用C#的Raw Socket实现网络封包监视(1)

谈起socket编程，大家也许会想起QQ和IE，没错。还有许多网络工具如P2P、NetMeeting等在应用层实现的应用程序，也是用socket来实现的。Socket是一个网络编程接口，实现于网络应用层，Windows Socket包括了一套系统组件，充分利用了Microsoft Windows 消息驱动的特点。Socket规范1.1版是在1993年1月发行的，并广泛用于此后出现的Windows9x操作系统中。Socket规范2.2版（其在Windows平台上的版本是Winsock2.2，也叫Winsock2）在 1996 年 5 月发行，Windows NT 5.0及以后版本的Windows系统支持Winsock2，在Winsock2中，支持多个传输协议的原始套接字，重叠I/O模型、服务质量控制等。
本文向大家介绍Windows Sockets的一些关于用C#实现的原始套接字(Raw Socket)的编程，以及在此基础上实现的网络封包监视技术。同Winsock1相比，Winsock2最明显的就是支持了Raw Socket套接字类型，使用Raw Socket，可把网卡设置成混杂模式，在这种模式下，我们可以收到网络上的IP包，当然包括目的不是本机的IP包，通过原始套接字，我们也可以更加自如地控制Windows下的多种协议，而且能够对网络底层的传输机制进行控制。
在本文例子中，我在nbyte.BasicClass命名空间实现了RawSocket类，它包含了我们实现数据包监视的核心技术。在实现这个类之前，需要先写一个IP头结构，来暂时存放一些有关网络封包的信息：
[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]

public struct IPHeader

{

[FieldOffset(0)] public byte ip_verlen; //I4位首部长度+4位IP版本号

[FieldOffset(1)] public byte ip_tos; //8位服务类型TOS

[FieldOffset(2)] public ushort ip_totallength; //16位数据包总长度（字节）

[FieldOffset(4)] public ushort ip_id; //16位标识

[FieldOffset(6)] public ushort ip_offset; //3位标志位

[FieldOffset(8)] public byte ip_ttl; //8位生存时间 TTL

[FieldOffset(9)] public byte ip_protocol; //8位协议(TCP, UDP, ICMP, Etc.)

[FieldOffset(10)] public ushort ip_checksum; //16位IP首部校验和

[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

}

这样，当每一个封包到达时候，可以用强制类型转化把包中的数据流转化为一个个IPHeader对象。

下面就开始写RawSocket类了，一开始，先定义几个参数，包括：
private bool error_occurred; //套接字在接收包时是否产生错误

public bool KeepRunning; //是否继续进行

private static int len_receive_buf; //得到的数据流的长度

byte [] receive_buf_bytes; //收到的字节

private Socket socket = null; //声明套接字
还有一个常量：
const int SIO_RCVALL = unchecked((int)0x98000001);//监听所有的数据包
这里的SIO_RCVALL是指示RawSocket接收所有的数据包，在以后的IOContrl函数中要用，在下面的构造函数中，实现了对一些变量参数的初始化：
public RawSocket() //构造函数

{

error_occurred=false;

len_receive_buf = 4096;

receive_buf_bytes = new byte[len_receive_buf];

}

下面的函数实现了创建RawSocket，并把它与终结点（IPEndPoint：本机IP和端口）绑定：
public void CreateAndBindSocket(string IP) //建立并绑定套接字

{

socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Raw, ProtocolType.IP);

socket.Blocking = false; //置socket非阻塞状态

socket.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Parse(IP), 0)); //绑定套接字

if (SetSocketOption()==false) error_occurred=true;

}
其中，在创建套接字的一句socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Raw, ProtocolType.IP);中有3个参数：

第一个参数是设定地址族，MSDN上的描述是“指定 Socket 实例用来解析地址的寻址方案”，当要把套接字绑定到终结点（IPEndPoint）时，需要使用InterNetwork成员，即采用IP版本4的地址格式，这也是当今大多数套接字编程所采用一个寻址方案（AddressFamily）。

第二个参数设置的套接字类型就是我们使用的Raw类型了，SocketType是一个枚举数据类型，Raw套接字类型支持对基础传输协议的访问。通过使用 SocketType.Raw，你不光可以使用传输控制协议(Tcp)和用户数据报协议(Udp)进行通信，也可以使用网际消息控制协议 (Icmp) 和 Internet 组管理协议 (Igmp) 来进行通信。在发送时，您的应用程序必须提供完整的 IP 标头。所接收的数据报在返回时会保持其 IP 标头和选项不变。

第三个参数设置协议类型，Socket 类使用 ProtocolType 枚举数据类型向 Windows Socket API 通知所请求的协议。这里使用的是IP协议，所以要采用ProtocolType.IP参数。