嵌入式养成计划-32-网络编程----域套接字模型------抓包工具--wireshark

zhk___2023-10-08 10:51

六十九、 域套接字模型

69.1 域套接字的概念

  1. 只能做一台主机内的进程间通信，协议族（地址族）指定为：AF_UNIX AF_LOCAL
  2. bsp-lcd： s类型文件，就是域套接字
  3. 如果客户端不手动绑定，则操作系统不会创建一个套接字文件给客户端自动绑定的。

69.2 域套接字的函数使用

69.2.1 socket

c 复制代码 
功能：
    在内核空间中创建两个缓冲区(接收缓冲区，发送缓冲区)，并返回缓冲区的文件描述（套接字文件描述符）;
原型：
       #include <sys/types.h>          /* See NOTES */
       #include <sys/socket.h>

       int socket(int domain, int type, int protocol);
参数：
    int domain：地址族，协议族;
       Name                Purpose                          Man page
       AF_UNIX, AF_LOCAL   Local communication              unix(7)
                      
    int type：套接字类型
        SOCK_STREAM：字节流式套接字，流式套接字---》TCP协议
        SOCK_DGRAM： 数据报式套接字，报式套接字---》UDP协议
        SOCK_RAW：原始套接字，协议需要在第三个参数指定;
    
    int protocol：填0，代表使用默认协议;
        IPPROTO_TCP：TCP协议    IPPROTO_UDP：UDP协议;
返回值：
    >=0，套接字文件描述符;
    =-1，失败，更新errno;

69.2.2 bind

c 复制代码 
功能：
    绑定地址信息到指定套接字上;
原型：
    #include <sys/types.h>          /* See NOTES */
    #include <sys/socket.h>

    int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
参数：
    int sockfd：指定要绑定到哪个套接字上，填对应的文件描述符;
    struct sockaddr *addr：通用地址信息结构体，真实的地址信息结构体根据地址族指定。
                            手动填充上地址信息（例如：IP和端口），给bind函数绑定使用;
        AF_UNIX : man 7 unix 
           struct sockaddr_un {
               sa_family_t sun_family;		/* AF_UNIX */     必须填AF_UNIX
               char        sun_path[108];	/* pathname */    套接字文件路径名
											必须事先不存在，由bind函数生成
           };

    socklen_t addrlen：真实的地址信息结构体的大小，sizeof(struct sockaddr_un);
返回值：
    成功，返回0;
    失败，返回-1，更新errno;

69.2.3 access

c 复制代码 
功能：判断文件是否存在，或者文件是否有某种权限;
原型：
c 复制代码 
功能：删除文件（的硬链接）
原型：

69.3 流式域套接字

69.3.1 UNIX TCP服务器

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/un.h>

#define ERR_MSG(msg)  do{\
    fprintf(stderr, "__%d__:", __LINE__); \
    perror(msg);\
}while(0)

int main(int argc, const char *argv[])
{
    //创建流式套接字 socket
    int sfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
    if(sfd < 0)
    {
        ERR_MSG("socket");
        return -1;
    }
    printf("socket create success sfd=%d\n", sfd);

    //判断套接字文件是否存在
    if(access("./unix", F_OK) == 0)
    {
        //若存在则删除该套接字文件
        unlink("./unix");
    }
    
    //填充地址信息结构体给bind函数绑定，
    //真实的地址信息结构体根据地址族指定 AF_UNIX:man 7 unix
    struct sockaddr_un sun;
    sun.sun_family      = AF_UNIX;      //必须填AF_UNIX;
    strcpy(sun.sun_path, "./unix");     //必须事先不存在，由bind函数生成
                                                                             
    //绑定服务器的地址信息---> 必须绑定 bind
    if(bind(sfd, (struct sockaddr*)&sun, sizeof(sun)) < 0)
    {
        ERR_MSG("bind");
        return -1;
    }
    printf("bind success\n");

    //将套接字设置为被动监听状态 listen
    if(listen(sfd, 128) < 0)
    {
        ERR_MSG("listen");
        return -1;
    }
    printf("listen success\n");

    int newfd = -1;
    struct sockaddr_un cun;             //存储客户端的地址信息
    socklen_t addrlen = sizeof(cun);    //真实的地址信息结构体的大小

