套接字编程
2022/2/5 22:28:02
本文主要是介绍套接字编程,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!
套接字编程
- 1.知识点
- 1.1套接字的分类
- 1.2 IP数据报格式
- 1.3 TCP数据报格式
- 1.4校验和的计算
- 1.5 原始套接字编程
- 2.实例 (有些结构系统已经定义,为了便于理解都写上了)
- 3.练习
- 练习1
- 练习2
- 练习3
1.知识点
1.1套接字的分类
流套接字:TCP;数据报套接字:UDP;原始套接字:可以读写内核没有处理的IP数据包。
1.2 IP数据报格式
(1)4位版本,IPV4或者IPV6 (2)4位首部长度,单位32字长,4字节。最大首部长度60字节。当IP首部长度不是4字节的整数倍,要填充,数据部分以4的整数倍开始。 (3)16位总长度,65535字节 (4)16位标识,作用是将属于同一数据报的不同分片组装起来 (5)3位标志,只有两位有意义。最低位MF,MF=1表示后面还有分片。中间位DF,DF=0表示允许分片。 (6)13位片偏移,片偏移的作用是指出某片在原分组中的相对位置,片偏移以8个字节为偏移单位,每个分片的长度一定是8字节(64位)的整数倍。 (7)8位生存时间TTL,每经过一个路由器,TTL减去数据报在路由器中的消耗时间。当消耗时间小于1S,将TTL减1,TTL为0,丢弃数据报。 (8)8位协议,标志承载的是什么类型的报文。(TCP是6,UDP是17) (9)16位首部检验和,一直变化(随着数据报的路由改变)。 (10)32位源,目的IP地址。
typedef struct IpHeader { unsigned char Version_Hlen; unsigned char TOS; unsigned short Length; unsigned short Ident; unsigned short Flags_Offset; unsigned char TTL; unsigned char Protocol; unsigned short Checksum;//short是两个字节16位 unsigned int SourceAddr; unsigned int DestinationAddr; }IpHeader;
1.3 TCP数据报格式
(1)源端口和目的端口,各占两个字节 (2)序号,4个字节,指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号 (3)确认号,4个字节,确认号为N,表示前面的N-1都收到 (4)检验和,2字节,检验首部和数据,计算时应该加上12字节的伪首部 (5)紧急指针,2字节,仅在URG=1时有意义,指出本报文段中紧急数据的字节数,紧急数据的末尾在报文段的位置。 (6)选项,最长达到40字节,当没有选项,首部长度20字节。
#define URG 0x20 #define ACK 0x10 #define PSH 0x80 #define RST 0x40 #define SYN 0x02 #define FIN 0x01 typedef struct TcpHeader { USHORT SrcPort; USHORT DstPort; unsigned int SequenceNum; unsigned int Ackowledgement; unsigned char HdrLen; unsigned char Flags; USHORT AdvertisedWindow; USHORT Checksum; USHORT UrgPtr; }TcpHeader; typedef struct PsdTcpHeader { unsigned long SourceAddr; unsigned long DestinationAddr; char Zero; char Protcol; unsigned short TcpLen; }; PsdTcpHeader//定义TCP伪首部
1.4校验和的计算
对需要检验的数据每16bit进行二进制求和,高16bit不为0时需要将高16bit和低16bit反复相加,从而获得一个16bit的值,将该16bit值取反 实例:简化成4bit 发送端: 数据:1000 0100 校验和0000 反码 0111 1011 1111 叠加0111+1011+1111=0010 0001 高于4bit叠加到低4位 0001+0010=0011得到校验和 接收端: 数据:1000 0100 校验和0011 反码 0111 1011 1100 叠加0111+1011+1100=0001 1110高低叠加1111 正确
USHORT checksum(USHORT *buffer, int size) { unsigned long cksum = 0; while (size > 1) { cksum += *buffer++; size -= sizeof(USHORT); } if (size) { cksum += *(UCHAR*)buffer; } cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff);//高十六位和低十六位相加 cksum += (cksum >> 16);//有溢出继续加 return (USHORT)(~cksum);//按位取反 }
1.5 原始套接字编程
(1)Winsock头文件:Winsock2.h来使用Winsock的API,Ws2tcpip头文件包含了 在Windock2协议兼容文档中为TCP、IP用于检索IP地址的新函数和数据结构 (2)初始化Winsock环境
int WSAStartup( WORD wVersionRequested,//wod双字节的指定版本号 LPWSADATA lpWSAData//指向WSADATA的指针 );
