linux socket調用與arp報文發送

Linux提供最常用的網絡通信應用程序開發接口--Berkerley套接字(Socket)．它既適用于同一主機上進程間通信(IPC)，又適用于不同主機上的進程間通信。套接字的設置通過socket調用完成：

int socket(int family,int type,int protocol);

其中family指通信域或協議族，Linux系統支持的網絡協議族有PF_UNIX，PF_IPX，PF_PACKET等幾十種；type為套接字類型,目前有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET等；protocol是套接字所用的特定協議類型號．

Linux系統提供的基于數據鏈路層開發應用程序的接口集成在套接字中，它是通過創建packet類型的套接宇．使應用程序可直接在數據鏈路層接收或發送未被系統處理的原始的數據報文(如ARP報文)，用戶也可以使用packet類型的套接宇在物理層上定義自己特殊的網絡協議。只有注冊號為0的用戶(超級用戶)進程才能建立或打開用于訪問網絡低層的套接字．在Linux系統中，用以下三種方式創建的packet套接字可直接用于訪問數據鏈路層：
(1)PF_INET協議族中SOCK_PACKEI類型的套接字
(2)PF_PACKET協議族中SOCK_RAW類型的套接字
(3)PF_PACKET協議族中SOCK_DGRAM類型的套接字

Linux 2．0中對數據鏈路層的操作主要使用SOCK_PACKET定義的packet套接字．初始化定義如下：
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_PACKET,protocol)；
其中，protocol用于決定套接字所使用的物理層協議(在IEEE802.3中定義)．筆者在此選擇常用的物理層協議ETH_P_IP(Internet協議)．SOCK_PACKET使用一種比較老的sockaddr_pkt數據結構來設置網絡接口。

在Linux 2 2中使用PF_PACKET代替SOCK_PACKET來定義packet套接字．這種套接字的初始化定義如下：
sockfd=socket(PF_PACKET,socket_type,protocol)；
其中socket_type只能為SOCK_RAW或SOCK_DGRAM,protocol為物理層通信協議(同上)。SOCK_RAW和SOCK_DGRAM類型套接字使用一種與設備無關的標準物理層地址結構sockaddr_ll，但具體操作的報文格式不同。SOCK_RAW套接字直接向網絡硬件驅動程序發送(或從網絡硬件驅動程序接收)沒有任何處理的完整數據報文(包括物理幀的幀頭)，這就要求程序員必須了解對應設備的物理幀幀頭結構，才能正確地裝載和分析報文。SOCK_DGRAM套接字收到的數據報文的物理幀幀頭會被系統自動去掉，同樣,在發送時．系統將會根據sockaddr_ll結構中的目的地址信息為數據報文舔加一個臺適的物理幀幀頭。

默認情況下．從任何接口收到的符合指定協議的所有數據報文都會被傳送到packet套接字。使用bind系統調用以一個sochddr_l1地址結構將paccket套接字與某個網絡接口相綁定，可使套接字只接收指定接口的
數據報文．socaddr_ll地址結構定義如下：
struct sockaddr_ll
{
unsigned short sll_family; /* 總是 AF_PACKET */
unsigned short sll_protocol; /* 物理層的協議 */
int sll_ifindex; /* 接口號 */
unsigned short sll_hatype; /* 報頭類型 */
unsigned char sll_pkttype; /* 分組類型 */
unsigned char sll_halen; /* 地址長度 */
unsigned char sll_addr[8]; /* 物理層地址 */
};

一、利用PF_lNET協議族中SOCK_PACKET類型的套接宇實現ARP
(1)建套接字
創建套接宇采用socket系統調用，格式如下：
sockfd=socket(PF_INET,SOCK_PACKET,htons(ETH_P_ARP));
(2)裝載報文
對于SOCK_PACKET類型的套接字，以太網物理幀頭應作為所發送報文一部分由程序員設置，物理幀頭的格式定義如下:(in /usr/include/linux/if_ether.h)
92 struct ethhdr
93 {
94 unsigned char h_dest[ETH_ALEN]; /* destination eth addr */
95 unsigned char h_source[ETH_ALEN]; /* source ether addr */
96 unsigned short h_proto; /* packet type ID field */
97 };
實際發送的地址解析報文幀由以太網物理幀頭與幀數據(ARP報文)共同組成，用結構體ARPPACKET表
示如下：
typedef struct {
struct ethhdr eth_header; //struct defined in linux/if_ether.h
ARPHDR arp_header;
}ARPPACKET;
上述報文結構的裝載比較簡單。對ARP部分，arp_header的設置如下：
ptk.arp_header.ar_hrd=htons(ARPHRD_ETHER); //ARPHRD_ETHER is defined in linux/if_arp.h
ptk.arp_header.ar_pro=htons(ETHERTYPE_IP);
ptk.arp_header.ar_hln=6;
ptk.arp_header.ar_pln=4;
ptk.arp_header.ar_op=htons(ARPOP_REQUEST);

