Linux下原始套接字编程常用的头文件

其他 2019-05-09 01:16:51 阅读次数: 0

socket协议族

socket常用的协议有PF_INET和PF_PACKET，是AF_INET协议族下的两类，具体可以参考socket协议族。

  • PF_INET表示Internet上使用的是TCP/IP协议，提供SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW三种服务，是常用的套接字协议。
  • PF_PACKET类型的socket是一类允许应用程序不经过网络协议栈而直接读写网络设备的接口，应用程序必须自己提供包括第 2 层报头在内的各级报文头部。这种类型常用以实现嗅探器 ，为了获得各种协议类型的报文 ，常配合ETH_P_ALL 类型来匹配第 2 层收到的各类报文。PF_PACKET 支持SOCK_DGRAM、SOCK_RAW两种服务类型。前者由内核添加或者删除Ethernet 帧头部，后者可以由应用程序对 Ethernet 帧头部填充。PF_PACKET常用作构造原始套接字。

在Linux系统中由 libpcap 库实现了对PF_PACKET 套接字的封装，提供一组更高级、更简单易用的接口。

INET协议族的原始套接字和PACKET协议族区别体现在创建和接收报头的能力不同：

  • INET 协议族的原始套接字可以创建第 4 层及其以上各层协议的报头，配合 IP_HDRINCL 选项也可以创建IP 报头，但是网络层必须使用 IP 协议
  • PF_PACKET 协议族要求用户提供第 2 层及其以上的各级报头，因此适用于其他各种网络应协议。
  • 在接收时，INET 协议族的原始套接字只能获得 IP 报文的负载部分，而无法获得 IP 报头； PF_PACKET 协议族不但可以获得 IP 报头，还可以获得 Ethernet 帧头部的内容。

socket 地址结构体

socket地址结构体用于创建套接字时标识一个套接字

struct in_addr
  {
    in_addr_t s_addr;    
  };  //表示ip地址的结构体

struct sockaddr{
    unsigned short sa_farnily;
    char sa_data[14];
};    //socket通用的地址结构体，一般只在创建套接字时使用

struct sockaddr_in{
	unsigned short      sin_family;  //一般为AF_INET
	unsigned short int  sin_port;    //需要监听的端口号
	struct in_addr      sin_addr;    //设置为INADDR_ANY,表示可以和任何主机通信
	unsigned char       sin_zero[8]  //是用来填充的
};      //AF_INET专用的地址结构体

详细情况可以参考 socket地址结构体

TCP报文

TCP 连接的两端使用两对IP地址和端口识别这个连接，并且向监听这个端口的应用程序发送数据 。TCP 报头的固定长度是 20 个字节， 如果使用一些选项，最大长度为 60 个字节。TCP 报头格式为：
在这里插入图片描述
各字段依次为：

  1. 源端口：16 位，本地 TCP 端口号。
  2. 目的地端口：16 位，目的 TCP 端口号。
  3. 序号：32 位，用来跟踪发送报文字节顺序的序号。
  4. 确认编号：32 位，表示已经正确接收字节的序号 。
  5. 报头长度：4 位，表示以 4 个字节为单位的报头长度 。 如果不使用选项，报头长度值为 5。
  6. 保留：6 位，留做以后使用。
  7. 标记flags：6 位，每一位标记都有具体的含义。
  1. URG：紧急字段指针。如果为1，此时 TCP 协议报头结构中的紧急指针有效，表示数据包中包含紧急数据 。
  2. ACK：确认标志位。如果为 1 ，表示包中的确认号有效 。
  3. PSH：推送功能 。 如果为 1 ，表示接收端应尽快将数据传送给应用层 。
  4. RST：重置位，用来复位一个连接 。 RST 标志置位为1的数据包称为复位包 。 一般如果 TCP 收到的一个分段明显不属于该主机上的任何一个连接，则向远端发送一个复位包。
  5. SYN：用来建立连接，让连接双方同步的序列号。如果 SYN=1且 ACK =0 ，表示 数据包为连接请求，如果 SYN=1且ACK=1，则表示接受连接。
  6. FIN：表示发送端已经没有数据要求传输了，请求释放连接。
  1. 窗口尺寸：16 位，表示要求对方必须维持的窗口字节数。
  2. 校验和：16 位， TCP 报头和数据的校验和 。
  3. 紧急指 针：16 位，指向跟在 URG 数据后面的数据的序列号的偏移值
  4. 选项：MSS 、窗口比例等。