    //获取一个已经完成的客户端信息，生成一个新的文件描述符 accept
    //newfd = accept(sfd, NULL, NULL);
    newfd = accept(sfd, (struct sockaddr*)&cun, &addrlen);
    if(newfd < 0)
    {
        ERR_MSG("newfd");
        return -1;
    }
    printf("[]客户端连接成功 newfd=%d\n", newfd);

    char buf[128] = "";
    ssize_t res = 0;
    while(1)
    {
        //清空字符串
        bzero(buf, sizeof(buf));    //memset

        //接收
        res = recv(newfd, buf, sizeof(buf), 0);
        if(res < 0)
        {
            ERR_MSG("recv");
            return -1;
        }
        else if(0 == res)
        {
            printf("[]客户端下线 newfd=%d\n", newfd);
            break;
        }
        printf("[] newfd=%d : %s\n", newfd, buf);

        //发送
        strcat(buf, "*_*");
        if(send(newfd, buf, sizeof(buf), 0) < 0)
        {
            ERR_MSG("send");
            return -1;
        }
        printf("send success\n");
    }

    //关闭文件名描述符
    close(newfd);
    if(close(sfd) < 0)
    {
        ERR_MSG("close");
        return -1;
    }

    return 0;
}

69.3.2 UNIX TCP客户端

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/un.h>

#define ERR_MSG(msg)  do{\                                              
    fprintf(stderr, "__%d__:", __LINE__); \
    perror(msg);\
}while(0)

int main(int argc, const char *argv[])
{
    //创建流式套接字 socket
    int cfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
    if(cfd < 0)
    {
        ERR_MSG("socket");
        return -1;
    }
    printf("socket create success cfd=%d\n", cfd);

    //绑定客户端的地址信息---》非必须绑定
    //当不手动绑定的时候，操作系统会自动给客户端绑定本机IP和随机端口。

    //填充服务器的地址信息结构体给connect函数连接，
    //想连接哪个服务器，就填哪个服务器绑定的地址信息
    //真实的地址信息结构体根据地址族指定 AF_UNIX:man 7 unix
    struct sockaddr_un sun;
    sun.sun_family      = AF_UNIX;      //必须填AF_UNIX;
    strcpy(sun.sun_path, "./unix");     //服务器绑定的套接字文件

    //连接指定服务器 connect
    if(connect(cfd, (struct sockaddr*)&sun, sizeof(sun)) < 0)
    {
        ERR_MSG("connect");
        return -1;
    }
    printf("connect success\n");

    char buf[128] = "";
    ssize_t res = 0;
    while(1)
    {
        //清空字符串
        bzero(buf, sizeof(buf));    //memset
        printf("请输入>>> ");
        fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
        buf[strlen(buf)-1] = 0;

        //发送
        if(send(cfd, buf, sizeof(buf), 0) < 0)
        {
            ERR_MSG("send");
            return -1;
        }
        printf("send success\n");

        bzero(buf, sizeof(buf));    //memset
        //接收
        res = recv(cfd, buf, sizeof(buf), 0);
        if(res < 0)
        {
            ERR_MSG("recv");
            return -1;
        }
        else if(0 == res)
        {
            printf("服务器下线 cfd=%d\n", cfd);
            break;
        }
        printf("cfd=%d : %s\n", cfd, buf);

    }

    //关闭文件名描述符
    if(close(cfd) < 0)
    {
        ERR_MSG("close");
        return -1;
    }

    return 0;
}

69.4 报式域套接字

  1. 报式域套接字的编程与网络报式套接字编程思路是一致的，但是由于客户端不手动绑定的话，操作系统不会自动创建一个套接字文件给客户端绑定
  2. 此时若服务器想给客户端回复信息，会找不到客户端的地址信息。此时客户端是必须绑定的。

69.4.1 UNIX UDP服务器

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/un.h>

#define ERR_MSG(msg)  do{\
    fprintf(stderr, "__%d__:", __LINE__); \
    perror(msg);\
}while(0)

int main(int argc, const char *argv[])
{
    //创建报式套接字 socket
    int sfd = socket(AF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0);
    if(sfd < 0)
    {
        ERR_MSG("socket");                                                             
        return -1;
    }
    printf("socket create success sfd=%d\n", sfd);

    //判断套接字文件是否存在 。 若存在则删除
    if(access("./myunix", F_OK) == 0)
    {
        unlink("./myunix");
    }

