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 ethreq;					//网络接口地址
	strncpy(ethreq.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, (char *)ðreq);
	bzero(&sll, sizeof(sll));
	sll.sll_ifindex = ethreq.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 ethreq;					//网络接口地址
	strncpy(ethreq.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, (char *)ðreq);
	bzero(&sll, sizeof(sll));
	sll.sll_ifindex = ethreq.ifr_ifindex;
	
	//4.本地机的IP
	if(!(ioctl(sock_raw_fd, SIOCGIFADDR, (char *)ðreq)))	
	{
		int num = ntohl(((struct sockaddr_in*) (ðreq.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 *) ðreq)))
    {
		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) ethreq.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;
}

源代码下载请点此次。