socket原始套接字编程

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
", 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
"); 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
"); return 0;
    }
    addr_ll.sll_ifindex = ifr.ifr_ifindex; //接口索引


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

    if (ioctl(sockfd, SIOCGIFHWADDR, &ifr) == -1)
    {
        printf("error ioctl SIOCGIFHWADDR
"); 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("
");

    //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
");
    }

    return 0;
}

参考：
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