    //填充服务器的地址信息结构体，给bind函数使用
    //真实的地址信息结构体根据地址族指定，AF_UNIX:man 7 unix
    struct sockaddr_un sun;
    sun.sun_family      = AF_UNIX;      //必须填AF_UNIX;
    strcpy(sun.sun_path, "./myunix");   //必须事先不存在，由bind函数生成

    //绑定地址信息结构体--->bind
    if(bind(sfd, (struct sockaddr*)&sun, sizeof(sun)) < 0)
    {
        ERR_MSG("bind");
        return -1;
    }
    printf("bind success\n");

    char buf[128] = "";
    struct sockaddr_un cun;     //存储发送方的地址信息;
    socklen_t addrlen = sizeof(cun);

    while(1)
    {
        bzero(buf, sizeof(buf));
        //接收数据
        if(recvfrom(sfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&cun, &addrlen) < 0)
        {
            ERR_MSG("recv");
            return -1;
        }
        printf("[%s] : %s\n", cun.sun_path, buf);

        //发送数据----->谁发给我，我发还给谁
        strcat(buf, "*_*");
        if(sendto(sfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&cun, sizeof(cun)) < 0)
        {
            ERR_MSG("sendto");
            return -1;
        }
        printf("sendto success\n");
    }

    //关闭套接字
    close(sfd);
    return 0;
}

69.4.2 UNIX UDP客户端

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/un.h>

#define ERR_MSG(msg)  do{\
    fprintf(stderr, "__%d__:", __LINE__); \
    perror(msg);\
}while(0)

int main(int argc, const char *argv[])
{
    printf("请输入套接字文件名>>> ");
    char sockname[20] = "";
    scanf("%s", sockname);

    while(getchar()!=10);
    //创建报式套接字 socket
    int cfd = socket(AF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0);
    if(cfd < 0)
    {
        ERR_MSG("socket");
        return -1;
    }
    printf("socket create success cfd=%d\n", cfd);
    /*
    //绑定客户端的地址信息---》非必须绑定                                                        
    //若不绑定则操作系统不会自动给客户端绑定套接字文件
    //若udp服务器想要给客户端回复信息，则客户端必须绑定套接字文件
    */

    //填充客户端的地址信息结构体，给bind函数使用
    struct sockaddr_un cun;
    cun.sun_family      = AF_UNIX;
    strcpy(cun.sun_path, sockname);

    //绑定地址信息结构体--->bind
    if(bind(cfd, (struct sockaddr*)&cun, sizeof(cun)) < 0)
    {
        ERR_MSG("bind");
        return -1;
    }
    printf("bind success\n");

    //填充服务器的地址信息结构体，给sendto函数使用
    //真实的地址信息结构体根据地址族指定，AF_UNIX:man 7 unix
    struct sockaddr_un sun;
    sun.sun_family      = AF_UNIX;      //必须填AF_UNIX;
    strcpy(sun.sun_path, "./myunix");   //服务器绑定的套接字文件

    char buf[128] = "";
    struct sockaddr_un rcvaddr;     //存储发送方的地址信息;
    socklen_t addrlen = sizeof(rcvaddr);

    while(1)
    {
        bzero(buf, sizeof(buf));
        //发送数据----->从终端获取数据发送给指定端
        printf("请输入>>> ");
        fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
        buf[strlen(buf)-1] = 0;

        if(strcmp(buf, "quit") == 0)
        {
            unlink(sockname);   //若客户端下线，则删除套接字文件
            break;
        }

        if(sendto(cfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&sun, sizeof(sun)) < 0)
        {
            ERR_MSG("sendto");
            return -1;
        }
        printf("sendto success\n");

        //接收数据
        bzero(buf, sizeof(buf));
        if(recvfrom(cfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&rcvaddr, &addrlen) < 0)
        {
            ERR_MSG("recv");
            return -1;
        }
        printf("[%s] : %s\n", rcvaddr.sun_path, buf);

    }

    //关闭套接字
    close(cfd);
    return 0;
}

七十、 抓包工具--- ---wireshark

70.1 wireshak安装

  1. 保存虚拟机中代码，因为wireshark安装可能导致计算机重启
  2. 安装wireshark，
  3. 可以修改安装路径到自定义路径
  4. 安装时候看到Desktop Icon选项，请勾选。其余都默认
  5. 安装完毕后，打开wireshark，若出现未找到接口字眼，说明安装失败。

