网络编程（原始套接字）

原始套接字提供如下功能：

1、读写ICMPv4，IGMPv4及ICMPv6分组。如ping程序，就是使用原始套接口中发送ICMP回显请求，并接受ICMP回显应答

2、读写特殊的IPv4数据报。大多数内核处理值为1(ICMP)，2（IGMP)、6（TCP)和17(UDP)的数据报。协议字段还可能为其他值

3、使用IP_HDRINCL套接口选项可以构造自己的IPv4头部。

原始套接口的创建

一般分为以下几步

1、第二个参数为SOCK_RAW,调用 socket函数创建一个原始套接口。第三个参数一般不为0。protocol可以为IPPROTO_ICMP或者 IPPROTO_IGMP。只有超级用户才有权创建原始套接字

2、可以设置 IP_HDRINCL套接口选项，如

const int on = 1;

setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, &on, sizeof(on));

3、可以对原始套接品调用 bind函数，但是不常用。这个仅用来设置本地地址，对于端口号没有意义

4、可以在原始套接口上调用 connect函数，也不常用，只是设置目地地址，对于端口也没有意义。调用 connect后，因为指定了目的地址，可以调用 write 或send,而不是sendto

原始套接口输出

输出有以下规则

1、普通输出调用 sendto或sendmsg并指定目的IP地址来完成。如果套接口已连接,可以用write,writev或send

2、如果IP_HDRINCL没有设置，写的数据起始地址为IP头部后的第一个字节，其中头部协议字段填写为socket调用时的第三个参数

3、如果IP_HDRINCL已经设置，写的数据起始地址为IP头部的第一个字节，用户提供的数据大小值必须包括头部的字节数。此进进程除了标识字段和检验和字段外，其它可能由进程来设置。检验和是由内核计算填充的

4、对于超出外出接口MTU的分组，内核将其分片。

原始套接口输入

接收到的以下分组哪些会及不会传递给原始套接口，有以下规则

1、TCP和UDP分组不会传递给原始套接口

2、当内核处理完ICMP消息后，绝大部分 ICMP分组会传递给原始套接口

3、内核处理完IGMP消息后，所有IGMP分组都将传递给原始套接口

4、内核不能识别的协议字段的IP数据报都将传递给原始套接口。内核对这些分组唯一做的就是检验IP头部的某些字段:IP版本，IPv4头部检验和，头部长度及目的IP地址

