Linux网络编程：原始套接字的魔力探秘 (linux网络编程原始套接字的魔力下)
网络编程是计算机科学中非常重要的一门学科，它涉及到计算机系统的通信，数据传输以及网络协议的设计等方面。在这个领域中，Linux网络编程的重要性不言而喻。Linux作为一款免费、开源的操作系统，拥有非常强大的网络编程功能。其中，原始套接字是Linux网络编程中的一项重要技术，它可让开发者在应用层面上对网络包进行精细的控制。本文将探讨Linux网络编程中，原始套接字的魔力所在。
什么是原始套接字？
在介绍原始套接字之前，我们先来了解下Linux网络程序的工作原理。在Linux中，所有与网络有关的程序都需要使用套接字进行通信。一个套接字可以用来监听、连接、发送和接收网络数据。Linux支持各种类型的套接字，例如TCP套接字、UDP套接字、Unix域套接字等。除此之外，还有一种特殊的套接字，它被称为原始套接字。
原始套接字是一种可以访问网络层协议的套接字，它可以直接读取和解析传输层以下的网络数据。原始套接字可以在数据包进入Linux系统时就对其进行捕获，并以原始二进制的形式将其数据读入内存。基于这些数据，我们可以进行各种网络数据的操作，诸如数据包的过滤、协议的解析以及网络安全防御等。
为何需要原始套接字？
既然已经有了普通的套接字，那我们为什么还需要使用原始套接字呢？原始套接字之所以得到广泛应用，是因为它可以满足以下功能需求：
1. 促进网络协议的学习：通过使用原始套接字，我们可以更深入地了解网络协议的工作原理，以及协议之间的关系。比如，我们可以捕获网络中的各种协议数据包，包括TCP、UDP、ICMP等，然后进行解析，以便在更深层次上理解网络通信的工作原理。
2. 流量监控：原始套接字可以拦截、解析和分析网络数据包，然后统计其数量、大小、源地址和目的地址等信息。通过使用原始套接字，系统管理员可以深入了解网络流量的情况，从而完善网络安全和管理策略。
3. 网络扫描：原始套接字可以模拟TCP/IP协议栈，向目标主机发送各种类型的网络数据包，诸如SYN、ACK等。这使得我们可以使用原始套接字进行网络扫描，以检测目标主机的开放端口、操作系统版本等信息。
4. 网络防御：通过捕获和分析网络数据包，我们可以识别和防御网络攻击。例如，我们可以捕获ICMP协议的错误信息，从而找出网络中出现的攻击行为。
5. 数据封包和解包：原始套接字可以用于数据的封包和解包，例如对于网络中需要进行加密或打包的消息，我们可以通过原始套接字对其进行处理。
实践应用
在Linux中，我们可以通过编程使用原始套接字进行网络编程。这里我们使用C语言及其相关库函数进行实现，并且我们将使用一个简单的例子来说明如何使用原始套接字。
该例子是一个基于原始套接字进行ARP协议嗅探的程序。ARP协议(Address Resolution Protocol)用于将IP地址解析成MAC地址。在该程序中，我们能够嗅探所有传入的ARP数据包，并且将其MAC地址解析出来。
以下是程序的主要过程：
1. 创建原始套接字
int sockfd = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ARP));
PF_PACKET表示我们将直接与数据链路层进行交互，SOCK_RAW表示我们将直接从数据链路层读取原始数据，htons(ETH_P_ARP)表示我们只对ARP数据包感兴趣。
2. 接收网络数据包
struct sockaddr_ll sll;
int recv_len;
char buffer[65535];
while (1) {
recv_len = recvfrom(sockfd, buffer, 65535, 0, NULL, NULL);
if (recv_len
struct ethhdr *eth = (struct ethhdr*) buffer;
if (ntohs(eth->h_proto) != ETH_P_ARP) continue; //not ARP packet
//parse ARP packet and print the MAC address
printf(“MAC Address: %02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n”,
eth->h_source[0], eth->h_source[1], eth->h_source[2],
eth->h_source[3], eth->h_source[4], eth->h_source[5]);
}
在上述代码中，我们使用了recvfrom函数接收原始数据包，并且对其进行过滤和解析。
3. 关闭原始套接字
close(sockfd);
本文介绍了Linux网络编程中的一种重要技术——原始套接字。同时，我们也探讨了使用原始套接字进行网络编程的一些实践应用。原始套接字可以让我们深度理解网络协议的工作原理，同时也可以作为一种重要的安全防御手段。尽管原始套接字功能强大，但是在实际开发中，我们也需要注意安全问题，应谨慎使用。
相关问题拓展阅读：
linux下如何用socket套接字来代替ping程序来检测终端网络连通性？？急求（附代码加悬赏啊）
myping.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define MAX_SIZE 1024
char send_buf;
char recv_buf;
int nsend = 0,nrecv = 0;
int datalen = 56;
//统计结果
void statistics(int signum)
{
printf(“\n–PING statistics-\n”);
printf(“%d packets tranitted,%d recevid,%%%d lost\n”,nsend,nrecv,(nsend – nrecv)/nsend * 100);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
/隐配/校验和算法
int calc_chsum(unsigned short *addr,int len)
{
int sum = 0,n = len;
unsigned short answer = 0;
unsigned short *p = addr;
//每两个字节相加
