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用Visual C#实现网络封包监视

发布时间:2019-10-16 15:52:49

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。

int ret_code = socket.IOControl(SIO_RCVALL, IN, OUT);

是函数中最关键的一步了,因为,在windows中我们不能用Receive函数来接收raw socket上的数据,这是因为,所有的IP包都是先递交给系统核心,然后再传输到用户程序,当发送一个raws socket包的时候(比如syn),核心并不知道,也没有这个数据被发送或者连接建立的记录,因此,当远端主机回应的时候,系统核心就把这些包都全部丢掉,从而到不了应用程序上。所以,就不能简单地使用接收函数来接收这些数据报。要达到接收数据的目的,就必须采用嗅探,接收所有通过的数据包,然后进行筛选,留下符合我们需要的。可以通过设置SIO_RCVALL,表示接收所有网络上的数据包。接下来介绍一下IOControl函数。MSDN解释它说是设置套接字为低级别操作模式,怎么低级别操作法?其实这个函数与API中的WSAIoctl函数很相似。WSAIoctl函数定义如下:

int WSAIoctl(

SOCKET s, //一个指定的套接字

DWORD dwIoControlCode, //控制操作码

LPVOID lpvInBuffer, //指向输入数据流的指针

DWORD cbInBuffer, //输入数据流的大小(字节数)

LPVOID lpvOutBuffer, // 指向输出数据流的指针

DWORD cbOutBuffer, //输出数据流的大小(字节数)

LPDWORD lpcbBytesReturned, //指向输出字节流数目的实数值

LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped, //指向一个WSAOVERLAPPED结构

LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine//指向操作完成时执行的例程

);

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