,.談起socket編程，大家也許會想起qq和ie，沒錯。還有許多網(wǎng)絡(luò)工具如p2p、netmeeting等在應(yīng)用層實現(xiàn)的應(yīng)用程序，也是用socket來實現(xiàn)的。socket是一個網(wǎng)絡(luò)編程接口，實現(xiàn)于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層，windows socket包括了一套系統(tǒng)組件，充分利用了microsoftwindows消息驅(qū)動的特點。socket規(guī)范1.1版是在1993年1月發(fā)行的，并廣泛用于此后出現(xiàn)的windows9x操作系統(tǒng)中。socket規(guī)范2.2版（其在windows平臺上的版本是winsock2.2，也叫winsock2）在 1996 年 5 月發(fā)行，windows nt5.0及以后版本的windows系統(tǒng)支持winsock2，在winsock2中，支持多個傳輸協(xié)議的原始套接字，重疊i/o模型、服務(wù)質(zhì)量控制等。
本文向大家介紹windows sockets的一些關(guān)于用c#實現(xiàn)的原始套接字(rawsocket)的編程，以及在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)封包監(jiān)視技術(shù)。同winsock1相比，winsock2最明顯的就是支持了rawsocket套接字類型，使用rawsocket，可把網(wǎng)卡設(shè)置成混雜模式，在這種模式下，我們可以收到網(wǎng)絡(luò)上的ip包，當(dāng)然包括目的不是本機(jī)的ip包，通過原始套接字，我們也可以更加自如地控制windows下的多種協(xié)議，而且能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)底層的傳輸機(jī)制進(jìn)行控制。
在本文例子中，我在nbyte.basicclass命名空間實現(xiàn)了rawsocket類，它包含了我們實現(xiàn)數(shù)據(jù)包監(jiān)視的核心技術(shù)。在實現(xiàn)這個類之前，需要先寫一個ip頭結(jié)構(gòu)，來暫時存放一些有關(guān)網(wǎng)絡(luò)封包的信息：
[structlayout(layoutkind.explicit)]
public struct ipheader
{
[fieldoffset(0)] public byte ip_verlen; //i4位首部長度+4位ip版本號
[fieldoffset(1)] public byte ip_tos; //8位服務(wù)類型tos
[fieldoffset(2)] public ushort ip_totallength; //16位數(shù)據(jù)包總長度（字節(jié)）
[fieldoffset(4)] public ushort ip_id; //16位標(biāo)識
[fieldoffset(6)] public ushort ip_offset; //3位標(biāo)志位
[fieldoffset(8)] public byte ip_ttl; //8位生存時間 ttl
[fieldoffset(9)] public byte ip_protocol; //8位協(xié)議(tcp, udp, icmp, etc.)
[fieldoffset(10)] public ushort ip_checksum; //16位ip首部校驗和
[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
}
這樣，當(dāng)每一個封包到達(dá)時候，可以用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)化把包中的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為一個個ipheader對象。
下面就開始寫rawsocket類了，一開始，先定義幾個參數(shù)，包括：
private bool error_occurred; //套接字在接收包時是否產(chǎn)生錯誤
public bool keeprunning; //是否繼續(xù)進(jìn)行
private static int len_receive_buf; //得到的數(shù)據(jù)流的長度
byte [] receive_buf_bytes; //收到的字節(jié)
private socket socket = null; //聲明套接字
還有一個常量：
const int sio_rcvall = unchecked((int)0x98000001);//監(jiān)聽所有的數(shù)據(jù)包
這里的sio_rcvall是指示rawsocket接收所有的數(shù)據(jù)包，在以后的iocontrl函數(shù)中要用，在下面的構(gòu)造函數(shù)中，實現(xiàn)了對一些變量參數(shù)的初始化：
public rawsocket() //構(gòu)造函數(shù)
{
error_occurred=false;
len_receive_buf = 4096;
receive_buf_bytes = new byte[len_receive_buf];
}
下面的函數(shù)實現(xiàn)了創(chuàng)建rawsocket，并把它與終結(jié)點（ipendpoint：本機(jī)ip和端口）綁定：
public void createandbindsocket(string ip) //建立并綁定套接字
{
socket = new socket(addressfamily.internetwork, sockettype.raw, protocoltype.ip);
socket.blocking = false; //置socket非阻塞狀態(tài)
socket.bind(new ipendpoint(ipaddress.parse(ip), 0)); //綁定套接字
if (setsocketoption()==false) error_occurred=true;
}
其中，在創(chuàng)建套接字的一句socket = new socket(addressfamily.internetwork, sockettype.raw, protocoltype.ip);中有3個參數(shù)：
第一個參數(shù)是設(shè)定地址族，msdn上的描述是“指定 socket實例用來解析地址的尋址方案”，當(dāng)要把套接字綁定到終結(jié)點（ipendpoint）時，需要使用internetwork成員，即采用ip版本4的地址格式，這也是當(dāng)今大多數(shù)套接字編程所采用一個尋址方案（addressfamily）。
