udp端口扫描 报告.docx
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udp端口扫描报告
《网络协议分析》
利用UDP进行主机端口扫描
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1.任务题目及要求
1.1任务简介
UDP是TCP/IP协议族伟传输层设计的两个协议之一，它在进程与进程的通信过程中，提供了有限的差错校验功能，是一种无连接的，不可靠的协议。
UDP在一个较低的水平上完成进程之间的通信，在收到分组的时候没有流量控制机制也没有确认机制，适用于可靠性比较高的局域网。
由于UDP采用无连接的方式，因此协议简单，在一些特定的应用中协议运行效率高。
本次课程设计的目的主要是了解UDP协议的网络传输过程中的一些原理。
1.2任务要求
编写一个简单的主机端口扫描程序，要求能够探测目的主机的端口状态。
具体要求：
（1）要求用户可以在参数中输入需要扫描的目的主机的IP地址与端口，输出端口的状态信息。
（2）要求使用UDP协议进行端口的扫描过程。
（3）有良好的编程规范与注释信息。
2.课题成员及分工
本课题组员：
周均
负责全部工作。
3.相关知识简介
3.1课题的背景及意义
网络中每台计算机犹如一座城堡，这些城堡中，有些是对外完全开放的，有些却是大门紧闭的。
入侵者们是如何找到，并打开它们的城门呢？
这些城门究竟通向何处？
在网络中，把这些城堡的“城门”称之为计算机的“端口”。
端口扫描是入侵者搜索信息的几种常用方法之一，也正是这一种方法最容易暴露入侵者的身份和意图。
一般说来，扫描端口有以下目的：
判断目标主机上开放了哪些服务
判断目标主机的操作系统
如果入侵者掌握了目标主机开放了哪些服务，运行何种操作系统，他们就能使用相应的手段实现入侵。
而如果管理员先掌握了这些端口服务的安全漏洞，就能采取有效的安全措施，防范相应的入侵。
计算机信息网络的发展加速了信息化时代的进程，但是随着社会网络化程度的增加，对计算机网络的依赖也越来越大，网络安全问题也日益明显。
端口扫描技术是发现安全问题的重要手段之一。
一个端口就是一个潜在的通信通道，也就是一个入侵通道。
对目标计算机进行端口扫描，能得到许多有用的信息。
扫描器通过选用远程TCP/IP不同的端口的服务，并记录目标给予的回答，通过这种方法，可以搜集到很多关于目标主机的各种有用的信息，从而发现目标机的某些内在的弱点。
3.2关键技术
UDP是UserDatagramProtocol的简称，中文名是用户数据包协议，是OSI参考模型中一种无连接的传输协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，IETFRFC768是UDP的正式规范。
在大多数情况下，当向一个未开放的UDP端口发送数据时，其主机就会返回一个ICMP不可到达（ICMPPORTUNREACHABLE）的错误，因此大多数UDP端口扫描的方法就是向各个被扫描的UDP端口发送零字节的UDP数据包，如果收到一个ICMP不可到达的回应，那么则认为这个端口是关闭的，对于没有回应的端口则认为是开放的。
可是由于大部分系统都限制了ICMP差错报文的产生速度，所以针对特定主机的UDP大量端口扫描速度缓慢，此外由于UDP协议和ICMP协议都是不可靠协议，所以未收到回应可能由于数据包未送达造成，所以扫描程序需要针对同一端口多次尝试后才能确定其状态。
3.3关键API函数
3.3.1.WSAStarup函数
WSAStarup函数的格式如下：
intWSAStarup（WORDwVersionRequested,LPWSADATAlpWSAData）；
程序在使用Socket之前必须使用WSAStarup函数。
该函数的第一个参数wVersionRequested：
一个WORD（双字节）型数值，指定了应用程序需要使用的Winsock规范的最高版本；第二个参数lpWSAData：
指向WSADATA数据结构的指针，用来接收WindowsSockets实现的细节。
函数执行成功后返回0.
