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C#的Raw Socket实现网络封包监视实现代码

时间:2015-01-14 16:07来源:电脑教程学习网 www.etwiki.cn 编辑:admin

谈起socket编程,大家也许会想起QQ和IE,没错。还有许多网络工具如P2P、NetMeeting等在应用层实现的应用程序,也是用socket来实现的。Socket是一个网络编程接口,实现于网络应用层,Windows Socket包括了一套系统组件,充分利用了Microsoft Windows 消息驱动的特点。Socket规范1.1版是在1993年1月发行的,并广泛用于此后出现的Windows9x操作系统中。Socket规范2.2版(其在Windows平台上的版本是Winsock2.2,也叫Winsock2)在 1996 年 5 月发行,Windows NT 5.0及以后版本的Windows系统支持Winsock2,在Winsock2中,支持多个传输协议的原始套接字,重叠I/O模型、服务质量控制等。

  本文向大家介绍Windows Sockets的一些关于用C#实现的原始套接字(Raw Socket)的编程,以及在此基础上实现的网络封包监视技术。同Winsock1相比,Winsock2最明显的就是支持了Raw Socket套接字类型,使用Raw Socket,可把网卡设置成混杂模式,在这种模式下,我们可以收到网络上的IP包,当然包括目的不是本机的IP包,通过原始套接字,我们也可以更加自如地控制Windows下的多种协议,而且能够对网络底层的传输机制进行控制。

  在本文例子中,我在nbyte.BasicClass命名空间实现了RawSocket类,它包含了我们实现数据包监视的核心技术。在实现这个类之前,需要先写一个IP头结构,来暂时存放一些有关网络封包的信息:

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
public struct IPHeader
{
[FieldOffset(0)] public byte ip_verlen; //I4位首部长度+4位IP版本号
[FieldOffset(1)] public byte ip_tos; //8位服务类型TOS
[FieldOffset(2)] public ushort ip_totallength; //16位数据包总长度(字节)
[FieldOffset(4)] public ushort ip_id; //16位标识
[FieldOffset(6)] public ushort ip_offset; //3位标志位
[FieldOffset(8)] public byte ip_ttl; //8位生存时间 TTL
[FieldOffset(9)] public byte ip_protocol; //8位协议(TCP, UDP, ICMP, Etc.)
[FieldOffset(10)] public ushort ip_checksum; //16位IP首部校验和
[FieldOffset(12)] public uint ip_srcaddr; //32位源IP地址
[FieldOffset(16)] public uint ip_destaddr; //32位目的IP地址
}

  这样,当每一个封包到达时候,可以用强制类型转化把包中的数据流转化为一个个IPHeader对象。

  下面就开始写RawSocket类了,一开始,先定义几个参数,包括:

private bool error_occurred; //套接字在接收包时是否产生错误
public bool KeepRunning; //是否继续进行
private static int len_receive_buf; //得到的数据流的长度
byte [] receive_buf_bytes; //收到的字节
private Socket socket = null; //声明套接字

   还有一个常量:

const int SIO_RCVALL = unchecked((int)0x98000001);//监听所有的数据包

  这里的SIO_RCVALL是指示RawSocket接收所有的数据包,在以后的IOContrl函数中要用,在下面的构造函数中,实现了对一些变量参数的初始化:

public RawSocket() //构造函数
{
error_occurred=false;
len_receive_buf = 4096;
receive_buf_bytes = new byte[len_receive_buf];
}


  下面的函数实现了创建RawSocket,并把它与终结点(IPEndPoint:本机IP和端口)绑定:

public void CreateAndBindSocket(string IP) //建立并绑定套接字
{
socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Raw, ProtocolType.IP);
socket.Blocking = false; //置socket非阻塞状态
socket.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Parse(IP), 0)); //绑定套接字

if (SetSocketOption()==false) error_occurred=true;
}

  其中,在创建套接字的一句socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Raw, ProtocolType.IP);中有3个参数:

  第一个参数是设定地址族,MSDN上的描述是“指定 Socket 实例用来解析地址的寻址方案”,当要把套接字绑定到终结点(IPEndPoint)时,需要使用InterNetwork成员,即采用IP版本4的地址格式,这也是当今大多数套接字编程所采用一个寻址方案(AddressFamily)。

  第二个参数设置的套接字类型就是我们使用的Raw类型了,SocketType是一个枚举数据类型,Raw套接字类型支持对基础传输协议的访问。通过使用 SocketType.Raw,你不光可以使用传输控制协议(Tcp)和用户数据报协议(Udp)进行通信,也可以使用网际消息控制协议 (Icmp) 和 Internet 组管理协议 (Igmp) 来进行通信。在发送时,您的应用程序必须提供完整的 IP 标头。所接收的数据报在返回时会保持其 IP 标头和选项不变。

  第三个参数设置协议类型,Socket 类使用 ProtocolType 枚举数据类型向 Windows Socket API 通知所请求的协议。这里使用的是IP协议,所以要采用ProtocolType.IP参数。

在CreateAndBindSocket函数中有一个自定义的SetSocketOption函数,它和Socket类中的SetSocketOption不同,我们在这里定义的是具有IO控制功能的SetSocketOption,它的定义如下:

private bool SetSocketOption() //设置raw socket
{
bool ret_value = true;
try
{
socket.SetSocketOption(SocketOptionLevel.IP, SocketOptionName.HeaderIncluded, 1);
byte []IN = new byte[4]{1, 0, 0, 0};
byte []OUT = new byte[4];

//低级别操作模式,接受所有的数据包,这一步是关键,必须把socket设成raw和IP Level才可用SIO_RCVALL
int ret_code = socket.IOControl(SIO_RCVALL, IN, OUT);
ret_code = OUT[0] + OUT[1] + OUT[2] + OUT[3];//把4个8位字节合成一个32位整数
if(ret_code != 0) ret_value = false;
}
catch(SocketException)
{
ret_value = false;
}
return ret_value;
}

  其中,设置套接字选项时必须使套接字包含IP包头,否则无法填充IPHeader结构,也无法获得数据包信息。

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