第二個參數(shù)設(shè)置的套接字類型就是我們使用的raw類型了，sockettype是一個枚舉數(shù)據(jù)類型，raw套接字類型支持對基礎(chǔ)傳輸協(xié)議的訪問。通過使用 sockettype.raw，你不光可以使用傳輸控制協(xié)議(tcp)和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(udp)進(jìn)行通信，也可以使用網(wǎng)際消息控制協(xié)議(icmp) 和 internet 組管理協(xié)議 (igmp) 來進(jìn)行通信。在發(fā)送時，您的應(yīng)用程序必須提供完整的 ip標(biāo)頭。所接收的數(shù)據(jù)報在返回時會保持其 ip 標(biāo)頭和選項不變。
第三個參數(shù)設(shè)置協(xié)議類型，socket 類使用 protocoltype 枚舉數(shù)據(jù)類型向 windows socket api 通知所請求的協(xié)議。這里使用的是ip協(xié)議，所以要采用protocoltype.ip參數(shù)。
在createandbindsocket函數(shù)中有一個自定義的setsocketoption函數(shù)，它和socket類中的setsocketoption不同，我們在這里定義的是具有io控制功能的setsocketoption，它的定義如下：
private bool setsocketoption() //設(shè)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];
//低級別操作模式,接受所有的數(shù)據(jù)包，這一步是關(guān)鍵，必須把socket設(shè)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個8位字節(jié)合成一個32位整數(shù)
if(ret_code != 0) ret_value = false;
}
catch(socketexception)
{
ret_value = false;
}
return ret_value;
}
其中，設(shè)置套接字選項時必須使套接字包含ip包頭，否則無法填充ipheader結(jié)構(gòu)，也無法獲得數(shù)據(jù)包信息。
int ret_code = socket.iocontrol(sio_rcvall, in,out);是函數(shù)中最關(guān)鍵的一步了，因為，在windows中我們不能用receive函數(shù)來接收rawsocket上的數(shù)據(jù)，這是因為，所有的ip包都是先遞交給系統(tǒng)核心，然后再傳輸?shù)接脩舫绦颍?dāng)發(fā)送一個rawssocket包的時候（比如syn），核心并不知道，也沒有這個數(shù)據(jù)被發(fā)送或者連接建立的記錄，因此，當(dāng)遠(yuǎn)端主機(jī)回應(yīng)的時候，系統(tǒng)核心就把這些包都全部丟掉，從而到不了應(yīng)用程序上。所以，就不能簡單地使用接收函數(shù)來接收這些數(shù)據(jù)報。要達(dá)到接收數(shù)據(jù)的目的，就必須采用嗅探，接收所有通過的數(shù)據(jù)包，然后進(jìn)行篩選，留下符合我們需要的?？梢酝ㄟ^設(shè)置sio_rcvall，表示接收所有網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)包。接下來介紹一下iocontrol函數(shù)。msdn解釋它說是設(shè)置套接字為低級別操作模式，怎么低級別操作法？其實這個函數(shù)與api中的wsaioctl函數(shù)很相似。wsaioctl函數(shù)定義如下：
int wsaioctl(
socket s, //一個指定的套接字
dword dwiocontrolcode, //控制操作碼
lpvoid lpvinbuffer, //指向輸入數(shù)據(jù)流的指針
dword cbinbuffer, //輸入數(shù)據(jù)流的大?。ㄗ止?jié)數(shù)）
lpvoid lpvoutbuffer, // 指向輸出數(shù)據(jù)流的指針
dword cboutbuffer, //輸出數(shù)據(jù)流的大?。ㄗ止?jié)數(shù)）
lpdword lpcbbytesreturned, //指向輸出字節(jié)流數(shù)目的實數(shù)值
lpwsaoverlapped lpoverlapped, //指向一個wsaoverlapped結(jié)構(gòu)
lpwsaoverlapped_completion_routine lpcompletionroutine//指向操作完成時執(zhí)行的例程
);
c#的iocontrol函數(shù)不像wsaioctl函數(shù)那么復(fù)雜，其中只包括其中的控制操作碼、輸入字節(jié)流、輸出字節(jié)流三個參數(shù)，不過這三個參數(shù)已經(jīng)足夠了。我們看到函數(shù)中定義了一個字節(jié)數(shù)組：byte []in = new byte[4]{1, 0, 0,0}實際上它是一個值為1的dword或是int32，同樣byte []out = newbyte[4];也是，它整和了一個int,作為wsaioctl函數(shù)中參數(shù)lpcbbytesreturned指向的值。
因為設(shè)置套接字選項時可能會發(fā)生錯誤，需要用一個值傳遞錯誤標(biāo)志：
public bool erroroccurred
{
get
{
return error_occurred;
}
}
下面的函數(shù)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)包的接收：
//解析接收的數(shù)據(jù)包，形成packetarrivedeventargs事件數(shù)據(jù)類對象，并引發(fā)packetarrival事件
unsafe private void receive(byte [] buf, int len)
{
byte temp_protocol=0;
uint temp_version=0;
uint temp_ip_srcaddr=0;
uint temp_ip_destaddr=0;
short temp_srcport=0;
short temp_dstport=0;
ipaddress temp_ip;
packetarrivedeventargs e=new packetarrivedeventargs();//新網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包信息事件
fixed(byte *fixed_buf = buf)
{
ipheader * head = (ipheader *) fixed_buf;//把數(shù)據(jù)流整和為ipheader結(jié)構(gòu)
e.headerlength=(uint)(head->ip_verlen & 0x0f) << 2;
temp_protocol = head->ip_protocol;
