,.談起socket編程，大家也許會(huì)想起qq和ie,，沒錯(cuò)。還有許多網(wǎng)絡(luò)工具如p2p,、netmeeting等在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用程序，也是用socket 來實(shí)現(xiàn)的,。socket是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)編程接口,，實(shí)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microsoft windows 消息驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn),。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(tái)上的版本是winsock2.2,，也叫winsock2）在 1996 年 5 月發(fā)行，windows nt 5.0及以后版本的windows系統(tǒng)支持winsock2,，在winsock2中,，支持多個(gè)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(shí)現(xiàn)的原始套接字(raw socket)的編程，以及在此基礎(chǔ)上實(shí)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raw socket套接字類型，使用raw socket,，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(shí)現(xiàn)了rawsocket類,，它包含了我們實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包監(jiān)視的核心技術(shù),。在實(shí)現(xiàn)這個(gè)類之前，需要先寫一個(gè)ip頭結(jié)構(gòu),，來暫時(shí)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(zhǎng)度+4位ip版本號(hào)
[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(zhǎng)度（字節(jié)）
[fieldoffset(4)] public ushort ip_id; //16位標(biāo)識(shí)
[fieldoffset(6)] public ushort ip_offset; //3位標(biāo)志位
[fieldoffset(8)] public byte ip_ttl; //8位生存時(shí)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(yàn)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(gè)封包到達(dá)時(shí)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(gè)個(gè)ipheader對(duì)象,。
下面就開始寫rawsocket類了,，一開始，先定義幾個(gè)參數(shù),，包括：
private bool error_occurred; //套接字在接收包時(shí)是否產(chǎn)生錯(cuò)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(zhǎng)度
byte [] receive_buf_bytes; //收到的字節(jié)
private socket socket = null; //聲明套接字
還有一個(gè)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(shí)現(xiàn)了對(duì)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(shí)現(xiàn)了創(chuàng)建rawsocket,，并把它與終結(jié)點(diǎn)（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(gè)參數(shù)：

第一個(gè)參數(shù)是設(shè)定地址族,，msdn上的描述是“指定 socket 實(shí)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(diǎn)（ipendpoint）時(shí)，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(gè)尋址方案（addressfamily）。

第二個(gè)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(gè)枚舉數(shù)據(jù)類型,，raw套接字類型支持對(duì)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(bào)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(shí),，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(bào)在返回時(shí)會(huì)保持其 ip 標(biāo)頭和選項(xiàng)不變。

第三個(gè)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(qǐng)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(gè)自定義的setsocketoption函數(shù),，它和socket類中的setsocketoption不同,，我們?cè)谶@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(jí)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(gè)8位字節(jié)合成一個(gè)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(xiàng)時(shí)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?yàn)?，在windows中我們不能用receive函數(shù)來接收raw socket上的數(shù)據(jù)，這是因?yàn)?，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(gè)raws socket包的時(shí)候（比如syn）,，核心并不知道,，也沒有這個(gè)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(shí)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(jiǎn)單地使用接收函數(shù)來接收這些數(shù)據(jù)報(bào)。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,。可以通過設(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(jí)別操作模式,，怎么低級(jí)別操作法,？其實(shí)這個(gè)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(gè)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(shí)數(shù)值
lpwsaoverlapped lpoverlapped, //指向一個(gè)wsaoverlapped結(jié)構(gòu)
lpwsaoverlapped_completion_routine lpcompletionroutine//指向操作完成時(shí)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(gè)參數(shù),，不過這三個(gè)參數(shù) 已經(jīng)足夠了。我們看到函數(shù)中定義了一個(gè)字節(jié)數(shù)組：byte []in = new byte[4]{1, 0, 0, 0}實(shí)際上它是一個(gè)值為1的dword或是int32,，同樣byte []out = new byte[4];也是,，它整和了一個(gè)int,作為wsaioctl函數(shù)中參數(shù)lpcbbytesreturned指向的值。
因?yàn)樵O(shè)置套接字選項(xiàng)時(shí)可能會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤,，需要用一個(gè)值傳遞錯(cuò)誤標(biāo)志：

public bool erroroccurred
{
get
{
return error_occurred;
}
}

下面的函數(shù)實(shí)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(duì)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(yǔ)句提取出了packetarrivedeventargs對(duì)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(yùn)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(duì)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(dòng)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(gè)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(gè)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(gè)新的數(shù)據(jù)包，這樣能保證讓每一個(gè)數(shù)據(jù)包都能夠被程序探測(cè)到,。
下面通過聲明代理事件句柄來實(shí)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(shí)引發(fā)事件
public event packetarrivedeventhandler packetarrival;//聲明時(shí)間句柄函數(shù)

這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)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?。?

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(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的接收,，并使用時(shí)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(shí)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(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析了。