Linux 网络编程——原始套接字实例：MAC 地址扫描器

如果 A （192.168.1.1 ）向 B （192.168.1.2 ）发送一个数据包，那么需要的条件有 ip、port、使用的协议（TCP/UDP）之外还需要 MAC 地址，因为在以太网数据包中 MAC 地址是必须要有的。那么怎样才能知道对方的 MAC 地址？答案是：它通过 ARP 协议来获取对方的 MAC 地址。

ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议），是 TCP/IP 协议族中的一个，主要用于查询指定 ip 所对应的的 MAC（通过 ip 找 MAC）。

请求方使用广播来发送请求，应答方使用单播来回送数据。收到返回消息后将该 IP 地址和物理地址存入本机 ARP 缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询 ARP 缓存以节约资源。

以机器 A 获取机器 B 的 MAC 为例，A 广播发送一个 ARP 请求包，和 A 同在一个局域网的主机都会收到这个请求包，每个机器都会比较自己的 ip 和请求包的目的 ip 是不是一样的，如果不一样，就丢弃这个请求包，结果，只有 B 机器符合条件，B 机器单独给 A 发送 ARP 应答包，应答包带上了 B 的 ip 所对应的 MAC 地址，当 A 收到这个应答包后，就把 B 的 ip 以及其对应的 MAC 地址存入本机 ARP 缓存中。

在 Linux 查看 ARP 缓存表：arp

在 Windows 查看 ARP 缓存表：arp -a

ARP头部

1、Dest MAC：目的 MAC 地址
2、Src MAC：源 MAC 地址
3、帧类型：0x0806
4、硬件类型：1（以太网）
5、协议类型：0x0800（IP地址）
6、硬件地址长度：6
7、协议地址长度：4
8、OP：1（ARP请求），2（ARP应答），3（RARP请求），4（RARP应答）

接下来这个例子为，虚拟机（ubuntu）获取 PC 机的 MAC 地址：

先查看 ubuntu 的 ip 和 MAC 地址：

完整代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <net/if.h>       //struct ifreq
#include <sys/ioctl.h>      //ioctl、SIOCGIFADDR
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ether.h>    //ETH_P_ALL
#include <netpacket/packet.h> //struct sockaddr_ll
#include <netinet/in.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
  //1.创建通信用的原始套接字
  int sock_raw_fd = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL));
  
  //2. 根据各种协议首部格式构建发送数据报
  unsigned char send_msg[1024] = {
    //--------------组MAC--------14------
    0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, //dst_mac: FF:FF:FF:FF:FF:FF
    0x00, 0x0c, 0x29, 0x97, 0xc7,0xc1, //src_mac: 00:0c:29:97:c7:c1
    0x08, 0x06,              //类型：0x0806 ARP协议
    
    //--------------组ARP--------28-----
    0x00, 0x01, 0x08, 0x00,        //硬件类型1(以太网地址),协议类型0x0800(IP) 
    0x06, 0x04, 0x00, 0x01,        //硬件、协议地址分别是6、4，op:(1：arp请求，2：arp应答)
    0x00, 0x0c, 0x29, 0x97, 0xc7,0xc1,  //发送端的MAC地址
    10,  221,  0, 11,          //发送端的IP地址
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,  //目的MAC地址（由于要获取对方的MAC,所以目的MAC置零）
    10, 221, 20, 10        //目的IP地址
  };
  
  //3.数据初始化
  struct sockaddr_ll sll;          //原始套接字地址结构
  struct ifreq req;          //网络接口地址
  strncpy(req.ifr_name, "eth0", IFNAMSIZ);  //指定网卡名称
  
  //4.将网络接口赋值给原始套接字地址结构
  ioctl(sock_raw_fd, SIOCGIFINDEX, &req);
  bzero(&sll, sizeof(sll));
  sll.sll_ifindex = req.ifr_ifindex;
  
  //5. 发送 ARP 请求包
  int len = sendto(sock_raw_fd, send_msg, 42, 0 , (struct sockaddr *)&sll, sizeof(sll));
  if(len == -1)
  {
    perror("sendto");
  }
  
  //6.接收对方的ARP应答
  unsigned char recv_msg[1024] = {0};
  recvfrom(sock_raw_fd, recv_msg, sizeof(recv_msg), 0, NULL, NULL);
  if(recv_msg[21] == 2)      //ARP应答
  {
    char resp_mac[18] = "";    //arp响应的MAC
    char resp_ip[16] = "";    //arp响应的IP
    
    sprintf(resp_mac, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x", \
    recv_msg[22],recv_msg[23],recv_msg[24],recv_msg[25],recv_msg[26],recv_msg[27]);
    sprintf(resp_ip, "%d.%d.%d.%d", recv_msg[28], recv_msg[29], recv_msg[30], recv_msg[31]);
    printf("IP:%s - MAC:%s\n",resp_ip, resp_mac);
  }
  
  return 0;
}

程序运行结果如下：

查看 PC 的网卡信息：

下面的例子能够获取指定网段所有机器的 MAC 地址：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <net/if.h>               //struct ifreq
#include <sys/ioctl.h>            //ioctl、SIOCGIFADDR
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ether.h>        //ETH_P_ALL
#include <netpacket/packet.h> //struct sockaddr_ll
#include <pthread.h>
#include <netinet/in.h>
void *send_arp_ask(void *arg);
int main(int argc,char *argv[])
{
    //1.创建通信用的原始套接字
    int sock_raw_fd = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL));
    
