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Linux网络编程：原始套接字的魔力【续】

發布時間：2025/3/15 linux 20 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Linux网络编程：原始套接字的魔力【续】小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

如何從鏈路層直接發送數據幀? ? ? ?本來以為這部分都弄完了，結果有朋友反映說看了半天還是沒看到如何從鏈路層直接發送數據。因為上一篇里面提到的是從鏈路層“收發”數據，結果只“收”完，忘了“發”，實在抱歉，所以就有這篇續出來了。? ? ? ?上一節我們主要研究了如何從鏈路層直接接收數據幀，可以通過bind函數來將原始套接字綁定到本地一個接口上，然后該套接字就只接收從該接口收上來的對應的數據包。今天我們用原始套接字來手工實現鏈路層ARP報文的發送和接收，以便大家對原始套接字有更深刻的掌握和理解。 ? ? ? ?ARP全稱為地址解析協議，是鏈路層廣泛使用的一種尋址協議，完成32比特IP地址到48比特MAC地址的映射轉換。在以太網中，當一臺主機需要向另外一臺主機發送消息時，它會首先在自己本地的ARP緩存表中根據目的主機的IP地址查找其對應的MAC地址，如果找到了則直接向其發送消息。如果未找到，它首先會在全網發送一個ARP廣播查詢，這個查詢的消息會被以太網中所有主機接收到，然后每個主機就根據ARP查詢報文中所指定的IP地址來檢查該報文是不是發給自己的，如果不是則直接丟棄；只有被查詢的目的主機才會對這個消息進行響應，然后將自己的MAC地址通告給發送者。 ? ? ? ?也就是說，鏈路層中是根據MAC地址來確定唯一一臺主機。以太幀格式如下：? ? ? ?以太幀首部中2字節的幀類型字段指定了其上層所承載的具體協議，常見的有0x0800表示是IP報文、0x0806表示RARP協議、0x0806即為我們將要討論的ARP協議。 ?硬件類型： 1表示以太網。 ?協議類型： 0x0800表示IP地址。和以太頭部中幀類型字段相同。 ?硬件地址長度和協議地址長度：對于以太網中的ARP協議而言，分別為6和4； ?操作碼：1表示ARP請求；2表示ARP應答；3表示RARP請求；4表示RARP應答。 ? ? ? ?我們這里只討論硬件地址為以太網地址、協議地址為IP地址的情形，所以剩下四個字段就分別表示發送方的MAC和IP地址、接收方的MAC和IP地址了。 ? ? ? ?注意：對于一個ARP請求報文來說，除了接收方硬件地址外，其他字段都要填充。當系統收到一個ARP請求時，會查詢該請求報文中接收方的協議地址是否和自己的IP地址相等，如果相等，它就把自己的硬件地址和協議地址填充進去，將發送和接收方的地址互換，然后將操作碼改為2，發送回去。
???????下面看一個使用原始套接字發送ARP請求的例子：點擊(此處)折疊或打開

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <errno.h>

#include <sys/socket.h>

#include <sys/ioctl.h>

#include <sys/types.h>

#include <netinet/in.h>

#include <netinet/ip.h>

#include <netinet/if_ether.h>

#include <net/if_arp.h>

#include <netpacket/packet.h>

#include <net/if.h>

#include <net/ethernet.h>

#define BUFLEN 42

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

????int skfd,n;

? ? char buf[BUFLEN]={0};

? ? struct ether_header *eth;

? ? struct ether_arp *arp;

? ? struct sockaddr_ll toaddr;

? ? struct in_addr targetIP,srcIP;

? ? struct ifreq ifr;

? ? unsigned char src_mac[ETH_ALEN]={0};

? ? unsigned char dst_mac[ETH_ALEN]={0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff}; //全網廣播ARP請求

????if(3 != argc){

? ? ? ? ? ? printf("Usage: %s netdevName dstIP\n",argv[0]);

? ? ? ? ? ??exit(1);

? ? }

? ? if(0>(skfd=socket(PF_PACKET,SOCK_RAW,htons(ETH_P_ALL)))){

? ? ? ? ? ? perror("Create Error");

? ? ? ? ? ??exit(1);

? ? }

? ? bzero(&toaddr,sizeof(toaddr));

? ? bzero(&ifr,sizeof(ifr));

? ? strcpy(ifr.ifr_name,argv[1]);

? ? //獲取接口索引

? ? if(-1 == ioctl(skfd,SIOCGIFINDEX,&ifr)){

? ? ? ? ? ?perror("get dev index error:");

? ? ? ? ? ?exit(1);

? ? }

? ? toaddr.sll_ifindex = ifr.ifr_ifindex;

? ? printf("interface Index:%d\n",ifr.ifr_ifindex);