switch(temp_protocol)//提取協(xié)議類型
{
case 1: e.protocol="icmp"; break;
case 2: e.protocol="igmp"; break;
case 6: e.protocol="tcp"; break;
case 17: e.protocol="udp"; break;
default: e.protocol= "unknown"; break;
}
temp_version =(uint)(head->ip_verlen & 0xf0) >> 4;//提取ip協(xié)議版本
e.ipversion = temp_version.tostring();
//以下語句提取出了packetarrivedeventargs對象中的其他參數(shù)
temp_ip_srcaddr = head->ip_srcaddr;
temp_ip_destaddr = head->ip_destaddr;
temp_ip = new ipaddress(temp_ip_srcaddr);
e.originationaddress =temp_ip.tostring();
temp_ip = new ipaddress(temp_ip_destaddr);
e.destinationaddress = temp_ip.tostring();
temp_srcport = *(short *)&fixed_buf[e.headerlength];
temp_dstport = *(short *)&fixed_buf[e.headerlength+2];
e.originationport=ipaddress.networktohostorder(temp_srcport).tostring();
e.destinationport=ipaddress.networktohostorder(temp_dstport).tostring();
e.packetlength =(uint)len;
e.messagelength =(uint)len - e.headerlength;
e.receivebuffer=buf;
//把buf中的ip頭賦給packetarrivedeventargs中的ipheaderbuffer
array.copy(buf,0,e.ipheaderbuffer,0,(int)e.headerlength);
//把buf中的包中內(nèi)容賦給packetarrivedeventargs中的messagebuffer
array.copy(buf,(int)e.headerlength,e.messagebuffer,0,(int)e.messagelength);
}
//引發(fā)packetarrival事件
onpacketarrival(e);
}
大家注意到了，在上面的函數(shù)中，我們使用了指針這種所謂的不安全代碼，可見在c#中指針和移位運算這些原始操作也可以給程序員帶來編程上的便利。在函數(shù)中聲明packetarrivedeventargs類對象，以便通過onpacketarrival(e)函數(shù)通過事件把數(shù)據(jù)包信息傳遞出去。其中packetarrivedeventargs類是rawsocket類中的嵌套類，它繼承了系統(tǒng)事件（event）類，封裝了數(shù)據(jù)包的ip、端口、協(xié)議等其他數(shù)據(jù)包頭中包含的信息。在啟動接收數(shù)據(jù)包的函數(shù)中，我們使用了異步操作的方法，以下函數(shù)開啟了異步監(jiān)聽的接口：
public void run() //開始監(jiān)聽
{
iasyncresult ar = socket.beginreceive(receive_buf_bytes, 0,len_receive_buf, socketflags.none, new asynccallback(callreceive),this);
}
socket.beginreceive函數(shù)返回了一個異步操作的接口，并在此接口的生成函數(shù)beginreceive中聲明了異步回調(diào)函數(shù)callreceive，并把接收到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流傳給receive_buf_bytes，這樣就可用一個帶有異步操作的接口參數(shù)的異步回調(diào)函數(shù)不斷地接收數(shù)據(jù)包：
private void callreceive(iasyncresult ar)//異步回調(diào)
{
int received_bytes;
received_bytes = socket.endreceive(ar);
receive(receive_buf_bytes, received_bytes);
if (keeprunning) run();
}
此函數(shù)當(dāng)掛起或結(jié)束異步讀取后去接收一個新的數(shù)據(jù)包，這樣能保證讓每一個數(shù)據(jù)包都能夠被程序探測到。
下面通過聲明代理事件句柄來實現(xiàn)和外界的通信：
public delegate void packetarrivedeventhandler(object sender, packetarrivedeventargs args);
//事件句柄：包到達(dá)時引發(fā)事件
public event packetarrivedeventhandler packetarrival;//聲明時間句柄函數(shù)
這樣就可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)包信息的獲取，采用異步回調(diào)函數(shù)，可以提高接收數(shù)據(jù)包的效率，并通過代理事件把封包信息傳遞到外界。既然能把所有的封包信息傳遞出去，就可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)包的分析了：）不過rawsocket的任務(wù)還沒有完，最后不要望了關(guān)閉套接字?。?br>
public void shutdown() //關(guān)閉raw socket
{
if(socket != null)
{
socket.shutdown(socketshutdown.both);
socket.close();
}
}
以上介紹了rawsocket類通過構(gòu)造ip頭獲取了包中的信息，并通過異步回調(diào)函數(shù)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的接收，并使用時間代理句柄和自定義的數(shù)據(jù)包信息事件類把數(shù)據(jù)包信息發(fā)送出去，從而實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的監(jiān)視，這樣我們就可以在外部添加一些函數(shù)對數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析了。
