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- 新增原理解释文档，详细说明了 ICMP、UDP 和 TCP 报文的构建与发送原理 - 新增校验和计算文档，提供了正确的 ICMP 校验和计算方法 - 这些文档有助于开发者更好地理解网络报文的构建和发送过程
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在这段代码中，网络报文（包）的构建与发送是核心功能之一。包的构建涉及到如何通过原始套接字（Raw Socket）或标准套接字（如 TCP 和 UDP）在网络上传输数据。以下是每种类型的包构建与发送的详细原理：
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### 1. **原始套接字与协议**
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- **原始套接字（Raw Socket）** 允许程序直接处理网络层数据包（例如 IP 层），并且能够通过指定协议（如 ICMP）与数据链路层进行交互。
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- **UDP/TCP 套接字** 是应用层与传输层（例如 UDP、TCP）之间的接口，程序通过它们发送数据，并且协议栈自动处理底层的传输细节（例如 IP 包封装）。
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#### 1.1 **原始套接字（Raw Socket）构建与使用**
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对于 `ICMP` 和其他原始协议（如自定义的 IP 包），使用原始套接字 `socket.AF_INET` 和 `socket.SOCK_RAW` 进行数据包的构建和发送。
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### 2. **ICMP 报文构建与发送**
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ICMP（Internet Control Message Protocol）用于网络诊断（如 `ping` 操作）。ICMP 报文通常包含类型、代码和校验和。这里的 ICMP 报文格式是 **Echo 请求**，即 `ping` 请求的报文结构。
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```python
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def construct_icmp():
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icmp_header = struct.pack('!BBHHH', 8, 0, 0, 1, 1) # 构造 ICMP 头部
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data = b'Ping' # 载荷部分
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checksum = calculate_checksum(icmp_header + data) # 计算校验和
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icmp_header = struct.pack('!BBHHH', 8, 0, checksum, 1, 1) # 使用校验和更新头部
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return icmp_header + data # 返回完整的 ICMP 报文
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```
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- **构造 ICMP 头部**: 使用 `struct.pack` 将 ICMP 头部（类型、代码、校验和等）打包为二进制格式。类型 `8` 代表 Echo 请求（Ping）。
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- **数据部分**: 简单的数据部分为 `b'Ping'`，可以是任何要发送的数据。
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- **校验和**: 校验和是通过对 ICMP 头部和数据部分的所有字节进行计算，确保数据传输的完整性。
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### 3. **UDP 报文构建与发送**
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UDP 是无连接的传输层协议，不会进行可靠性保证，因此它相对简单。每个 UDP 包由 **源端口、目标端口、长度** 和 **校验和** 组成。这里只构造了一个简单的 UDP 头部。
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```python
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def construct_udp(src_port, dest_port):
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udp_header = struct.pack('!HHHH', src_port, dest_port, 8, 0)
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return udp_header
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```
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- **构造 UDP 头部**: `src_port` 和 `dest_port` 是源端口和目标端口，`8` 是 UDP 数据报的长度（通常为 8 字节），`0` 是校验和（暂时置为 0，实际传输中会根据数据计算）。
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- **校验和**: 在 UDP 中，校验和是可选的，但通常建议使用。对于 UDP 校验和，若无使用 IPv4，校验和字段通常置为 0；若使用 IPv6，则校验和是必需的。
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### 4. **TCP 报文构建与发送**
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TCP 是面向连接的协议，需要通过三次握手进行建立连接，并且可以确保数据可靠传输。这里构造了一个带有 **SYN** 标志的 TCP 报文。
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```python
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def construct_tcp(src_port, dest_port):
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seq = 0
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ack_seq = 0
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offset = 5
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reserved = 0
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flags = 0b000010 # SYN flag
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window = socket.htons(5840)
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checksum = 0
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urgent_ptr = 0
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tcp_header = struct.pack('!HHLLBBHHH',
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src_port, dest_port, seq, ack_seq,
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(offset << 4) + reserved, flags, window,
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checksum, urgent_ptr)
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return tcp_header
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```
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- **源端口和目标端口**: `src_port` 和 `dest_port` 是 TCP 连接的端口。
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- **序列号** (`seq`) 和 **确认号** (`ack_seq`): 对于建立连接的第一次 SYN 报文，序列号和确认号通常为 0。
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- **数据偏移（Offset）**: 通常为 5，表示头部长度（每个 TCP 头部的最小长度为 20 字节）。
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- **标志位（Flags）**: 在此，设置了 SYN 标志（`0b000010`）来表示这是一个连接请求。
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- **窗口大小**: 用于流量控制，表示接收方缓冲区的大小。
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- **校验和和紧急指针**: 校验和和紧急指针在这里暂时为 0，实际上会通过 `calculate_checksum()` 函数进行校验。
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### 5. **套接字的创建与使用**
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套接字是操作系统提供的 API，用于在不同的计算机之间传输数据。代码中根据不同的协议使用不同类型的套接字。
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#### 5.1 **原始套接字**
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```python
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sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket.IPPROTO_ICMP)
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```
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- `AF_INET`：表示 IPv4 地址族（如果是 IPv6 地址族，则为 `AF_INET6`）。
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- `SOCK_RAW`：表示使用原始套接字，允许发送和接收原始 IP 数据包。
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- `IPPROTO_ICMP`：指定使用 ICMP 协议。
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对于 **UDP** 和 **TCP** 套接字，创建的方法分别是：
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#### 5.2 **UDP 套接字**
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```python
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sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
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```
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- `SOCK_DGRAM`：表示数据报套接字，适用于无连接的协议（如 UDP）。
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#### 5.3 **TCP 套接字**
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```python
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sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
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```
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- `SOCK_STREAM`：表示流式套接字，适用于面向连接的协议（如 TCP）。
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### 6. **报文发送**
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报文发送的代码如下：
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```python
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sock.sendto(packet, (dest_ip, dest_port)) # 对于 UDP 和 ICMP 使用 sendto
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```
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- `sendto()` 用于发送 UDP 和 ICMP 类型的报文，目标地址为 `(dest_ip, dest_port)`。
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- 对于 **TCP**，使用 `sock.connect()` 先建立连接，然后使用 `sock.sendall()` 发送数据：
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```python
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sock.connect((dest_ip, dest_port))
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packet = b"Hello, TCP!" # TCP 数据
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sock.sendall(packet)
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```
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### 7. **总结**
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- **ICMP**：通过原始套接字构建和发送 ICMP 包，包含头部、数据和校验和。
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- **UDP**：使用 UDP 套接字发送数据，构造简单的 UDP 头部，目标端口和数据发送即可。
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- **TCP**：通过 TCP 套接字建立连接，然后发送数据。TCP 报文构造包括序列号、确认号和标志位等。
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通过使用不同的协议和套接字类型，我们可以在网络中发送各种类型的数据包。 |