? ??//獲取接口IP地址

? ??if(-1 == ioctl(skfd,SIOCGIFADDR,&ifr)){

? ? ? ? ? ?perror("get IP addr error:");

? ? ? ? ? ?exit(1);

? ??}

? ? srcIP.s_addr = ((struct sockaddr_in*)&(ifr.ifr_addr))->sin_addr.s_addr;

? ? printf("IP addr:%s\n",inet_ntoa(((struct sockaddr_in*)&(ifr.ifr_addr))->sin_addr));

? ??//獲取接口的MAC地址

? ??if(-1 == ioctl(skfd,SIOCGIFHWADDR,&ifr)){

? ? ? ? ? ?perror("get dev MAC addr error:");

? ? ? ? ? ?exit(1);

? ??}

? ? memcpy(src_mac,ifr.ifr_hwaddr.sa_data,ETH_ALEN);

? ? printf("MAC :%02X-%02X-%02X-%02X-%02X-%02X\n",src_mac[0],src_mac[1],src_mac[2],src_mac[3],src_mac[4],src_mac[5]);

? ??//開始填充，構造以太頭部

? ? eth=(struct ether_header*)buf;

? ? memcpy(eth->ether_dhost,dst_mac,ETH_ALEN);

? ? memcpy(eth->ether_shost,src_mac,ETH_ALEN);

? ? eth->ether_type = htons(ETHERTYPE_ARP);

? ??//手動開始填充用ARP報文首部

? ? arp=(struct arphdr*)(buf+sizeof(struct ether_header));

? ? arp->arp_hrd = htons(ARPHRD_ETHER); //硬件類型為以太

? ? arp->arp_pro = htons(ETHERTYPE_IP); //協議類型為IP

? ??//硬件地址長度和IPV4地址長度分別是6字節和4字節

? ? arp->arp_hln = ETH_ALEN;

? ? arp->arp_pln = 4;

? ??//操作碼，這里我們發送ARP請求

? ? arp->arp_op = htons(ARPOP_REQUEST);

? ? ??

? ??//填充發送端的MAC和IP地址

? ? memcpy(arp->arp_sha,src_mac,ETH_ALEN);

? ? memcpy(arp->arp_spa,&srcIP,4);

? ??//填充目的端的IP地址，MAC地址不用管

? ? inet_pton(AF_INET,argv[2],&targetIP);

? ? memcpy(arp->arp_tpa,&targetIP,4);

? ? toaddr.sll_family = PF_PACKET;

? ? n=sendto(skfd,buf,BUFLEN,0,(struct sockaddr*)&toaddr,sizeof(toaddr));

? ? close(skfd);

? ? return 0;

}

? ? ?結果如下：? ? ? ?可以看到，我向網關發送一個ARP查詢請求，報文中攜帶了網關的IP地址以及我本地主機的IP和MAC地址。網關收到該請求后，對我的這個報文進行了回應，將它的MAC地址在ARP應答報文中發給我了。 ? ? ? ?在這個示例程序中，我們完全自己手動構造了以太幀頭部，并完成了整個ARP請求報文的填充，最后用sendto函數，將我們的數據通過eth0接口發送出去。這個程序的靈活性還在于支持多網卡，使用時只要指定網卡名稱(如eth0或eth1)，程序便會自動去獲取指定接口相應的IP和MAC地址，然后用它們去填充ARP請求報文中對應的各字段。 ? ? ? ?在頭文件<net/thernet.h>里，主要對以太幀首部進行了封裝：點擊(此處)折疊或打開

struct ether_header

{

? ?u_int8_t ether_dhost[ETH_ALEN]; /* destination eth addr */

? ?u_int8_t ether_shost[ETH_ALEN]; /* source ether addr */

? ?u_int16_t ether_type; /* packet type ID field */

} __attribute__ ((__packed__));

? ? ?在頭文件<net/if_arp.h>中，對ARP首部進行了封裝：點擊(此處)折疊或打開

struct arphdr

{

? ? unsigned short ar_hrd; /* format of hardware address */

? ? unsigned short ar_pro; /* format of protocol address */

? ? unsigned char ar_hln; /* length of hardware address */

? ? unsigned char ar_pln; /* length of protocol address */

? ? unsigned short ar_op; /* ARP opcode (command) */

}

? ? ??而頭文件<netinet/if_ether.h>里，又對ARP整個報文進行了封裝：點擊(此處)折疊或打開

struct ether_arp {

? ? struct arphdr ea_hdr; /* fixed-size 8 bytes header */

? ? u_int8_t arp_sha[ETH_ALEN]; /* sender hardware address */

? ? u_int8_t arp_spa[4]; /* sender protocol address */

? ? u_int8_t arp_tha[ETH_ALEN]; /* target hardware address */

? ? u_int8_t arp_tpa[4]; /* target protocol address */

};