70.2 wireshark使用

70.2.1 wireshark 抓包

  • 开始界面
  1. wireshark是捕获机器上的某一块网卡的网络包，当你的机器上有多块网卡的时候，你需要选择一个网卡。
  2. 双击需要的网卡，开始抓包
  • Wireshark 窗口介绍

70.2.2 wireshark与对应的OSI七层模型

  • 服务器和客户端的代码不能都运行在ubuntu，因为wireshark抓的是流经真实网卡的数据包。
  • 若将服务器客户端都运行在ubuntu，数据直接经过虚拟网卡通信，而不会经过真实网卡。

70.3 包头分析

70.3.1 以太网头

以太网中封装了源mac地址以及目的mac地址，还有ip类型，以太网又称之为mac头

0X0800 只接收发往本机的mac的ipv4类型的数据帧
0X0806 只接收发往本机的ARP类型的数据帧
0x8035 只接受发往本机的RARP类型的数据帧
0X0003 接收发往本机的MAC所有类型：ip,arp,rarp数据帧，接收从本机发出去的数据帧，
混杂模式打开的情况下，会接收到非发往本地的MAC数据帧

70.3.2 IP头


IP头中需要掌握用于分帧的部分：id flags fregment_offset
两个IP地址：源IP与目的IP地址。

TTL：time to live, 指定数据帧可以最多经过几个路由器，每经过一个路由器TTL-1。当数据帧被目标方接收后，TTL清除为0.

​ 当TTL为0时，从网络中删除。

Linux TTL:64 Winodws:TTL 128

70.3.3 UDP头

70.3.4 TCP头

  1. 端口号
  2. SYN：握手包，连接时候出现
    PSH：数据传输包，在传输数据时候出现
    FIN：挥手包，在断开连接的时候出现
    ACK：应答包，用于应答 非应答包
  3. Seq：序列号，占4个字节，用于给数据段进行编号的。所有非应答包的数据段，都有seq。
    Ack：应答号，用于应答非应答包（握手包，挥手包，数据包）。告诉对方下一次从这个seq编号发送数据包。
  4. PSH Ack = Seq+len;
    SYN FIN Ack = Seq+1;

70.3.5 三次握手（重点！！！）

  • 三次握手的发起方，肯定是客户端

  1. 第一次握手：客户端发送SYN包（SYN=1, seq=0）给服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器返回确认包。
  2. 第二次握手：服务器接收到SYN包，确认客户端的SYN，发送ACK包（ACK=1 , ack=1），同时发送一个SYN包（SYN=1, seq=0），并进入SYN_RCVD状态。
  3. 第三次握手：客户端接收到服务器的SYN包，以及ACK包，进入establish状态，同时向服务器发送ACK包（ACK=1, ack=1）。此时三次握手包发送完毕，服务器也进入establish状态

70.3.6 四次挥手（重点！！！）

  • 四次挥手的发起方可能是服务器，也可能是客户端

  1. 第一次挥手，主动关闭方发送一个FIN包（FIN=1, seq = u）给被动方，进入FIN_WAIT_1状态；
  2. 第二次挥手：被动方接收到FIN包，给主动方发送一个ACK包（ACK=1, ack=u+1）；并进入CLOKSE_WAIT状态。主动方接受到ACK包后，进入FIN_WAIT_2状态。如果有数据没有发送完毕，则继续发送，直到发送完毕为止;
  3. 第三次挥手：被动方发送一个FIN包（FIN=1, seq=w），进入LAST_ACK状态.
  4. 第四次挥手：主动关闭方收到FIN包，回复一个ACK包（ACK=1, ack=w+1）。被动关闭方收到主动关闭方的ACK后关闭连接。

笔试面试题型

  • 这几个问题问的都是同一个：三次握手四次挥手
c 复制代码 
1. 三次握手四次挥手流程。
2. 请简述TCP建立连接断开连接的过程。（三次握手，四次挥手）
3. 请简述TCP和UDP通信过程中的区别？（三次握手，四次挥手 ，有无应答）
4. 请简述如何用UDP模型实现TCP式传输?（三次握手，四次挥手 ，有无应答）
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