struct WSAData { WORD wVersion;//Windows Sockets规范的版本,高位字节储存副版本号,低位字节存储主版本号 WORD wHighVersion;//DLL能够支持的Windows Sockets规范的最高版本 char szDescription[WSADESCRIPTION_LEN+1];//DLL对Windows Sockets实现的描述 char szSystemStatus[WSASYSSTATUS_LEN+1];//DLL把有关的状态或配置信息放在里面 unsigned short iMaxSockets;//最大的Sockets线程数量 unsigned short iMaxUdpDg;//能够接受或发送的最大数据报协议的字节数,不应该超过MTU char *lpVendorInfo; };
(3)Winsock库的释放,用WSACleanup()
if (WSACleanup() == SOCKET_ERROR) { printf("WSACleanup failed with error %d\n", WSAGetLastError()); return 0; } return 1;
2.实例 (有些结构系统已经定义,为了便于理解都写上了)
(1)套接字的创建和关闭。使用套接字之前,必须使用Socket函数创建一个套接字对象,此函数调用成功将返回套接字句柄。注意用完之后调用closesocket将之关闭。
int closesocket(SOCKET s);//参数是要关闭的套接字的句柄,无错误返回0,否则返回SOCKET_ERROR,用WSAGetLastError()获取相应代码
SOCKET socket( int af,//协议族,如果想建一个TCP或UDP,只能用AF_INET int type,//描述套接口的类型,af为AF_INET的时候只能为SOCK_STRAM/SOCK_DGRAM/SOCL_RAW int protocol//协议字段 );
(2)创建接收套接字的socket
SOCKET RecSocket; RecSocket = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_IP);
(3)绑定套接字,使用Bind()函数
int bind( Socket s,//标识未绑定的套接字 const struct sockaddr FAR*name,//与指定协议有关的地址结构指针,存储了套接口的地址信息 int namelen//表示地址参数的长度 );
Winsock中使用sockaddr_in结构指定IP地址和端口信息
struct sockaddr_in{ short sin_family;//表示IP地址族,一般为AF_INET u_short sin_port;//16位端口号,若参数值为0,则系统自动指派一个1024~5000之间唯一的端口号 struct in_addr sin_addr;//32位IP地址,若参数值为INADDR_ANY,则由系统内核指定 char sin_sero[8];//用0填充 }
绑定代码
Result=bind(RecSocket,(PSOCKADDR)&sock,sizeof(sock));//由sock变量提供绑定的地址和端口号,类型为sockaddr_in if (Result2 == SOCKET_ERROR) { printf("bind failed with error%d\n", WSAGetLastError()); closesocket(RecSocket); return 0; }
获取本机ip地址的程序
char Name[255]; Result = gethostname(Name, 255);//返回本地主机的标准主机名 if (Result == SOCKET_ERROR) { printf("gethostname failed with error%d\n", WSAGetLastError()); return 0; } struct hostent* pHostent;//hostent记录该主机的信息 pHostent = (struct hostent*)malloc(sizeof(struct hostent)); pHostent = gethostbyname(Name);//返回对应于给定主机名的包含主机名字和地址信息的hostent结构指针 sock.sin_family = AF_INET; sock.sin_port = htons(5555);//htons的功能是将一个无符号短整型的主机值转换为网络字节序。整数在地址空间的存储方式为:高位字节存放在内存的低地址处。 memcpy(&sock.sin_addr.S_un.S_addr, pHostent->h_addr_list[0], pHostent->h_length);//从源src所指的内存地址的起始位置开始拷贝n个字节到目标dest所指的内存地址的起始地址中void *memcpy(void *dest,const void *src,size_t n);
hostent的定义
struct hostent{ char *h_name;//地址的正式名称 char **h_aliases;//地址的预备名称的指针 int h_addrtype;//地址类型,通常是AF_INET int h_length;//地址的比特长度 char **h_addr_list;//主机网络地址指针,网络字节序 #define h_addr h_addr_list[0]//第一地址
(4)设置套接字利用函数setsockopt()实现
int setsockopt(SOCKET s,int level,int optname,const char FAR *optval,int optlen); s://标识一个套接字的描述符 level://选项定义的层次,如SOL_SOCKET(套接字层)和IPPROTO_TCP层 optname://需设置的选项 optval://指针,指向存放选项值的缓冲区 optlen://optval缓冲区长度
设置手工填充ip数据包首部
