP版本号  
unsigned char tos;  
unsigned short total\_len;  
unsigned short ident;  
unsigned short frag\_and\_flags;  
unsigned char ttl;  
unsigned char proto;  
unsigned short checksum;  
unsigned int sourceIP;  
unsigned int destIP;  
\} IP\_HEADER;  
更加严格地讲，上述定义中h\_len、ver字段的内存存放顺序还与具体CPU的Endian有关，因此，更加严格的IP\_HEADER可定义为：  
typedef struct \_iphdr //定义IP报头  
\{  
\#if defined(\_\_LITTLE\_ENDIAN\_BITFIELD)  
unsigned char h\_len : 4; //4位首部长度  
unsigned char ver : 4; //4位IP版本号  
\#elif defined (\_\_BIG\_ENDIAN\_BITFIELD)  
unsigned char ver : 4; //4位IP版本号  
unsigned char h\_len : 4; //4位首部长度  
\#endif  
unsigned char tos;  
unsigned short total\_len;  
unsigned short ident;  
unsigned short frag\_and\_flags;  
unsigned char ttl;  
unsigned char proto;  
unsigned short checksum;  
unsigned int sourceIP;  
unsigned int destIP;  
\} IP\_HEADER;  
TCP报头结构为：  
源端口（16） 目的端口（16）  
序列号（32）  
确认号（32）  
TCP偏移量（4） 保留（6） 标志（6） 窗口（16）  
校验和（16） 紧急（16）  
选项（0或32）  
数据（可变）  
对应数据结构：  
typedef struct psd\_hdr //定义TCP伪报头  
\{  
unsigned long saddr; //源地址  
unsigned long daddr; //目的地址  
char mbz;  
char ptcl; //协议类型  
unsigned short tcpl; //TCP长度  
\}PSD\_HEADER;

typedef struct \_tcphdr //定义TCP报头  
\{  
unsigned short th\_sport; //16位源端口  
unsigned short th\_dport; //16位目的端口  
unsigned int th\_seq; //32位序列号  
unsigned int th\_ack; //32位确认号  
unsigned char th\_lenres; //4位首部长度/4位保留字  
unsigned char th\_flag; //6位标志位  
unsigned short th\_win; //16位窗口大小  
unsigned short th\_sum; //16位校验和  
unsigned short th\_urp; //16位紧急数据偏移量  
\} TCP\_HEADER;  
同样地，TCP头的定义也可以将位域拆分：  
typedef struct \_tcphdr  
\{  
unsigned short th\_sport;  
unsigned short th\_dport;  
unsigned int th\_seq;  
unsigned int th\_ack;  
/\*little-endian\*/  
unsigned short tcp\_res1: 4, tcp\_hlen: 4, tcp\_fin: 1, tcp\_syn: 1, tcp\_rst: 1, tcp\_psh: 1, tcp\_ack: 1, tcp\_urg: 1, tcp\_res2: 2;  
unsigned short th\_win;  
unsigned short th\_sum;  
unsigned short th\_urp;  
\} TCP\_HEADER;  
UDP报头为：  
源端口（16） 目的端口（16）  
报文长（16） 校验和（16）  
对应的数据结构为：  
typedef struct \_udphdr //定义UDP报头  
\{  
unsigned short uh\_sport;//16位源端口  
unsigned short uh\_dport;//16位目的端口  
unsigned short uh\_len;//16位长度  
unsigned short uh\_sum;//16位校验和  
\} UDP\_HEADER;  
ICMP协议是网络层中一个非常重要的协议，其全称为Internet Control Message Protocol（因特网控制报文协议），ICMP协议弥补了IP的缺限，它使用IP协议进行信息传递，向数据包中的源端节点提供发生在网络层的错误信息反馈。ICMP报头为：  
类型（8） 代码（8） 校验和（16）  
消息内容  
常用的回送与或回送响应ICMP消息对应数据结构为：  
typedef struct \_icmphdr //定义ICMP报头(回送与或回送响应)  
\{  
unsigned char i\_type;//8位类型  
unsigned char i\_code; //8位代码  
unsigned short i\_cksum; //16位校验和  
unsigned short i\_id; //识别号（一般用进程号作为识别号）  
unsigned short i\_seq; //报文序列号  
unsigned int timestamp;//时间戳  
\} ICMP\_HEADER;  
常用的ICMP报文包括ECHO-REQUEST（响应请求消息）、ECHO-REPLY（响应应答消息）、Destination Unreachable（目标不可到达消息）、Time Exceeded（超时消息）、Parameter Problems（参数错误消息）、Source Quenchs（源抑制消息）、Redirects（重定向消息）、Timestamps（时间戳消息）、Timestamp Replies（时间戳响应消息）、Address Masks（地址掩码请求消息）、Address Mask Replies（地址掩码响应消息）等，是Internet上十分重要的消息。后面章节中所涉及到的ping命令、ICMP拒绝服务\*\*\*、路由欺骗都与ICMP协议息息相关。  
另外，本系列文章中的部分源代码参考了一些优秀程序员的开源项目，由于篇幅的关系我们不能一一列举，在此一并表示感谢。  
So, let’s go.