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Raw Socket（原始套接字）实现Sniffer（嗅探）
 

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第八军团 时间：2003-12-26 10:05:07 
   
 一. 摘要 
  Raw Socket: 原始套接字 
  可以用它来发送和接收 IP 层以上的原始数据包, 如 ICMP, TCP, UDP... 

    int sockRaw = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW); 

  这样我们就创建了一个 Raw Socket 

  Sniffer: 嗅探器 
  关于嗅探器的原理我想大多数人可能都知道 
  1. 把网卡置于混杂模式; 
  2. 捕获数据包; 
  3. 分析数据包. 

  但具体的实现知道的人恐怕就不是那么多了. 好, 现在让我们用 Raw Socket 的做一个自已的 Sniffer. 

二. 把网卡置于混杂模式 
  在正常的情况下，一个网络接口应该只响应两种数据帧: 
  一种是与自己硬件地址相匹配的数据帧 
  一种是发向所有机器的广播数据帧 
  如果要网卡接收所有通过它的数据, 而不管是不是发给它的, 那么必须把网卡置于混杂模式. 也就是说让它的思维混乱, 不按正常的方式工作. 用 Raw Socket 实现代码如下: 

    setsockopt(sock, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, (char*)&flag, sizeof(flag); //设置 IP 头操作选项 
    bind(sockRaw, (PSOCKADDR)&addrLocal, sizeof(addrLocal); //把 sockRaw 绑定到本地网卡上 
    ioctlsocket(sockRaw, SIO_RCVALL, &dwValue);       //让 sockRaw 接受所有的数据 

  flag 标志是用来设置 IP 头操作的, 也就是说要亲自处理 IP 头: bool flag = ture; 
  addrLocal 为本地地址: SOCKADDR_IN addrLocal; 
  dwValue 为输入输出参数, 为 1 时执行, 0 时取消: DWORD dwValue = 1; 
  没想到这么简单吧? 

三. 捕获数据包 
  你的 sockRaw 现在已经在工作了, 可以在局域网内其它的电脑上用 Sniffer 检测工具检测一下, 看你的网卡是否处于混杂模式(比如 DigitalBrain 的 ARPKiller). 
  不能让他白白的浪费资源啊, 抓包! 

    recv(sockRaw, RecvBuf, BUFFER_SIZE, 0); //接受任意数据包 

  #define BUFFER_SIZE 65535 
  char RecvBuf[BUFFER_SIZE]; 
  越来越发现 Sniffer 原来如此的简单了, 这么一个函数就已经完成抓取数据包的任务了. 

四. 分析数据包 
  这回抓来的包和平常用 Socket 接受的包可就不是一回事儿了, 里面包含 IP, TCP 等原始信息. 要分析它首先得知道这些结构. 
  数据包的总体结构: 
  ---------------------------------------------- 
  | ip header | tcp header(or x header) | data | 
  ---------------------------------------------- 

  IP header structure: 
       4    8    16                    32 bit 
  |--------|--------|----------------|--------------------------------| 
  | Ver  | IHL  |Type of service |     Total length     | 
  |--------|--------|----------------|--------------------------------| 
  | Identification |   Flags   |     Fragment offset    | 
  |--------|--------|----------------|--------------------------------| 
  | Time to live  |  Protocol  |     Header checksum    | 
  |--------|--------|----------------|--------------------------------| 
  |             Source address              | 
  |--------|--------|----------------|--------------------------------| 
  |            Destination address             | 
  |--------|--------|----------------|--------------------------------| 
  |            Option + Padding              | 
  |--------|--------|----------------|--------------------------------| 
  |                Data                | 
  |--------|--------|----------------|--------------------------------| 