BOOL flag; flag = 1; int nTimeOver = 100; if (setsockopt(SendSocket, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, (char*)&nTimeOver, sizeof(nTimeOver)) == SOCKET_ERROR) { printf("setsockopt faied with error%d\n\n", WSAGetLastError()); return 0; }//SO_SNDTIMEO表示发送数据超时时间
设置SOCK_RAW为SIO_RCVALL,接收所有数据包
int WSAloctl( SOCKET s,//一个套接口的句柄 DWORD dwloControlCode,//将进行的操作的控制代码 LPVOID lpInBuffer,//输入缓冲区的地址 DWORD cbInBuffer,//输入缓冲区的大小 LPVOID IpvOutBuffer,//输出缓冲区的地址 DWORD cbOutBuffer,//输出缓冲区的大小 LPDWORD IpcbBytesReturned,//输出实际字节数的地址 LPWSAOVERLAPPED IpOverlapped,//WSAOVERLAPPED结构的地址 LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE IpCompletionRoutline//一个指向操作结束后调用的例程指针
Result =WSAIoctl(RecSocket, SIO_RCVALL, &dwBufferInLen, sizeof(dwBufferInLen), &dwBufferLen, sizeof(dwBufferLen), &dwBytesReturned, NULL, NULL); if (Result == SOCKET_ERROR) { printf("WSAIoctl failed with error %d\n", WSAGetLastError()); closesocket(RecSocket); return 0; }//SIO_RCVALL 表示接收所有数据包
(5)用send()函数在已经建立的套接口上发送数据
int send( SOCKET s, //标识已建立连接的套接字 33 const char FAR * buf, //一个字符缓冲区,内有将要发送的数据 int len, //即将发送的缓冲区中的字符数 int flags//用于控制数据传输方式,0 表示按正常方式发送数据; //宏MSG_DONTROUTE 说明系统目标主机就在直接连接的本地网络中,无需路由选择;MSG_OOB 指出数据是按带外数据发送的 );
对于无连接的套接口使用sendto()函数
int sendto( SOCKET s, //本机的套接字 const char FAR * buf, //待发送数据的缓冲区地址 int len, //指明 buf 缓冲区中要发送的数据长度 int flags, //调用方式标志位 const struct sockaddr * to, //可选指针,指向接收数据的目的套接口 地址 int tolento//所指的地址的长度 );
(6)套接字用recv()函数接收数据包
int recv( SOCKET s,//已建立连接的套接口 char FAR * buf, //用于接收数据的缓冲区 int len, //缓冲区的长度 int flags//指定调用的方式。0表示接收的是正常数据,无特殊行为。 //MSG_PEEK表示会使有用的数据复制到所提供的接收端缓冲区内,但是没有从系统缓冲区中将数据删除。MSG_OOB 表示处理带外数据。 );
对于无连接的套接字要用recvfrom()函数
int recvfrom( SOCKET s,// 标识一个套接口的描述字 char FAR * buf,//接收数据的缓冲区 int len,//接收数据缓冲区的长度 int flags,//调用操作方式,同 recv()中的 flags struct sockaddr FAR * from,//可选指针,指向装有源地址的缓冲区 int FAR * fromlen//可选指针,指向 from 缓冲区的长度值 );
3.练习
练习1
编写一个基本的原始套接字程序,屏幕输出wsaData中的各项参数。 主函数如下:
void main() { int Result; struct WSAData wsaData;//引用WSAData变量 Result = WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData); if (Result == SOCKET_ERROR) { printf("WSAStartup failed with error %d\n", Result); }//检验初始化 else { printf("%x\n", wsaData.wVersion); printf("%x\n", wsaData.wHighVersion); printf("%s\n",wsaData.szDescription); printf("%s\n", wsaData.szSystemStatus); printf("%ld\n", wsaData.iMaxSockets); printf("%ld\n", wsaData.iMaxUdpDg); } WSACleanup(); }
练习2
利用原始套接字构造并发送 TCP 包,输出显示所构造的 IP 头和 TCP 头字段内容。