while(n > 1)
{
sum += *p ++;
n -= 2;
}
//处理数据大小是奇数，在最后一个字节后面补0
if(n == 1)
{
*((unsigned char *)&answer) = *(unsigned char *)p;
sum += answer;
}
//将得到的sum值的高樱携坦2字节和低2字节相加
sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff);
//处理溢出的情况
sum += sum >> 16;
answer = ~sum;
return answer;
}
int pack(int pack_num)
{
int packsize;
struct icmp *icmp;
struct timeval *tv;
icmp = (struct icmp *)send_buf;
icmp->icmp_type = ICMP_ECHO;
icmp->icmp_code = 0;
icmp->icmp_cksum = 0;
icmp->icmp_id = htons(getpid());
icmp->icmp_seq = htons(pack_num);
tv = (struct timeval *)icmp->icmp_data;
//记录发送时间
if(gettimeofday(tv,NULL) icmp_cksum = calc_chsum((unsigned short *)icmp,packsize);
return packsize;
}
int send_packet(int sockfd,struct sockaddr *paddr)
{
int packsize;
//将send_buf填上a
memset(send_buf,’a’,sizeof(send_buf));
nsend ++;
//打icmp包
packsize = pack(nsend);
if(sendto(sockfd,send_buf,packsize,0,paddr,sizeof(struct sockaddr)) tv_usec – tv_send->tv_usec tv_sec –;
tv_recv->tv_usec +=;
}
ts.tv_sec = tv_recv->tv_sec – tv_send->tv_sec;
ts.tv_usec = tv_recv->tv_usec – tv_send->tv_usec;
return ts;
}
int unpack(int len,struct timeval *tv_recv,struct sockaddr *paddr,char *ipname)
{
struct ip *ip;
struct icmp *icmp;
struct timeval *tv_send,ts;
int ip_head_len;
float rtt;
ip = (struct ip *)recv_buf;
ip_head_len = ip->ip_hl icmp_id) == getpid() && icmp->icmp_type == ICMP_ECHOREP)
{
nrecv ++;
tv_send = (struct timeval *)icmp->icmp_data;
ts = time_sub(tv_send,tv_recv);
rtt = ts.tv_sec * 1000 + (float)ts.tv_usec/1000;//以毫秒为单位
printf(“%d bytes from %s (%s):icmp_req = %d ttl=%d time=%.3fms.\n”,
len,ipname,inet_ntoa(((struct sockaddr_in *)paddr)->sin_addr),ntohs(icmp->icmp_seq),ip->ip_ttl,rtt);
}
return 0;
}
int recv_packet(int sockfd,char *ipname)
{
int addr_len ,n;
struct timeval tv;
struct sockaddr from_addr;
addr_len = sizeof(struct sockaddr);
if((n = recvfrom(sockfd,recv_buf,sizeof(recv_buf),0,&from_addr,&addr_len)) p_proto)) h_addr,host->h_length);
}else{//ip地址
peer_addr.sin_addr.s_addr = netaddr;
}
//注册信号处理函数
signal(SIGALRM,statistics);
signal(SIGINT,statistics);
alarm(5);
//开始信息
printf(“PING %s(%s) %d bytes of data.\n”,argv,inet_ntoa(peer_addr.sin_addr),datalen);
//发送包文和接收报文
while(1)
{
send_packet(sockfd,(struct sockaddr *)&peer_addr);
recv_packet(sockfd,argv);
alarm(5);
sleep(1);
}
exit(EXIT_SUCCESS);
}
gcc -o myping myping.c
./myping 10.1.1.1
PING 10.1.1.1(10.1.1.1) 56 bytes of data.
64 bytes from 10.1.1.1 (10.1.1.1):icmp_req = 1 ttl=253 time=10.573ms.
64 bytes from 10.1.1.1 (10.1.1.1):icmp_req = 2 ttl=253 time=12.585ms.
64 bytes from 10.1.1.1 (10.1.1.1):icmp_req = 3 ttl=253 time=9.440ms.
64 bytes from 10.1.1.1 (10.1.1.1):icmp_req = 4 ttl=253 time=12.923ms.
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