  TCP header structure: 
                  16                32 bit 
  |--------------------------------|--------------------------------| 
  |     Source port      |    Destination port    | 
  |--------------------------------|--------------------------------| 
  |             Sequence number             | 
  |--------------------------------|--------------------------------| 
  |           Acknowledgement number           | 
  |--------------------------------|--------------------------------| 
  | Offset | Resrvd |U|A|P|R|S|F|      Window       | 
  |--------------------------------|--------------------------------| 
  |      Checksum       |    Urgent pointer     | 
  |--------------------------------|--------------------------------| 
  |             Option + Padding            | 
  |--------------------------------|--------------------------------| 
  |               Data                | 
  |--------------------------------|--------------------------------| 

五. 实现 Sniffer 
  OK! 
  现在都清楚了, 还等什么. 
  下面是我用 BCB6 写的一个 Simple Sniffer 的代码, 仅供参考. 
  （需要在工程文件里加入WS2_32.LIB这个文件） 
//*************************************************************************// 
//* CPP File: WMain.cpp 
//* Simple Sniffer by shadowstar 
//* http://shadowstar.126.com/ 
//*************************************************************************// 
#include <vcl.h> 
#pragma hdrstop 

#include <winsock2.h> 
#include <ws2tcpip.h> 
#include <mstcpip.h> 
#include <netmon.h> 
#include "WMain.h" 
//--------------------------------------------------------------------------- 
#pragma package(smart_init) 
#pragma resource "*.dfm" 
TMainForm *MainForm; 
//--------------------------------------------------------------------------- 
__fastcall TMainForm::TMainForm(TComponent* Owner) 
  : TForm(Owner) 
{ 
WSADATA WSAData; 
  BOOL  flag  = true; 
  int   nTimeout = 1000; 
  char  LocalName[16]; 
  struct hostent *pHost; 

  //检查 Winsock 版本号 
  if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &WSAData) != 0) 
    throw Exception("WSAStartup error!"); 

  //初始化 Raw Socket 
  if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW)) == INVALID_SOCKET) 
    throw Exception("socket setup error!"); 

  //设置IP头操作选项 
  if (setsockopt(sock, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, (char*)&flag, sizeof(flag)) == SOCKET_ERROR) 
    throw Exception("setsockopt IP_HDRINCL error!"); 

  //获取本机名 
  if (gethostname((char*)LocalName, sizeof(LocalName)-1) == SOCKET_ERROR) 
    throw Exception("gethostname error!"); 

  //获取本地 IP 地址 
  if ((pHost = gethostbyname((char*)LocalName)) == NULL) 
    throw Exception("gethostbyname error!"); 

  addr_in.sin_addr  = *(in_addr *)pHost->h_addr_list[0]; //IP 
  addr_in.sin_family = AF_INET; 
  addr_in.sin_port  = htons(57274); 

  //把 sock 绑定到本地地址上 
  if (bind(sock, (PSOCKADDR)&addr_in, sizeof(addr_in)) == SOCKET_ERROR) 
    throw Exception("bind error!"); 

  iSortDirection = 1; 
} 
//--------------------------------------------------------------------------- 
__fastcall TMainForm::~TMainForm() 
{ 
  WSACleanup(); 
} 
//--------------------------------------------------------------------------- 

void __fastcall TMainForm::btnCtrlClick(TObject *Sender) 
{ 
  TListItem *Item; 
  DWORD dwValue; 
  int nIndex = 0; 

  if (btnCtrl->Caption == "&Start") 
  { 
    dwValue = 1; 
    //设置 SOCK_RAW 为SIO_RCVALL，以便接收所有的IP包 
    if (ioctlsocket(sock, SIO_RCVALL, &dwValue) != 0) 
      throw Exception("ioctlsocket SIO_RCVALL error!"); 
    bStop = false; 
    btnCtrl->Caption = "&Stop"; 
    lsvPacket->Items->Clear(); 
  } 
  else 
  { 
    dwValue = 0; 
    bStop = true; 
    btnCtrl->Caption = "&Start"; 
    //设置SOCK_RAW为SIO_RCVALL，停止接收 
    if (ioctlsocket(sock, SIO_RCVALL, &dwValue) != 0) 
      throw Exception("WSAIoctl SIO_RCVALL error!"); 
  } 

  while (!bStop) 
  { 
    if (recv(sock, RecvBuf, BUFFER_SIZE, 0) > 0) 
    { 
      nIndex++; 
       
      ip = *(IP*)RecvBuf; 
      tcp = *(TCP*)(RecvBuf + (ip.HdrLen & IP_HDRLEN_MASK)); 