#include "Winsock2.h" #include <iostream> #include <winsock.h> #include <WS2TCPIP.h> #pragma comment(lib,"Ws2_32.lib") #define MAX 100 #define SOURCE_PORT 7234 #define MAX_RECEIVEBYTE 255 using namespace std; typedef struct ip_hdr //定义IP首部 { unsigned char h_verlen; //4位首部长度,4位IP版本号 unsigned char tos; //8位服务类型TOS unsigned short total_len; //16位总长度(字节) unsigned short ident; //16位标识 unsigned short frag_and_flags; //3位标志位 unsigned char ttl; //8位生存时间 TTL unsigned char proto; //8位协议 (TCP, UDP 或其他) unsigned short checksum; //16位IP首部校验和 unsigned int sourceIP; //32位源IP地址 unsigned int destIP; //32位目的IP地址 }IPHEADER; typedef struct tsd_hdr //定义TCP伪首部 { unsigned long saddr; //源地址 unsigned long daddr; //目的地址 char mbz; char ptcl; //协议类型 unsigned short tcpl; //TCP长度 }PSDHEADER; typedef struct tcp_hdr //定义TCP首部 { USHORT th_sport; //16位源端口 USHORT th_dport; //16位目的端口 unsigned int th_seq; //32位序列号 unsigned int th_ack; //32位确认号 unsigned char th_lenres; //4位首部长度/6位保留字 unsigned char th_flag; //6位标志位 USHORT th_win; //16位窗口大小 USHORT th_sum; //16位校验和 USHORT th_urp; //16位紧急数据偏移量 }TCPHEADER; //CheckSum:计算校验和的子函数 USHORT checksum(USHORT* buffer, int size) { unsigned long cksum = 0; while (size > 1) { cksum += *buffer++; size -= sizeof(USHORT); } if (size) { cksum += *(UCHAR*)buffer; } cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff); cksum += (cksum >> 16); return (USHORT)(~cksum); } int main() { int a; int Result; WSADATA wsaData; //初始化套接字 Result = WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData); if (Result == SOCKET_ERROR) { printf("WSAStartup failed with error %d\n", Result); return 0; } //创建套接字 SOCKET RecSocket = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_IP); if (RecSocket == INVALID_SOCKET) { printf("socket failed with error %d\n", WSAGetLastError()); closesocket(RecSocket); return 0; } //sock定义 char Name[255]; Result = gethostname(Name, 255); if (Result == SOCKET_ERROR) { printf("gethostname failed with error %d\n", WSAGetLastError()); return 0; } struct hostent* pHostent; pHostent = (struct hostent*)malloc(sizeof(struct hostent)); pHostent = gethostbyname(Name); SOCKADDR_IN sock; sock.sin_family = AF_INET; sock.sin_port = htons(5555); memcpy(&sock.sin_addr.S_un.S_addr, pHostent->h_addr_list[0], pHostent->h_length); //设置超时时间 int nTimeOver = 1000; if (setsockopt(RecSocket, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, (char*)&nTimeOver, sizeof(nTimeOver)) == SOCKET_ERROR) { printf("setsockopt failed with error2 %d\n\n", WSAGetLastError()); return false; } //sockaddr结构体定义 struct sockaddr_in* Rsock; Rsock = (struct sockaddr_in*)malloc(sizeof(struct sockaddr_in)); Rsock->sin_family = AF_INET; Rsock->sin_port = htons(8083); Rsock->sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); int lenth = 0; lenth = sizeof(Rsock->sin_port) + sizeof(Rsock->sin_addr); IPHEADER ipHeader; TCPHEADER tcpHeader; PSDHEADER psdHeader; char szSendBuf[60] = { 0 }; int rect; SOCKADDR_IN addr_in; addr_in.sin_family = AF_INET; addr_in.sin_port = htons(8086); addr_in.