如何通过原始套接字修改IP数据包头
背景：我们的设备上有个链路探测的功能，会定时请求公网的某个IP地址，以探测网络是不是连通的。具体的做法是会使用icmp或dns探测远端服务器，看请求能否正常响应，如果有响应，则认为链路正常，否则则认为不正常，需要采取对应的措施。但是问题的现象是每隔一段时间后，探测包就收不到回复了，导致我们认为线路异常。而实际上网络还是通的，使用系统自带的ping和nslookup工具也是没问题的。
最后抓包分析，怀疑是IP数据包中的identify字段为0导致的，因为不回复的都是为0的id：
因此，我们就打算先把这id改掉试试。本身的实现上，我们使用的是原始套接字来构造icmp和dns请求，没办法控制ip.id。要想修改ip.id，必须让内核放弃自动填充ip头的操作。要想做到这一点，需要用到socket选项中的IP_HDRINCL选项，它的作用就是告诉内核不要填充头部：
val = 1;
setsockopt(sock, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, &val, sizeof(val));注意事项：
- IP报文中，如果校验和设置为0，内核会帮我们自动填充。但在ICMP报文中，内核不会自动填充。
- 如果不填写源地址，内核也会自动帮我们填充。
以下是一个自己修改的PING包示例代码：
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/in_systm.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/ip_icmp.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
/*
* 计算校验和的函数
* @ptr 待计算校验和的数据
* @nbytes 数据长度
* @return 返回校验和
*/
unsigned short check_sum(unsigned short *ptr, int nbytes) {
register long sum;
unsigned short oddbyte;
register short answer;
sum = 0;
while (nbytes > 1) {
sum += *ptr++;
nbytes -= 2;
}
if (nbytes == 1) {
oddbyte = 0;
*((unsigned char *)&oddbyte) = *(unsigned char *)ptr;
sum += oddbyte;
}
sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff);
sum = sum + (sum >> 16);
answer = (short)~sum;
return (answer);
}
int main(int argc, char *argv[]) {
int sock, val;
char buf[1024];
// IP包头
struct iphdr *iph = (struct ip *)buf;
// ICMP包头
struct icmphdr *icmph = (struct icmphdr *)(iph + 1);
socklen_t addr_len;
struct sockaddr_in dst;
struct sockaddr_in src_addr, dst_addr;
if (argc < 3) {
printf("\nUsage: %s <saddress> <dstaddress>\n", argv[0]);
return 0;
}
bzero(buf, sizeof(buf));
// 创建原始套接字
if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP)) < 0) {
perror("socket() error");
/* If something wrong, just exit */
return -1;
}
val = 1;
// 告诉内核我们自己填充IP头部
if (setsockopt(sock, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, &val, sizeof(val)) < 0) {
perror("setsockopt() for IP_HDRINCL error");
return -1;
}
// 填充IP头部
iph->ihl = 5; // ip头部的长度/4
iph->version = 4; // 版本信息
iph->tos = 0;
iph->tot_len = sizeof(struct iphdr) +
sizeof(struct icmphdr); // 总长度等于ip头部+icmp总长度
iph->id = htons(4321);
iph->frag_off = 0;
iph->ttl = 128;
iph->protocol = IPPROTO_ICMP;
iph->check = 0; // 让内核自己去计算校验和
iph->saddr = inet_addr(argv[1]);
iph->daddr = inet_addr(argv[2]);
// check sum
// iph->check = check_sum((unsigned short *)buf, iph->tot_len);
dst.sin_addr.s_addr = iph->daddr;
dst.sin_family = AF_INET;
// 添加ICMP包头
icmph->type = ICMP_ECHO;
icmph->code = 0;
icmph->checksum = 0;
icmph->un.echo.id = htons(9987);
icmph->un.echo.sequence = htons(9988);
// 首部检验和
icmph->checksum = check_sum((void *)icmph, sizeof(struct icmphdr));
addr_len = sizeof(dst);
// 发数据
val = sendto(sock, buf, iph->tot_len, 0, (struct sockaddr *)&dst, addr_len);
if (val < 0) {
perror("sendto() error\n");
} else {
printf("sendto() is OK\n");
}
// 收数据
val = recvfrom(sock, buf + 30, sizeof(buf) - 30, 0, NULL, NULL);
if (val < 0) {
perror("recv from error");
} else {
printf("recv %d bytes data\n", val);
iph = (void *)(buf + 30);
icmph = (struct icmphdr *)(iph + 1);
printf("icmp type: %d, icmp code = %d, seq = %u, id = %u\n",
icmph->type, icmph->code, ntohs(icmph->un.echo.sequence),
ntohs(icmph->un.echo.id));
}
// 关闭socket
close(sock);
return 0;
};