3.3.2.WSACleanup函数
WSACleanup函数的格式如下：
intWSACleanup（void）;
程序在完成对请求的Socket库的使用后，要调用WSACleanup函树来解除与Socket库的绑定并且释放Socket库所占用的系统资源。
3.3.3.socket函数
socket函数格式为：
socket（intaf,inttype,intprotocol）
第一个参数指定应用程序使用的通信协议的协议族，对于TCP/IP协议族，该参数置AF_INET;第二个参数指定要创建的套接字类型，流套接字类型为SOCK_STREAM、数据报套接字类型为SOCK_DGRAM、原始套接字SOCK_RAW（WinSock接口并不适用某种特定的协议去封装它，而是由程序自行处理数据包以及协议首部）；第三个参数指定应用程序所使用的通信协议,此参数可以指定单个协议系列中的不同传输协议,在Internet通讯域中，此参数一般取值为0，系统会根据套接字的类型决定应使用的传输层协议。
3.3.4.closesocket函数
closesocket函数的格式为：
closesocket（SOCKETs）;
closesocket函数用来关闭一个描述符为s的套接字。
如果发生错误，则closesocket（）返回0；否则的话，返回SOCKET_ERROR错误。
3.3.5.sendto函数
sendto函数的格式为：
sendto（SOCKETs,constcharFAR*buf,intlen,intflags,conststructsockaddrFAR*to,inttolen）;
sendto函数用来向某个端口发送数据。
s：
一个标识套接口的描述字；buf：
包含待发送数据的缓冲区；len：
buf缓冲区中数据的长度；flags：
调用方式标志位；to：
（可选）指针，指向目的套接口的地址；tolen：
to所指地址的长度。
3.3.6.recvfrom函数
recvfrom函数的格式为：
recvfrom（ints,void*buf,intlen,unsignedintflags,structsockaddr*from,socket_t*fromlen）
recvfrom函数用来接收返回的ICMP包。
s：
标识一个已连接套接口的描述字；buf：
接收数据缓冲区；len：
缓冲区长度；flags：
调用操作方式；from：
（可选）指针，指向装有源地址的缓冲区；fromlen：
（可选）指针，指向from缓冲区长度值。
3.3.7.bind函数
bind函数的格式为：
intbind（SOCKETs,conststructsockaddrFAR*name,intnamelen）
bind函数用来给socket绑定一个IP地址和一个特定的端口号。
s：
标识一未捆绑套接口的描述字；name：
赋予套接口的地址；sockaddr结构定义如下：
structsockaddr{u_shortsa_family;charsa_data[14];};
namelen：
name名字的长度。
4.系统设计
4.1主要目标
本程序主要实现了：
UDP扫描功能；
能对单个指定的主机进行扫描或扫描指定网段内的主机；
能扫描特定的部分端口号或对指定的端口段内的端口进行逐个扫描；
4.2开发环境及工具
测试平台：
WindowsXPProfessional
使用软件：
VisualC++6.0
开发语言：
C语言
4.3功能模块与系统结构
作为端口扫描程序，首先需要完成的功能就是对于系统操作系统的服务端口进行扫描，返回扫描结果。
对于端口的扫描，包括对于本机系统服务端口，局域网内目标机系统，以及远程IP的系统服务端口进行扫描。
有些时候，用户并不需要去扫描整个系统的所有端口，因为这样的话不仅会浪费大量的时间，而且可能导致难以找到自己需要了解的端口的扫描结果。
所以，对于选择性地对端口进行扫描也非常重要。
这当然也是扫描程序需要实现的功能之一。
用户在等待扫描的时候，往往希望知道它的工作进度。
这样用户可以更好地控制自己的操作。
站在用户的角度思考，设置进度是程序需要完成的，这样就能知道程序扫描的进度。
系统必须提供的服务是功能需求的基本，本着站在用户角度思考的原则，做出如上叙述需求，从简列举如下：
扫描功能；
地址选择功能；
端口选择功能；
端口扫描程序功能模块如下图所示：
图1系统功能模块图
图2程序执行流程图
5.UDP扫描的实现
这种方法由于使用的是UDP协议。
由于这个协议很简单，所以扫描变得相对比较困难。
这是由于打开的端口对扫描探测并不发送一个确认，关闭的端口也并不需要发送一个错误数据包。
幸运的是，许多主机在你向一个未打开的UDP端口发送一个数据包时，会返回一个ICMP_PORT_UNREACH错误。
这样就能发现哪个端口是关闭的。
UDP和ICMP错误都不保证能到达，因此这种扫描就不那么可靠。
而且这种扫描方法是很慢的，因为RFC对ICMP错误消息的产生速率做了规定，而且本程序的UDP扫描只支持单线程。
5.1基本原理
首先使用socket（）函数创建套接字，再用bind（）函数绑定套接字，然后向扫描的目的主机的目的端口发送UDP数据包，再等待目的主机的目的端口是否返回ICMP_PORT_UNREACH错误数据报，若收到返回的错误数据包，则说明该端口是关闭着的，否则该端口是打开的，再将打开的端口保存进静态数组中，以方便显示结果。
