談起socket編程，大家也許會(huì)想起QQ和IE，沒(méi)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(lái)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(guò)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)�網(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(lái)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(kāi)始寫RawSocket類了，一開(kāi)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(tīng)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(lái)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(wèn)。通過(guò)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(lái)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(wú)法填充IPHeader結(jié)構(gòu)，也無(wú)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(lái)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�，�?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(méi)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(lái)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(guò)的數(shù)據(jù)包，然后進(jìn)行篩選，留下符合我們需要的�？梢酝ㄟ^(guò)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(lái)介紹一下IOControl函數(shù)。MSDN解釋它說(shuō)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(guò)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(jiàn)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(lái)編程上的便利。在函數(shù)中聲明PacketArrivedEventArgs類對(duì)象，以便通過(guò)OnPacketArrival(e)函數(shù)通過(guò)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(kāi)啟了異步監(jiān)聽(tīng)的接口：

public void Run() //開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)
{
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(guò)聲明代理事件句柄來(lái)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(guò)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(guò)RawSocket的任務(wù)還沒(méi)有完，最后不要望了關(guān)閉套接字啊：

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(guò)構(gòu)造IP頭獲取了包中的信息，并通過(guò)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。