    //2.创建发送线程
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, (void *)send_arp_ask, (void *)sock_raw_fd);
    
    while(1)
    {
        //3.接收对方的ARP应答
        unsigned char recv_msg[1024] = "";
        recvfrom(sock_raw_fd, recv_msg, sizeof(recv_msg), 0, NULL, NULL);
        if(recv_msg[21] == 2)            //ARP应答
        {
            char resp_mac[18] = "";        //arp响应的MAC
            char resp_ip[16] = "";        //arp响应的IP
            
            sprintf(resp_mac, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x", \
            recv_msg[22],recv_msg[23],recv_msg[24],recv_msg[25],recv_msg[26],recv_msg[27]);
            sprintf(resp_ip, "%d.%d.%d.%d", recv_msg[28], recv_msg[29], recv_msg[30], recv_msg[31]);
            printf("IP:%s - MAC:%s\n",resp_ip, resp_mac);
        }
    }
    
    return 0;
}

void *send_arp_ask(void *arg)
{
    int i = 0;
    int sock_raw_fd = (int)arg;
    //1.根据各种协议首部格式构建发送数据报
    unsigned char send_msg[1024] = {
        //--------------组MAC--------14------
        0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, //dst_mac: FF:FF:FF:FF:FF:FF
        0x00, 0x0c, 0x29, 0x75, 0xa6, 0x51, //src_mac: 00:0c:29:75:a6:51
        0x08, 0x06,                            //类型：0x0806 ARP协议
        
        //--------------组ARP--------28-----
        0x00, 0x01, 0x08, 0x00,                //硬件类型1(以太网地址),协议类型0x0800(IP)   
        0x06, 0x04, 0x00, 0x01,                //硬件、协议地址分别是6、4，op:(1：arp请求，2：arp应答)
        0x00, 0x0c, 0x29, 0x75, 0xa6, 0x51,    //发送端的MAC地址
        172,  20,   226,  12,                //发送端的IP地址
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,    //目的MAC地址（由于要获取对方的MAC,所以目的MAC置零）
        172,  20,   226,  11                //目的IP地址
    };
    
    //2.数据初始化
    struct sockaddr_ll sll;                    //原始套接字地址结构
    struct ifreq req;                    //网络接口地址
    strncpy(req.ifr_name, "eth0", IFNAMSIZ);    //指定网卡名称
    
    //3.将网络接口赋值给原始套接字地址结构
    ioctl(sock_raw_fd, SIOCGIFINDEX, &req);
    bzero(&sll, sizeof(sll));
    sll.sll_ifindex = req.ifr_ifindex;
    
    //4.本地机的IP
    if(!(ioctl(sock_raw_fd, SIOCGIFADDR, &req)))    
    {
        int num = ntohl(((struct sockaddr_in*) (&req.ifr_addr))->sin_addr.s_addr);
        for(i=0; i<4; i++)
        {
            send_msg[31-i] = num>>8*i & 0xff;    //将发送端的IP地址组包
        }
    }
    
    //5.获取本地机(eth0)的MAC
    if (!(ioctl(sock_raw_fd, SIOCGIFHWADDR, (char *) &req)))
    {
        for(i=0; i<6; i++)
        {
            //将src_mac、发送端的MAC地址组包
            send_msg[22+i] = send_msg[6+i] = (unsigned char) req.ifr_hwaddr.sa_data[i];            
        }
    }
    
    while(1)
    {
        int i = 0;
        int num[4] = {0};
        unsigned char input_buf[1024] = "";
        
        //6.获取所要扫描的网段（172.20.226.0）
        printf("input_dst_Network:172.20.226.0\n");
        fgets(input_buf, sizeof(input_buf), stdin);
        sscanf(input_buf, "%d.%d.%d.", &num[0], &num[1], &num[2]//目的IP地址 
        );
        
        //7.将键盘输入的信息组包
        for(i=0;i<4;i++)
            send_msg[38+i] = num[i];//将目的IP地址组包
        
        //8.给1~254的IP发送ARP请求
        for(i=1; i<255; i++)
        {
            send_msg[41] = i;
            int len = sendto(sock_raw_fd, send_msg, 42, 0 , (struct sockaddr *)&sll, sizeof(sll));
            if(len == -1)
            {
                perror("sendto");
            }
        }
        sleep(1);
    }
    return;
}

程序运行结果如下：