DoScanPort_UDP（LPVOIDlp）//UDPporttoscan
{
…………………………
sockfd=socket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP）;
………………………
if（bind（sockfd,（sockaddr*）&SOURCE_ADDR,sizeof（SOURCE_ADDR））==SOCKET_ERROR）{…………………}
if（retval=dlg.Send_UDPinfo（S_ADDRESS,inet_addr（D_ADDRESS）,Source_Port,PortToScan）==SEND_FAULT）{…………………………}
elseif（retval==SEND_SET_ERROR）{………………………………}
elseif（retval==SEND_OK）
{
if（（retval=dlg.Get_ICMPinfo（sockfd,&DEST_ADDR））==1）
{
str.Format（"%d",PortToScan）;
showout_udp+=str+"|";
}
}
closesocket（sockfd）;
return0;
}
5.2计算效验和
首先通过while循环，将各位相加求和，若为奇数个字节，则最后通过if循环将最后一个字节加完，再移位做位运算，最后取反得到效验和，再返回给调用函数。
//计算校验和
USHORTchecksum（USHORT*buffer,intsize）
{
unsignedlongcksum=0;
while（size>1）
{
cksum+=*buffer++;
size-=sizeof（USHORT）;
}
if（size）
{
cksum+=*（UCHAR*）buffer;
}
cksum=（cksum>>16）+（cksum&0xffff）;
cksum+=（cksum>>16）;
return（USHORT）（~cksum）;
}
5.3发送UDP数据包
先调用WSASocket（）函数创建sock套接字，再调用setsockopt（）函数设置套接字选项，再将UDP、IP头部填充好，最后调用sendto（）函数将构造的数据包发送到目的IP地址的扫描的端口。
//发送TCP协议数据
//为了独立性协议的数据结构全部定义在内部
intSendUdpPacket（intPort,char*DestIp）
{……………………………………
if（（sock=WSASocket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED））==INVALID_SOCKET）{……………………}
if（（Check_Ret=setsockopt（sock,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,（char*）&FLAG,sizeof（FLAG）））<0）{……………}
…………………填充UDP、IP头部………………
Send_info=sendto（sock,Packet_Buf,ipheader->total_len,0,（structsockaddr*）&DEST_ADDR,sizeof（DEST_ADDR））;
closesocket（sock）;
return0;
}
5.4接收ICMP数据包
首先定义一个套接字集合，并将其清空，再把读数据的套节字加入到套接字集合中，再通过select（）函数检查套节字是否可读：
1.如果没有则返回1给主调函数，表示没有收到返回的ICMP_PORT_UNREACH错误数据报，则说明该端口是打开的。
2.如果有可读的套接字，就再通过FD_ISSET（）函数检查需要读取的套接字是否在可读的套接字集合中：
（1）如果可读的套接字中没有需要读取的套接字，则返回1给主调函数，表示没有收到返回的ICMP_PORT_UNREACH错误数据报，则说明该端口是打开的。
（2）如果可读的套接字中有需要读取的套接字，则调用recvfrom（）函数从套接口上接收数据，如果没有数据，则说明该套接口不是用来传送数据的，则可以判断为返回的ICMP_PORT_UNREACH错误数据报，则说明该端口是关闭的。
//数据包解析
//数据包解析
intPacketUDPICMPAnalyzer（intPort,char*PacketBuffer）
{
Ip_Header*pIpheader;
intiProtocol,iTTL;
charprotocolstr[100]="\0";
charszSourceIP[16],szDestIP[16];
SOCKADDR_INsaSource,saDest;
pIpheader=（Ip_Header*）PacketBuffer;
HANDLEhCon=GetStdHandle（STD_OUTPUT_HANDLE）;
//窗口缓冲区信息
CONSOLE_SCREEN_BUFFER_INFObInfo;
//获取窗口缓冲区信息
GetConsoleScreenBufferInfo（hCon,&bInfo）;
iProtocol=pIpheader->Protocol;