tcphdr

#include <netinet/tcp.h>           // tcp头部
struct tcphdr {
    __be16 source;
    __be16 dest;
    __be32 seq;
    __be32 ack_seq;
#if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)
    __u16   res1:4,
            doff:4,
            fin:1,
            syn:1,
            rst:1,
            psh:1,
            ack:1,
            urg:1,
            ece:1,
            cwr:1;
#elif defined(__BIG_ENDIAN_BITFIELD)
    __u16   doff:4,
            res1:4,
            cwr:1,
            ece:1,
            urg:1,
            ack:1,
            psh:1,
            rst:1,
            syn:1,
            fin:1;
#else
#error "Adjust your <asm/byteorder.h> defines"
#endif
    __be16 window;
    __be16 check;
    __be16 urg_ptr;
};

UDP报文

#include <netinet/udp.h>           // udp头部
/* UDP header as specified by RFC 768, August 1980. */
struct udphdr
{
  __extension__ union
  {
    struct
    {
      u_int16_t uh_sport;		/* source port */
      u_int16_t uh_dport;		/* destination port */
      u_int16_t uh_ulen;		/* udp length */
      u_int16_t uh_sum;		    /* udp checksum */
    };
    struct
    {
      u_int16_t source;
      u_int16_t dest;
      u_int16_t len;
      u_int16_t check;
    };
  };
};

IP数据报

#include <netinet/ip.h>           // ip头部
struct iphdr
  {
#if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
    unsigned int ihl:4;
    unsigned int version:4;
#elif __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN
    unsigned int version:4;
    unsigned int ihl:4;
#else
# error	"Please fix <bits/endian.h>"
#endif
    u_int8_t tos;             //服务类型
    u_int16_t tot_len;        //总长度
    u_int16_t id;             //标识
    u_int16_t frag_off;       //标志＋片偏移
    u_int8_t ttl;             //生存时间
    u_int8_t protocol;        //协议
    u_int16_t check;          //头校验和
    u_int32_t saddr;          //源IP地址
    u_int32_t daddr;          //目的IP地址
    /*The options start here. */
  };

IPv6报文

IPv6的实现代码在头文件include/net/ipv6.h中，具体的几个函数有：

  • 在数据链路层发现网络层使用IPv6 协议时调用函数 ipv6_ rcv 来接收并继续处理该报文
  • 当上层协议(如TCP 或 UDP)发送IPv6报文时，调用ip6_ xmit发送函数
  • 通过IPv6发送 ICMP 报文时调用 icmpv6_send函数
  • IPv6转发报文的工作由 ip6_forward函数完成
    另外在 net/ipv6/ip6_fib. c 中实现了针对 IPv6地址的路向表管理，在 net/ipv6/tcp_ipv6. c中实现了在IPv6 条件下 TCP协议必须进行的修改 。

IGMP报文

IGMP协议用以管理组播通信的成员，在头文件net/ipv4/igmp.c中实现。IGMP报文封装在IP报文中，由IP报文头部的服务类型指定，调用igmp_rcv函数处理。

ARP报文

ARP 协议的实现代码保存在include/net/if_arp.h和net/core/ipv4/arp.c 中，由arp_send和 arp_rcv函数发送和接收ARP报文。
在这里插入图片描述
　　在这里插入图片描述
　　硬件类型,1代表是以太网。

协议类型,表明上层协议的类型,这里是0x0800,表示上层协议是IP协议

硬件地址长度,毫无疑问是6个字节

协议长度,这里IP协议的长度是4个字节

操作类型,在报文中占2个字节,1表示ARP请求,2表示ARP应答,3表示RARP请求,4表示RARP应答

ICMP报文

#include <netinet/ip_icmp.h>       //icmp头

struct icmphdr
{
};

struct icmp
{
  u_int8_t  icmp_type;	/* type of message, see below */
  u_int8_t  icmp_code;	/* type sub code */
  u_int16_t icmp_cksum;	/* ones complement checksum of struct */
  union
  {
    u_char ih_pptr;		/* ICMP_PARAMPROB */
    struct in_addr ih_gwaddr;	/* gateway address */
    struct ih_idseq		/* echo datagram */
    {
      u_int16_t icd_id;
      u_int16_t icd_seq;
    } ih_idseq;
    u_int32_t ih_void;

