链路层套接字PF_PACKET简介

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    在linux环境中要从链路层（MAC）直接收发数据帧，可以通过libpcap与libnet两个动态库来分别完成收与发的工作。虽然它已被广泛使用，但在要求进行跨平台移植的软件中使用仍然有很多弊端。
这里介绍一种更为直接地、无须安装其它库的从MAC层收发数据帧的方式，即通过定义链路层的套接字来完成。
Packet套接字用于在MAC层上收发原始数据帧，这样就允许用户在用户空间完成MAC之上各个层次的实现。给无论是进行开发还是测试的人们带来了极大的便利性。
Packet套接字的定义方式与传送层的套接字定义类似，如下：
packet_socket=socket(PF_PACKET,int socket_type,int protocol);
（这个套接字的打开需要用户有root权限）
其中socket_type有两种类型，一种为SOCK_RAW,它是包含了MAC层头部信息的原始分组，当然这种类型的套接字在发送的时候需要自己加上一个MAC头部（其类型定义在linux/if_ether.h中，ethhdr），另一种是SOCK_DGRAM类型，它是已经进行了MAC层头部处理的，即收上的帧已经去掉了头部，而发送时也无须用户添加头部字段。
Protocol是指其送交的上层的协议号，如IP为0x0800，当其为htons(ETH_P_ALL) （其宏定义为0）时表示收发所有的协议。
创建好套接字后，就可以通过与UDP一样的recvfrom与sendto函数进行数据的收发，其目的地址结构为sockaddr_ll，这与传送层的地址结构定义是不一样的，其长度为20字节（在TCP/IP的链路层地址中使用了18字节），而传送层的地址结构长度为16字节。
Sockaddr_ll结构如下：
struct sockaddr_ll
{
unsigned short sll_family; /* 总是 AF_PACKET */
unsigned short sll_protocol; /* 物理层的协议 */
int sll_ifindex; /* 接口号 */
unsigned short sll_hatype; /* 报头类型 */
unsigned char sll_pkttype; /* 分组类型 */
unsigned char sll_halen; /* 地址长度 */
unsigned char sll_addr[8]; /* 物理层地址 */
};
sll_protocol 是在 linux/if_ether.h 头文件中定义的按网络层排序的标准的以太桢协议类型。sll_ifindex 是接口的索引号(参见netdevice(2))；0 匹配所有的接口(当然只有合法的才用于绑定)。 sll_hatype 是在 linux/if_arp.h 中定义的 ARP 硬件地址类型。 sll_pkttype 包含分组类型。有效的分组类型是：目标地址是本地主机的分组用的 PACKET_HOST，物理层广播分组用的 PACKET_BROADCAST ，发送到一个物理层多路广播地址的分组用的 PACKET_MULTICAST，在混杂(promiscuous)模式下的设备驱动器发向其他主机的分组用的 PACKET_OTHERHOST，本源于本地主机的分组被环回到分组套接口用的 PACKET_OUTGOING。这些类型只对接收到的分组有意义。sll_addr 和 sll_halen 包括物理层(例如 IEEE 802.3)地址和地址长度。精确的解释依赖于设备。（本段引于packet的用户手册）
当在多个网络接口的主机上使用这个套接字时，若要指定接收或发送的接口时可以使用bind进行绑定，这与TCP套接字的操作一样，但其内涵并不相同。绑定时将根据地址结构中的sll_protocal和sll_ifindex分别绑定收发的协议号和接口索引号，接口索引号sll_ifindex为0时表示使用有效的所有接口。接口的sll_ifindex值可以通过ioctl获得，如下面是获得名字为“eth0”的接口的索引号
       strcpy(ifr.ifr_name,"eth0");
       ioctl(fd_packet,SIOCGIFINDEX,&ifr);
取得的值保存在ifr结构体的ifr_ifindex中，ifr结构类型为“struct ifreq”
BTW，要获得接口的物理地址同样使用ioctl可以得到
ioctl(fd_packet,SIOCGIFHWADDR,&ifr);
以数据形式保存在ifr的ifr_hwaddr.sa_data中。


另外需要注意的是，在调用recvfrom函数时返回的地址长度信息为18字节，原因是在sockaddr_ll结构中的sll_addr[8]为8字节，MAC地址只使用了其中的前6字节。在用sendto发送时需要将目的地址结构体强制转换为struct sockaddr 类型，而且指定的长度必须为20字节，而不能是18或其它值。


我在使用中当指定了协议类型后可以准备接收该类型的数据帧，但有个问题一直困扰着我，就是无法过滤掉广播帧，必须要收到帧后判断目的地址是否为自己，然后如果用SOCK_DGRAM的时候又如何判断呢？本人正在探索中，一旦有新进展将第一时间与大家分享。


用例：busybox源码中dhcp工具 networking/udhcp/packet.c::udhcp_send_raw_packet
socket(PF_PACKET, SOCK_DGRAM, htons(ETH_P_IP));