//checksourceIP
saSource.sin_addr.s_addr=pIpheader->SourceAddr;
:
:
strcpy（szSourceIP,inet_ntoa（saSource.sin_addr））;
//checkdestip
saDest.sin_addr.s_addr=pIpheader->DestinationAddr;
:
:
strcpy（szDestIP,inet_ntoa（saDest.sin_addr））;
//ttl
iTTL=pIpheader->TTL;
//计算ip长度
intiIphLen=sizeof（unsignedlong）*（pIpheader->Version_HLen&0x0f）;
//判断是否是正确的返回数据包
if（pIpheader->SourceAddr==inet_addr（DestIpAddr））
{
//判断是否是icmp协议数据
if（iProtocol==IPPROTO_ICMP）
{
//icmp头部
Icmp_Header*icmp;
//读取icmp数据
icmp=（Icmp_Header*）（PacketBuffer+sizeof（Ip_Header））;
//判断是否是应答
if（（icmp->i_type==3）&&（icmp->i_code==3））
{
//确定端口是关闭的
fprintf（output,"Port%dClose\n",Port）;
//返回1表示成功
return1;
}
else
{
//端口开放状态未知
fprintf（output,"Port%dUnknown\n",Port）;
return1;
}
}
elseif（iProtocol==IPPROTO_UDP）
{
//如果返回的是udp报文，则端口是开放的
fprintf（output,"Port%dOpen\n",Port）;
//能够正确判断成功返回
return1;
}
else
{
//既不是icmp数据包又不是udp数据则表示不是想要的数据
//返回错误
return0;
}
}
else
{
//不是正确的返回数据包
return0;
}
//恢复原来的属性
SetConsoleTextAttribute（hCon,bInfo.wAttributes）;
return1;
}
6.UDP扫描检测
图3扫描结果图
由于UDP协议是非面向连接的，对UDP端口的探测也就不可能像TCP端口的探测那样依赖于连接建立过程（不能使用telnet这种tcp协议类型命令），这也使得UDP端口扫描的可靠性不高。
所以虽然UDP协议较之TCP协议显得简单，但是对UDP端口的扫描却是相当困难的。
下面具体介绍一下UDP扫描方案：
优点：
可以完成对UDP端口的探测。
缺点：
需要系统管理员的权限。
扫描结果的可靠性不高。
因为当发出一个UDP数据报而没有收到任何的应答时，有可能因为这个UDP端口是开放的，也有可能是因为这个数据报在传输过程中丢失了。
另外，扫描的速度很慢。
原因是在RFC1812的中对ICMP错误报文的生成速度做出了限制。
例如Linux就将ICMP报文的生成速度限制为每4秒钟80个，当超出这个限制的时候，还要暂停1/4秒。
7.心得体会
本设计经过近1个多月的努力，基本满足了一个端口扫描程序的基本要求。
完成后的程序实现了TCPconnect（）扫描和UDP扫描功能，TCP扫描支持多线程，能大大加快扫描速度。
能对单个指定的主机进行扫描或扫描指定网段内的主机。
能对指定的端口段内的端口进行逐个扫描，或扫描特定的部分端口号，以避免在不需要了解的端口号上浪费时间。
进度条显示，能方便用户随时知道扫描的进度。
系统设计期间，学习到很多课堂上没有的知识，还积累了很多实践经验，增强了动手能力和解决实际问题的能力。
通过这次的课程设计，对网络编程有了更深入的了解，进一步熟悉了TCP和UDP协议的内容，掌握了TCP、UDP扫描端口的基本原理，学会了运用sock套接字构造UDP数据包并发送，以及如何接收ICMP数据包。
对编程思想有了进一步的体会，养成了一些良好的编程习惯。
系统虽然完成，但还有很多不足之处，希望自己能不断学习和实践，争取以后做得更好。
虽然此软件实现了支持多线程的TCPconnect（）扫描功能，和单线程的UDP扫描功能。
但也还有很多不足之处，如扫描功能单一：
不支持TCPSYN扫描、TCPFIN扫描以及IP段扫描等功能，对UDP扫描不支持多线程功能，而且在扫描主机前没有发送ICMP报文去判断主机是否在线，还需要进一步完善。
限于作者知识水平和经验有限，此程序还有许多有待完善和改正的地方，恳请各位老师和读者批评指正。
参考文献
[1]甘刚、闫丽丽、盛志伟、冼进．Linux/UNIX网络编程．中国水利水电出版社．2008年第1版
[2]范建华、胥光辉、张涛等译．TCP/IP详解卷1：
协议．机械工业出版社．2009年第1版
[3]黄维通．VisualC++面向对象与可视化程序设计（第2版）．清华大学出版社．2007年第2版
[4]郑莉、董渊、张瑞丰．C++语言程序设计（第3版）．清华大学出版社．2004年第3版
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