    /* ICMP_UNREACH_NEEDFRAG -- Path MTU Discovery (RFC1191) */
    struct ih_pmtu
    {
      u_int16_t ipm_void;
      u_int16_t ipm_nextmtu;
    } ih_pmtu;

    struct ih_rtradv
    {
      u_int8_t irt_num_addrs;
      u_int8_t irt_wpa;
      u_int16_t irt_lifetime;
    } ih_rtradv;
  } icmp_hun;

常用函数

对套接字操作的常用函数有以下几个，都包含在以下头文件中：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

发送函数

  1. write ：调用 connect 函数建立连接之后，可 以使用 write 函数来发送数据。但 write 函数使用的是文件的写功能，无法支持 socket 通信时所特有的功能，如发送带外数据等。 - 建立连接后，将buf 中 nbytes 字节的内容写入文件描述符：
ssize_t write (int sockfd, const void * buf, size_t nbytes);
  1. sendmsg：可以一 次发送多个数据缓冲区的内容，但要求用户自行创建所需的 msghdr 结构。msghdr 是一种可以实现批量数据传递的数据结构。
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr* msg, int flags);
  1. send：send 函数与 write 函数十分相似，在保留 write 函数的三个参数 的同时，增加 了一个flags 参数用来实现一些socket所特有的功能，例如设定MSG__OOB 标志来发送带外数据 。
ssize_t send(int sockfd, const void*buf, size_t len, int flags) ;` //flags一般为0，同write
  1. sendto：sendto 函数来发送非连接的 socket 数据，提供了设定报文目的地址和目的端口的能力。当用于面向连接的通
    信时(套接字类型为SOCK_STREAM)，将省略参数 to 和 tolen。
ssize_t sendto(int sockfd, const void*buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr* to, socklen_t tolen)

一般情况下， buf 指针所指向的数据包不包含IP头，只包含IP报文的负载部分。如果要处理IP报头，则需在之前调用setsocketopt 函数设置套接字的选项，此时buf将包含IP头部。代码如下:

int flag= 1;
setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, &flag, sizeof(int));

接收函数

  1. read 从文件描述符读取内容到buf：
ssize_t read(int sockfd, void* buf , size_t nbyte);
  1. recvmsg
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr* msg , int flags);
  1. recv
ssize t recv(int sockfd, const void*buf, size_t len, int flags);
  1. recvfrom 性质同sendto
ssize_t recvfrom(int sockfd, void* buf, size_t len, int flags, struct sockaddr* from, socklen_t* fromlen);
//flags用于控制是否接收带外数据

一般在接收数据时，recvfrom 函数处于阻塞状态，直到收到一个数据包才会返回 。如果希望 recvfrom 在接收数据包时处于非阻塞状态，则需要调用函数 fentl 将套接字设置为非阻塞筷式。具体代码如下：

fcntl(int sockfd, F_SETFL, O＿NONBLOCK);

其他函数

  • 创建套接字：
int socket (int domain, int type, int protocol);`  // protocol：IPPROTO_IP 、IPPROTO_TCP 、IPPROTO_UDP 、 IPPROTO_ICMP
  • 绑定端口：
int bind (int sockfd, const struct sockaddr* my_addr, socklen_t addrl en) ;
  • 监听请求：
int listen (int sockfd, int backlog);`  //backlog:请求队列的最大长度。
  • 服务器端监听到请求后建立连接：
int accept (int sockfd, struct sockaddr* addr, socklen_t *addrlen);`//addr: 客户端结构体sockaddr的指针 。
  • 客户端向服务器端发起连接请求：
int connect(int sockfd, const struct sockaddr * serv_addr , socklen_t addrlen);`//服务部端的连接信息
  • 设置当前套接字的选项：
int setsockopt(int sockfd, //
			   int level, //表示控制套接字的层次，SOL_SOCKET(通用套接字选项),IPPROTO_IP和IPPROTO_TCP
			   int optname, //需要设置选项的名称，如果需要构建数据包的IP头就将Optname设为IP_HDRINCL
			   const char vo1d* optval, //指向存放选项值的缓冲区。optval需要根据选项不同的数据类型进行转换； 
			   socklen_t * optlen  //表示optval所指向的缓冲区的长度。);