      Item = lsvPacket->Items->Add(); 
      Item->Caption = nIndex; 
      Item->SubItems->Add(GetProtocolTxt(ip.Protocol)); 
      Item->SubItems->Add(inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.SrcAddr)); 
      Item->SubItems->Add(inet_ntoa(*(in_addr*)&ip.DstAddr)); 
      Item->SubItems->Add(tcp.SrcPort); 
      Item->SubItems->Add(tcp.DstPort); 
      Item->SubItems->Add(ntohs(ip.TotalLen)); 
    } 
    Application->ProcessMessages(); 
  }   
} 
//--------------------------------------------------------------------------- 

AnsiString __fastcall TMainForm::GetProtocolTxt(int Protocol) 
{ 
  switch (Protocol) 
  { 
    case IPPROTO_ICMP :      //1        /* control message protocol */ 
      return PROTOCOL_STRING_ICMP_TXT; 
    case IPPROTO_TCP :      //6        /* tcp */ 
      return PROTOCOL_STRING_TCP_TXT; 
    case IPPROTO_UDP :      //17       /* user datagram protocol */ 
      return PROTOCOL_STRING_UDP_TXT; 
    default : 
      return PROTOCOL_STRING_UNKNOWN_TXT; 
  } 
} 
//--------------------------------------------------------------------------- 


//*************************************************************************// 
//* Header File: WMain.h for WMain.cpp class TMainForm 
//*************************************************************************// 
//--------------------------------------------------------------------------- 

#ifndef WMainH 
#define WMainH 
//--------------------------------------------------------------------------- 
#define BUFFER_SIZE 65535 

#include <Classes.hpp> 
#include <Controls.hpp> 
#include <StdCtrls.hpp> 
#include <Forms.hpp> 
#include <ComCtrls.hpp> 
#include <ExtCtrls.hpp> 
#include <winsock2.h> 
#include "netmon.h" 


//--------------------------------------------------------------------------- 
class TMainForm : public TForm 
{ 
__published: // IDE-managed Components 
  TPanel *Panel1; 
  TButton *btnCtrl; 
  TListView *lsvPacket; 
  TLabel *Label1; 
  void __fastcall btnCtrlClick(TObject *Sender); 
  void __fastcall lsvPacketColumnClick(TObject *Sender, 
     TListColumn *Column); 
  void __fastcall lsvPacketCompare(TObject *Sender, TListItem *Item1, 
     TListItem *Item2, int Data, int &Compare); 
  void __fastcall Label1Click(TObject *Sender); 
private: // User declarations 
  AnsiString __fastcall GetProtocolTxt(int Protocol); 
public: // User declarations 
  SOCKET   sock; 
  SOCKADDR_IN addr_in; 
  IP     ip; 
  TCP     tcp; 
  PSUHDR   psdHeader; 
  char    RecvBuf[BUFFER_SIZE]; 
  bool    bStop; 

  int iSortDirection; 
  int iColumnToSort; 
   
  __fastcall TMainForm(TComponent* Owner); 
  __fastcall ~TMainForm(); 
}; 
//--------------------------------------------------------------------------- 
extern PACKAGE TMainForm *MainForm; 
//--------------------------------------------------------------------------- 
#endif 

  偷了个懒, IP, TCP 头及一些宏定义用了 netmon.h 的头, 这个文件在 BCB6 的 include 目录下可以找得到, 其中与本程序相关内容如下: 