#define arp_hrd ea_hdr.ar_hrd

#define arp_pro ea_hdr.ar_pro

#define arp_hln ea_hdr.ar_hln

#define arp_pln ea_hdr.ar_pln

#define arp_op ea_hdr.ar_op

? ? 最后再看一個簡單的接收ARP報文的小程序：?
點擊(此處)折疊或打開

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <errno.h>

#include <sys/socket.h>

#include <sys/ioctl.h>

#include <sys/types.h>

#include <netinet/in.h>

#include <netinet/ip.h>

#include <netinet/if_ether.h>

#include <net/if_arp.h>

#include <netpacket/packet.h>

#include <net/if.h>

#define BUFLEN 60

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

????int i,skfd,n;

????char buf[ETH_FRAME_LEN]={0};

????struct ethhdr *eth;

????struct ether_arp *arp;

????struct sockaddr_ll fromaddr;

????struct ifreq ifr;

????unsigned char src_mac[ETH_ALEN]={0};

????if(2 != argc){

????????printf("Usage: %s netdevName\n",argv[0]);

????????exit(1);

????}

????//只接收發給本機的ARP報文

????if(0>(skfd=socket(PF_PACKET,SOCK_RAW,htons(ETH_P_ARP)))){

????????perror("Create Error");

????????exit(1);

????}

????bzero(&fromaddr,sizeof(fromaddr));

????bzero(&ifr,sizeof(ifr));

????strcpy(ifr.ifr_name,argv[1]);

????//獲取接口索引

????if(-1 == ioctl(skfd,SIOCGIFINDEX,&ifr)){

????????perror("get dev index error:");

????????exit(1);

????}

????fromaddr.sll_ifindex = ifr.ifr_ifindex;

????printf("interface Index:%d\n",ifr.ifr_ifindex);

????//獲取接口的MAC地址

????if(-1 == ioctl(skfd,SIOCGIFHWADDR,&ifr)){

????????perror("get dev MAC addr error:");

????????exit(1);

????}

????memcpy(src_mac,ifr.ifr_hwaddr.sa_data,ETH_ALEN);

????printf("MAC :%02X-%02X-%02X-%02X-%02X-%02X\n",src_mac[0],src_mac[1],src_mac[2],src_mac[3],src_mac[4],src_mac[5]);

????fromaddr.sll_family = PF_PACKET;

????fromaddr.sll_protocol=htons(ETH_P_ARP);

????fromaddr.sll_hatype=ARPHRD_ETHER;

????fromaddr.sll_pkttype=PACKET_HOST;

????fromaddr.sll_halen=ETH_ALEN;

????memcpy(fromaddr.sll_addr,src_mac,ETH_ALEN);

????bind(skfd,(struct sockaddr*)&fromaddr,sizeof(struct sockaddr));

????while(1){

????????memset(buf,0,ETH_FRAME_LEN);

????????n=recvfrom(skfd,buf,ETH_FRAME_LEN,0,NULL,NULL);

????????eth=(struct ethhdr*)buf;

????????arp=(struct ether_arp*)(buf+14);

????????printf("Dest MAC:");

????????for(i=0;i<ETH_ALEN;i++){

????????????printf("%02X-",eth->h_dest[i]);

????????}

????????printf("Sender MAC:");

????????for(i=0;i<ETH_ALEN;i++){

????????????printf("%02X-",eth->h_source[i]);

????????}

????????printf("\n");

????????printf("Frame type:%0X\n",ntohs(eth->h_proto));

????????if(ntohs(arp->arp_op)==2){

????????????printf("Get an ARP replay!\n");

????????}

????}

????close(skfd);

????return 0;

}

?該示例程序中，調用recvfrom之前我們調用了bind系統調用，目的是僅從指定的接口接收ARP報文(由socket函數的第三個參數“ETH_P_ARP”決定)。可以對比一下，該程序與博文“Linux網絡編程：原始套接字的魔力【下】”里介紹的抓包程序的區別。?小結：通過這幾個章節的熱身，相信大家對網絡編程中常見的一系列API函數 socket,bind,listen,connect,sendto,recvfrom,close等的認識應該會有一個較高的突破。當然，你也必須趕快對它們熟悉起來，因為后面我們不但要“知其然”，還要知其“所以然”。后面，我們會以這些函數調用為主線，看看它們到底在內核中做些哪些事情，而這又對我們理解協議棧的實現原理有什么幫助做進一步的分析和討論。

轉載于:https://blog.51cto.com/yehubilee/1069078

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux网络编程：原始套接字的魔力【续】的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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