linux下socket编写常用头文件：

<sys/socket.h>     //与套接字相关的函数声明和结构体定义，如socket()、bind()、connect()及struct sockaddr的定义等
<sys/types.h>       //包含很多类型重定义，如pid_t、int8_t等
<arpa/inet.h>        //inet_addr,inet_ntop()、inet_ntoa()等
<netdb.h>             //某些结构体定义、宏定义和函数声明，如struct hostent、struct servent、gethostbyname()、gethostbyaddr()、herror()等. 文件如其名，包括结构hostent（主机环境），获得主机的信息的几个函数（gethostbyname）。似乎这个就是定义主机的各项环境，例如hostname等等
<net/ethernet.h>  // 包括几个以太网的数据结构，ether_addr（mac帧结构），ether_header（以太帧的头部）

<netinet/in.h>              // sockaddr_in, "man 7 ip" ,htons
<netinet/in.h>              //某些结构体声明、宏定义，如sockaddr_in、PROTO_ICMP、INADDR_ANY, 网络字节转换（ntoh，hton）
<netinet/ip.h>             // 这个头文件和linux/ip.h似乎很相似，也有iphdr的数据结构,同时还包括了bsd中的ipheader结构定义。
<netinet/if_ether.h>    //ether_arp的数据结构
<netinet/ether.h>       // 以太祯的网络字节和ascii字节的转换，包括ether_ntoa(),ether_aton这样的函数定义

<linux/ip.h>              //iphdr的数据结构，以及一些ip层的数据定义，同理的还有tcp.h,udp.h等等
<linux/if.h>               //主要的socket头文件，似乎修改自unix的if.h，定义了网卡的接口信息的宏，例如IFF_UP.另外有数个重要的interface的数据结构定义，包括ifreq，ifconf，ifmap
<linux/if_packet.h>   // 原始数据包的数据结构定义，包括sockaddr_pkt，sockaddr_ll,想接收原始数据包的不能错过这个文件。同理的还有if_ppp.h,if_tun.h等等

<unistd.h>              //read,write
<poll.h>                  //poll,pollfd
<error.h>               //perror
<stdio.h>               //C语言标准输入输出库
<errno.h>              //errno
<stdlib.h>              //标准库
<string.h>             // memset
<string>
<iostream>
<stdlib.h>              //标准库
<sys/ioctl.h>         //I/O控制操作相关的函数声明，如ioctl()

具体参见linux下socket编程常用头文件
下面为部分内容：

sys/types.h：数据类型定义

sys/socket.h：提供socket函数及数据结构

netinet/in.h：定义数据结构sockaddr_in

arpa/inet.h：提供IP地址转换函数

netdb.h：提供设置及获取域名的函数

sys/ioctl.h：提供对I/O控制的函数

sys/poll.h：提供socket等待测试机制的函数


其他在网络程序中常见的头文件 
unistd.h：提供通用的文件、目录、程序及进程操作的函数

errno.h：提供错误号errno的定义，用于错误处理

fcntl.h：提供对文件控制的函数

time.h：提供有关时间的函数

crypt.h：提供使用DES加密算法的加密函数

pwd.h：提供对/etc/passwd文件访问的函数

shadow.h：提供对/etc/shadow文件访问的函数

pthread.h：提供多线程操作的函数

signal.h：提供对信号操作的函数

sys/wait.h、sys/ipc.h、sys/shm.h：提供进程等待、进程间通讯（IPC）及共享内存的函数

建议： 在编写网络程序时，可以直接使用下面这段头文件代码

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netdb.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>
#include <errno.h>
#include <malloc.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdarg.h>
#include <fcntl.h>
#include <fcntl.h>

涉及到用户权限及密码验证问题时加入如下语句：

#include <shadow.h>
#include <crypt.h>
#include <pwd.h>

需要注意的是，应该在编译时链接加密算法库，即增加编译选项：
-lcrypt

涉及到文件及时间操作加入如下语句：

#include <sys/time.h>
#include <utime.h>
#include <time.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/file.h>

涉及到多进程操作时加入如下语句：

#include <sys/wait.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <signal.h>

涉及到多线程操作时加入如下语句：

#include <pthread.h>
#include <sys/poll.h>

需要注意的是，应该在编译时链接线程库，即增加编译选项：-lthread

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转载自blog.csdn.net/qq_34415266/article/details/83904857
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