pkt.arp_header.ar_sha[]、pkt.arp_header.ar_sip[]、pkt_arp_header.ar_tip[]分別填入本機的物理地址、ip地址和要解析的對方主機的ip地址．返回報文中pkt.arp_header.tha[]中的內容就是解析
得到的對方主機的物理地址。

對于以太網幀頭部分，pkt.eth_header.h_dest[]為目的地址，即廣播物理地址0xFFFFFF， pkt.eth_header.source[]為本機物理地址(同pkt.arp_header.ar_sha[])，
pkt.eth_header.h_proto賦值htons(ETHERTYPE_ARP)表示為地址解析類型報文。
ETHERTYPE_ARP與ETH_P_ARP的值都是0x0806，只是定義的文件不同。前者定義在net/ethernet.h,后者定義在linux/if_ether.h

(3)報文的發送與接收
在數據鏈路層發送/接收報文與在IP層發送/接收數據報文類似，分別用系統調用sendto()和recvfrom()
完成，只是要將配置好的含有目標地址的報文發往本地網絡硬件而不是目標主機。相應的程序段如下：
struct sockaddr to,from;
int fromlen=0;
strcpy(to.sa_data,"eth0");
sendto(sockfd,pkt,sizeof(struct ARPPACKET),0,&to,sizeof(struct sockaddr));
recvfrom(sockfd,buf,PACKET_SIZE,0,&from,&fromlen);
其中buf為包含結構體ARPPACKET的字符型指針。

通過檢驗所接收到的ARP應答報文中arp_header.ar_op項是否為ARPOP_REPLY(ARP應答)同時arp_header.ar_tip是否為已知的對方主機的IP地址來判斷所得到的解析地址是否正確．


二、利用PF_PACKET協議族中SOCK_RAW類型的套接字實現ARP
(1)創建套接字
sockfd=socket(PF_PACKET,SOCK_RAW,htons(ETH_P_ARP));
(2)裝載報文
與SOCK_PACKET類型的套接字相同，SOCK_RAW類型的套接字對鏈路層操作時，也要求以太網物理幀頭應作為所發送報文一部分由程序員設置.
(3)報文的發送與接收
SOCK_RAW類型套接字使用標準的物理層地址結構sockaddr_ll,所以，報文發送之前，應將套接字綁定到(使用bind()系統調用)配置好的本地物理地址結構my_etheraddr，同時還需配置目的物理地址結構broad_etheraddr.
示例如下：
struct aockaddr_ll my_etheraddr,broad_etheraddr;
my_etheraddr.sll_family=AF_PACKET;
my_etheraddr.sll_protocol=htons(ETH_P_ARP);
my_etheraddr.sll_ifindex=2; /*接口號2表示是eth0*/
my_etheraddr.sll_hatype=ARPHRD_ETHER;
my_etheraddr.sll_pkttype=PACKET_HOST;
my_etheraddr.sll_halen=ETH_ALEN;
my_etheraddr.sll_addr[8]中放入本主機的物理地址。

broad_etheraddr的配置除了sll_pkttype取PACKET_BROADCAST和sll_addr取廣播物理地址(0xFFFFFF)外，其他選項與my_etheraddr配置相同。

綁定格式如下：
bind(sockfd,(struct sockaddr *)&my_etheraddr,sizeof(my_etheraddr));

發送與接收調用程序如下：
sendto(sockfd,buf,sizeof(struct ARPPACKET),0,
(struct sockaddr *)&broad_etheraddr,sizeof(broad_etheraddr));

recvform(sockfd,buf,PACKET_SIZE,&from,&fromlen);

三、利用PF_PACKET協議族中SOCK_DGRAM類型的套接字實現ARP
SOCK_DGRAM類型的套接字不要求程序員配置以太網幀頭，所以所發送的報文只有數據區(ARP報文)部分，其它與SOCK_RAW類型的套接字相同。