//*************************************************************************// 
//* Header File: netmon.h 
//*************************************************************************// 
// 
// IP Packet Structure 
// 
typedef struct _IP 
{ 
  union 
  { 
    BYTE  Version; 
    BYTE  HdrLen; 
  }; 
  BYTE ServiceType; 
  WORD TotalLen; 
  WORD ID; 
  union 
  { 
    WORD  Flags; 
    WORD  FragOff; 
  }; 
  BYTE TimeToLive; 
  BYTE Protocol; 
  WORD HdrChksum; 
  DWORD  SrcAddr; 
  DWORD  DstAddr; 
  BYTE Options[0]; 
} IP; 

typedef IP * LPIP; 
typedef IP UNALIGNED * ULPIP; 

// 
// TCP Packet Structure 
// 
typedef struct _TCP 
  { 
  WORD SrcPort; 
  WORD DstPort; 
  DWORD SeqNum; 
  DWORD AckNum; 
  BYTE DataOff; 
  BYTE Flags; 
  WORD Window; 
  WORD Chksum; 
  WORD UrgPtr; 
  } TCP; 

typedef TCP *LPTCP; 
typedef TCP UNALIGNED * ULPTCP; 

// upper protocols 
#define PROTOCOL_STRING_ICMP_TXT    "ICMP" 
#define PROTOCOL_STRING_TCP_TXT    "TCP" 
#define PROTOCOL_STRING_UDP_TXT    "UDP" 
#define PROTOCOL_STRING_SPX_TXT    "SPX" 
#define PROTOCOL_STRING_NCP_TXT    "NCP" 

#define PROTOCOL_STRING_UNKNOW_TXT   "UNKNOW" 


  这个文件也有人声称没有. 
//*************************************************************************// 
//* Header File: mstcpip.h 
//*************************************************************************// 
// Copyright (c) Microsoft Corporation. All rights reserved. 
#if _MSC_VER > 1000 
#pragma once 
#endif 

/* Argument structure for SIO_KEEPALIVE_VALS */ 

struct tcp_keepalive { 
  u_long onoff; 
  u_long keepalivetime; 
  u_long keepaliveinterval; 
}; 

// New WSAIoctl Options 

#define SIO_RCVALL      _WSAIOW(IOC_VENDOR,1) 
#define SIO_RCVALL_MCAST   _WSAIOW(IOC_VENDOR,2) 
#define SIO_RCVALL_IGMPMCAST _WSAIOW(IOC_VENDOR,3) 
#define SIO_KEEPALIVE_VALS  _WSAIOW(IOC_VENDOR,4) 
#define SIO_ABSORB_RTRALERT  _WSAIOW(IOC_VENDOR,5) 
#define SIO_UCAST_IF     _WSAIOW(IOC_VENDOR,6) 
#define SIO_LIMIT_BROADCASTS _WSAIOW(IOC_VENDOR,7) 
#define SIO_INDEX_BIND    _WSAIOW(IOC_VENDOR,8) 
#define SIO_INDEX_MCASTIF   _WSAIOW(IOC_VENDOR,9) 
#define SIO_INDEX_ADD_MCAST  _WSAIOW(IOC_VENDOR,10) 
#define SIO_INDEX_DEL_MCAST  _WSAIOW(IOC_VENDOR,11) 

// Values for use with SIO_RCVALL* options 
#define RCVALL_OFF       0 
#define RCVALL_ON       1 
#define RCVALL_SOCKETLEVELONLY 2 

  现在我们自已的 Sniffer 就做好了, Run, Start......哇, 这么多数据包, 都是从这一台机器上发出的, 它在干什么? 原来 Adminstrator 密码为空, 中了尼姆达病毒! 

六. 小结 
  优点: 实现简单, 不需要做驱动程序就可实现抓包. 
  缺点: 数据包头不含帧信息, 不能接收到与 IP 同层的其它数据包, 如 ARP, RARP... 
  这里提供的程序仅仅是一个 Sniffer 的例子, 没有对数据包进行进一步的分析. 写此文的目的在于熟悉Raw Socket 编程方法, 了解 TCP/IP 协议结构原理以及各协议之间的关系.