一、原始套接字概述
协议栈的原始套接字从实现上可以分为“链路层原始套接字”和“网络层原始套接字”两大类。
链路层原始套接字可以直接用于接收和发送链路层的MAC帧，在发送时需要由调用者自行构造和封装MAC首部。
网络层原始套接字可以直接用于接收和发送IP层的报文数据，在发送时需要自行构造IP报文头（取决是否设置IP_HDRINCL选项）。
原始套接字(SOCK_RAW)可以用来自行组装数据包，可以接收本机网卡上所有的数据帧(数据包)，对于监听网络流量和分析网络数据很有作用。
原始套接字是基于IP 数据包的编程(SOCK_PACKET 是基于数据链路层的编程)。另外，必须在管理员权限下才能使用原始套接字。
原始套接字(SOCK_RAW)与标准套接字(SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM)的区别在于原始套接字直接置“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。
流式套接字只能收发TCP协议的数据，数据报套接字只能收发UDP协议的数据，原始套接字可以收发没经过内核协议栈的数据包。
原始套接字，指在传输层下面使用的套接字。流式套接字和数据报套接字这两种套接字工作在传输层，主要为应用层的应用程序提供服务，
并且在接收和发送时只能操作数据部分，而不能对IP首部或TCP和UDP首部进行操作，通常把这两种套接字称为标准套接字。
但是，如果我们开发的是更底层的应用，比如发送一个自定义的IP包、UDP包、TCP包或ICMP包，捕获所有经过本机网卡的数据包，
伪装本机的IP，想要操作IP首部或传输层协议首部，等等，这些功能对于这两种套接字就无能为力了。
这些功能需要使用另一种套接字来实现，这种套接字叫作原始套接字，功能更强大，更底层。
原始套接字可作的功能：
- 发送一个自定义的IP 包；
- 发送一个ICMP 协议包；
- 分析所有经过网络的包，而不管这样包是否是发给自己的；
- 伪装本地的IP 地址；
1、 链路层原始套接字
链路层原始套接字调用socket()函数创建。
第一个参数指定协议族类型为PF_PACKET，第二个参数type可以设置为SOCK_RAW或SOCK_DGRAM，第三个参数是协议类型（该参数只对报文接收有意义）。
socket(PF_PACKET, type, htons(protocol))
a) 参数type设置为SOCK_RAW时，套接字接收和发送的数据都是从MAC首部开始的。
在发送时需要由调用者从MAC首部开始构造和封装报文数据。type设置为SOCK_RAW的情况应用是比较多的，因为某些项目会使用到自定义的二层报文类型。
socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(protocol))
b) 参数type设置为SOCK_DGRAM时，套接字接收到的数据报文会将MAC首部去掉。同时在发送时也不需要再手动构造MAC首部，
只需要从IP首部（或ARP首部，取决于封装的报文类型）开始构造即可，而MAC首部的填充由内核实现的。若对于MAC首部不关心的场景，可以使用这种类型，这种用法用得比较少。
socket(PF_PACKET, SOCK_DGRAM, htons(protocol))
2、网络层原始套接字
创建面向连接的TCP和创建面向无连接的UDP套接字，在接收和发送时只能操作数据部分，而不能对IP首部或TCP和UDP首部进行操作。
如果想要操作IP首部或传输层协议首部，就需要调用如下socket()函数创建网络层原始套接字。
第一个参数指定协议族的类型为PF_INET，第二个参数为SOCK_RAW，第三个参数protocol为协议类型。产品线有使用OSPF和RSVP等协议，需要使用这种类型的套接字。
socktet(PF_INET, SOCK_RAW, protocol)
a) 接收报文
网络层原始套接字接收到的报文数据是从IP首部开始的，即接收到的数据包含了IP首部, TCP/UDP/ICMP等首部, 以及数据部分。
b) 发送报文
网络层原始套接字发送的报文数据，在默认情况下是从IP首部之后开始的，即需要由调用者自行构造和封装TCP/UDP等协议首部。
这种套接字也提供了发送时从IP首部开始构造数据的功能，通过setsockopt()给套接字设置上IP_HDRINCL选项，就需要在发送时自行构造IP首部。
原始套接字的创建
int socket ( int family, int type, int protocol );
参数：
family：协议族 这里写 PF_PACKET
type： 套接字类，这里写 SOCK_RAW
protocol：协议类别，指定可以接收或发送的数据包类型，不能写 “0”，取值如下，注意，传参时需要用 htons() 进行字节序转换。
ETH_P_IP：IPV4数据包
ETH_P_ARP：ARP数据包
ETH_P_ALL：任何协议类型的数据包
返回值：
成功( >0 )：套接字，这里为链路层的套接字
失败( <0 )：出错
二、socket之ioctl
1、struct ifreq结构体
ifreq结构定义在/usr/include/net/if.h，用来配置ip地址，激活接口，配置MTU等接口信息的。
其中包含了一个接口的名字和具体内容——（是个共用体，有可能是IP地址，广播地址，子网掩码，MAC号，MTU或其他内容）。
ifreq包含在ifconf结构中。而ifconf结构通常是用来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、获取ip地址举例
#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标志代表获取接口地址
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、原始套接字编程举例
#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;
}
//获取网卡信息
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");
//填充以太网首部 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;
}