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1"); //填充IP首部 ipHeader.h_verlen = (4 << 4 | sizeof(ipHeader) / sizeof(unsigned long)); // ipHeader.tos=0; ipHeader.total_len = htons(sizeof(ipHeader) + sizeof(tcpHeader)); ipHeader.ident = 1; ipHeader.frag_and_flags = 0; ipHeader.ttl = 128; tcpHeader.th_flag = 2; ipHeader.proto = IPPROTO_TCP; ipHeader.checksum = 0; ipHeader.sourceIP = inet_addr("127.0.0.1"); ipHeader.destIP = inet_addr("127.0.0.1"); //填充TCP首部 tcpHeader.th_dport = htons(8085); tcpHeader.th_sport = htons(8086); //源端口号 tcpHeader.th_seq = htonl(0x12345678); tcpHeader.th_ack = 0; tcpHeader.th_lenres = (sizeof(tcpHeader) / 4 << 4 | 0); tcpHeader.th_win = htons(512); tcpHeader.th_urp = 0; tcpHeader.th_sum = 0; psdHeader.saddr = ipHeader.sourceIP; psdHeader.daddr = ipHeader.destIP; psdHeader.mbz = 0; psdHeader.ptcl = IPPROTO_TCP; psdHeader.tcpl = htons(sizeof(tcpHeader)); //计算校验和 memcpy(szSendBuf, &psdHeader, sizeof(psdHeader)); memcpy(szSendBuf + sizeof(psdHeader), &tcpHeader, sizeof(tcpHeader)); tcpHeader.th_sum = checksum((USHORT*)szSendBuf, sizeof(psdHeader) + sizeof(tcpHeader)); memcpy(szSendBuf, &ipHeader, sizeof(ipHeader)); memcpy(szSendBuf + sizeof(ipHeader), &tcpHeader, sizeof(tcpHeader)); memset(szSendBuf + sizeof(ipHeader) + sizeof(tcpHeader), 0, 4); ipHeader.checksum = checksum((USHORT*)szSendBuf, sizeof(ipHeader) + sizeof(tcpHeader)); memcpy(szSendBuf, &ipHeader, sizeof(ipHeader)); //输出TCP信息 cout << endl << "TCP头部 " << endl; cout << "目标端口:" << tcpHeader.th_dport << endl; cout << "源端口:" << tcpHeader.th_sport << endl; cout << "序列号:" << tcpHeader.th_seq << endl; cout << "证书号:" << tcpHeader.th_ack << endl; cout << "标志位:" << tcpHeader.th_flag << endl; cout << "窗口尺寸:" << tcpHeader.th_win << endl; cout << "校验和:" << tcpHeader.th_sum << endl; //输出IP头部信息 cout << endl << "IP头部" << endl; cout << "头长度:" << ipHeader.h_verlen << endl; cout << "总长度:" << ipHeader.total_len << endl; cout << "特征值:" << ipHeader.ident << endl; cout << "标志位:" << ipHeader.frag_and_flags << endl; cout << "存活时长:" << ipHeader.ttl << endl; cout << "源IP:" << ipHeader.sourceIP << endl; cout << "目标IP:" << ipHeader.destIP << endl; //发送数据包 rect = sendto(RecSocket, szSendBuf, sizeof(ipHeader) + sizeof(tcpHeader), 0, (struct sockaddr*)&addr_in, sizeof(addr_in)); if (rect == SOCKET_ERROR) { printf("Falied!蠢驴"); } if (WSACleanup() == SOCKET_ERROR) { printf("WSACleanup failed with error %d\n", WSAGetLastError()); return 0; } cin >> a; return 0; }
练习3
利用原始套接字接收网络接口数据包,统计接收的数据包的个数,并分析 IP 头字段,将分析结果输出。
这篇关于套接字编程的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对大家有所帮助,也希望大家多多支持为之网!
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