内容目录
- —— 一、TCP三次握手简介
- —— 二、创建原始套接字
- —— 三、构建TCP数据包
- —— 四、发送TCP数据包
- —— 五、接收TCP响应
- —— 六、总结
在Linux系统中,原始套接字(raw sockets)是一种特殊的套接字类型,它可以用来创建底层的网络协议。通过原始套接字,我们可以直接处理IP数据包,甚至模拟TCP/IP协议栈的行为。本文将详细介绍如何使用Linux原始套接字来模拟TCP三次握手过程,并提供一个简单的示例程序。
一、TCP三次握手简介
TCP(传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。在TCP连接建立过程中,需要经历三次握手(Three-way Handshake):
- 第一次握手:客户端发送一个SYN(同步序列编号)数据包到服务器,并进入SYN_SENT状态,等待服务器确认。
- 第二次握手:服务器收到SYN后,发送一个ACK(确认)和SYN给客户端,此时服务器进入SYN_RECEIVED状态。
- 第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK之后,会向服务器发送一个ACK数据包,服务器收到ACK后,三次握手完成,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态。
二、创建原始套接字
在Linux中,创建一个原始套接字需要使用socket()
函数,并指定协议族AF_INET
(IPv4)和套接字类型SOCK_RAW
。然而,由于SOCK_RAW
类型默认不支持TCP,因此我们需要使用IPPROTO_TCP
来指定TCP协议。
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/tcp.h>
int sockfd;
struct sockaddr_in dest_addr;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_TCP);
if (sockfd < 0) {
perror("Socket creation failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
dest_addr.sin_family = AF_INET;
dest_addr.sin_port = htons(PORT); // 目标端口
dest_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("TARGET_IP"); // 目标IP地址
三、构建TCP数据包
构建TCP数据包涉及设置IP头和TCP头。我们需要手动填充这些头部信息,并确保数据包的校验和正确。
#include <arpa/inet.h>
struct iphdr ip_header;
struct tcphdr tcp_header;
memset(&ip_header, 0, sizeof(ip_header));
memset(&tcp_header, 0, sizeof(tcp_header));
// 设置IP头
ip_header.version = 4; // IPv4
ip_header.ihl = 5; // 20-byte header
ip_header.tos = 0;
ip_header.tot_len = sizeof(struct iphdr) + sizeof(struct tcphdr); // IP头 + TCP头大小
ip_header.id = htons(54321); // 任意标识符
ip_header.frag_off = 0;
ip_header.ttl = 255;
ip_header.protocol = IPPROTO_TCP;
ip_header.check = 0; // IP头校验和
ip_header.saddr = inet_addr("SOURCE_IP"); // 源IP地址
ip_header.daddr = dest_addr.sin_addr.s_addr; // 目标IP地址
ip_header.check = csum((unsigned short *) &ip_header, sizeof(ip_header)); // 计算校验和
// 设置TCP头
tcp_header.source = htons(SOURCE_PORT); // 源端口
tcp_header.dest = htons(dest_addr.sin_port); // 目标端口
tcp_header.seq = htonl(12345); // 序列号
tcp_header.ack_seq = 0; // 初始无确认序列号
tcp_header.reserved = 0;
tcp_header.offset = 5; // 20-byte header
tcp_header.window = htons(5840); // 窗口大小
tcp_header.check = 0; // TCP头校验和
tcp_header.urg_ptr = 0;
tcp_header.do_flags(TCP_FLAG_SYN); // 设置SYN标志
tcp_header.check = csum((unsigned short *) &tcp_header, sizeof(tcp_header)); // 计算校验和
// 填充伪首部
struct pseudo_header {
unsigned char pad[4]; // 保留
unsigned int src_addr;
unsigned int dst_addr;
unsigned short zero;
unsigned char proto;
unsigned short len;
} __attribute__((packed));
pseudo_header pseudo;
pseudo.src_addr = ip_header.saddr;
pseudo.dst_addr = ip_header.daddr;
pseudo.zero = 0;
pseudo.proto = ip_header.protocol;
pseudo.len = htons(sizeof(tcp_header));
// 计算最终的TCP校验和
tcp_header.check = csum((unsigned short *) &pseudo, sizeof(pseudo_header)) + csum((unsigned short *) &tcp_header, sizeof(tcp_header));
四、发送TCP数据包
使用sendto()
函数将构建好的数据包发送出去。
ssize_t sent = sendto(sockfd, &tcp_header, sizeof(tcp_header), 0, (struct sockaddr *)&dest_addr, sizeof(dest_addr));
if (sent < 0) {
perror("Failed to send packet");
close(sockfd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
五、接收TCP响应
为了模拟完整的三次握手过程,还需要接收来自服务器的响应,并发送最终的ACK数据包。
char buffer[BUFFER_SIZE];
ssize_t received = recvfrom(sockfd, buffer, BUFFER_SIZE, 0, NULL, NULL);
if (received > 0) {
printf("Received packet: %s\n", buffer);
}
// 构建并发送ACK数据包...
六、总结
通过本文的介绍,你应该已经掌握了如何使用Linux原始套接字来模拟TCP三次握手的过程。虽然这种方法相对复杂,但它可以帮助我们更深入地理解TCP/IP协议的工作原理,并为开发更高级的网络应用打下坚实的基础。希望这篇教程能够对你有所帮助。