5、如果数据以片段形式到达，则该分组将原所有片段到达重组后传给原始套接口

下面是用原始套接口中写的类似Ping程序

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in_systm.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/ip_icmp.h>
#include <netdb.h>
#include <signal.h>
#include <sys/time.h>
#include <stdio.h>#define BUFSIZE 1500char recvbuf[BUFSIZE];
char sendbuf[BUFSIZE];
//int datalen;
char *host;
int nsent;
pid_t pid;
int sockfd;
int verbose;void proc_v4(char *, ssize_t, struct timeval *);
//void proc_v6(char *, ssize_t, struct timeval *);
void send_v4();
//void send_v6();
void readloop();
void sig_alrm(int);
void tv_sub(struct timeval*, struct timeval*);struct proto
{void (*fproc)(char *, ssize_t, struct timeval*);void (*fsend)(void);struct sockaddr *sasend;struct sockaddr *sarecv;socklen_t salen;int icmpproto;
}*pr;char *sock_ntop(struct sockaddr *sa, socklen_t len)
{char portstr[7];   static char str[128];switch (sa->sa_family) {case AF_INET:{struct sockaddr_in *sin = (struct sockaddr_in*)sa;if (inet_ntop(AF_INET, &sin->sin_addr, str, sizeof(str)) == NULL) return NULL;if (ntohs(sin->sin_port) != 0) {snprintf(portstr, sizeof(portstr), "port=%d", ntohs(sin->sin_port));  strcat(str, portstr);}return str;}}
}struct addrinfo *host_serv(const char *host, const char *serv, int family, int socktype)
{struct addrinfo hints, *res;int n;bzero(&hints, sizeof(hints));hints.ai_flags = AI_CANONNAME;hints.ai_family = family;hints.ai_socktype = socktype;if ((n = getaddrinfo(host, serv, &hints, &res)) != 0) return NULL;return res;
}struct proto proto_v4 = {proc_v4, send_v4, NULL, NULL, 0, IPPROTO_ICMP};
int datalen = 56;int main(int argc, char **argv)
{int c;struct addrinfo *ai;pid = getpid();signal(SIGALRM, sig_alrm);ai = host_serv(argv[1], NULL, 0, 0);pr = &proto_v4;printf("ICMP_ECHO=%d\n", ICMP_ECHO);pr->sasend = ai->ai_addr;pr->sarecv = calloc(1, ai->ai_addrlen);pr->salen = ai->ai_addrlen;readloop();    exit(0);
}void readloop(void)
{int size;char recvbuf[BUFSIZE];socklen_t len;ssize_t n;struct timeval tval;sockfd = socket(pr->sasend->sa_family, SOCK_RAW, pr->icmpproto);setuid(getuid());size = 60 * 1024;setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &size, sizeof(size));sig_alrm(SIGALRM);for (;;){len = pr->salen; n = recvfrom(sockfd, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, pr->sarecv, &len);if (n < 0) {if (errno == EINTR) continue;else {printf("recvfrom error:%s\n", strerror(errno));return;}}gettimeofday(&tval, NULL);(*pr->fproc)(recvbuf, n, &tval);}
}void tv_sub(struct timeval* out, struct timeval *in)
{if ((out->tv_usec -= in->tv_usec) < 0) {--out->tv_sec;out->tv_usec += 1000000;}out->tv_sec -= in->tv_sec;
}void proc_v4(char *ptr, ssize_t len, struct timeval *tvrecv)
{int hlen1, icmplen;double rtt;struct ip *ip;struct icmp *icmp;struct timeval *tvsend;ip = (struct ip*)ptr;hlen1 = ip->ip_hl << 2;icmp = (struct icmp*)(ptr + hlen1);if ((icmplen = len - hlen1) < 8) {fprintf(stderr, "icmp len error\n");return;}if (icmp->icmp_type == ICMP_ECHOREPLY) {if (icmp->icmp_id != pid) return;if (icmplen < 16) {fprintf(stderr, "icmplen (%d) < 16\n", icmplen);return;}tvsend = (struct timeval *)icmp->icmp_data;tv_sub(tvrecv, tvsend);rtt = tvrecv->tv_sec * 1000 + tvrecv->tv_usec / 1000;printf("%d bytes from %s:seq=%u, ttl=%d, rtt=%.3f ms\n", icmplen, sock_ntop(pr->sarecv, pr->salen), icmp->icmp_seq, ip->ip_ttl, rtt); } else if (verbose) {printf("%d bytes from %s:type=%d, code=%d\n", icmplen,sock_ntop(pr->sarecv, pr->salen), icmp->icmp_type, icmp->icmp_code);}
}void sig_alrm(int signo)
{(*pr->fsend)();alarm(1);return;
}unsigned short in_cksum(unsigned short *addr, int len)
{int nleft = len;int sum = 0;unsigned short *w = addr;unsigned short answer = 0;while (nleft > 1){sum += *w++;nleft -= 2;}if (nleft == 1) {*(unsigned char *)(&answer) = *(unsigned char *)w;sum += answer;}sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff);sum += (sum >> 16);answer = ~sum;return answer;
}void send_v4()
{int len;struct icmp *icmp;icmp = (struct icmp *)sendbuf;icmp->icmp_type = ICMP_ECHO;icmp->icmp_code = 0;icmp->icmp_id = pid;icmp->icmp_seq = nsent++;gettimeofday((struct timeval*)icmp->icmp_data, NULL);len = 8 + datalen;icmp->icmp_cksum = 0;icmp->icmp_cksum = in_cksum((unsigned short*)icmp, len);sendto(sockfd, sendbuf, len, 0, pr->sasend, pr->salen);
}

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