PythonでICMPを使ったネットワークプログラミング

PythonでRawSocketを使ってICMPパケットの送受信をしてみたいと思います。

tracerouteを実装します。

このツール今までc言語、Rust、Rubyで実装したことがあります。

ICMPを使ったネットワークプログラム

【Rust】ネットワークプログラミング　ICMP編

RubyでICMPを使ったネットワークプログラミング

c言語やRustと実装した時と比べてRubyで実装すると行数をそれなりに抑えることができました。

Pythonでも少ない行数で作ることができます。

1 ソースコード
2 動作確認

ソースコード

# coding: utf-8
import socket
import struct
import select
import sys

class RouteScanner:
    def __init__(self):
        # icmp socketを作成 ipヘッダーを修正する
        self.soc = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket.IPPROTO_ICMP)
        self.soc.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_HDRINCL,1)

    def checksum(self, data):
        data_len = len(data) // 2*2
        sum = 0
        for i in range(0,data_len,2):
            sum += (ord(data[i+1]) << 8) + ord(data[i])
            #Python3
            #sum += (ord(chr(data[i+1])) << 8) + ord(chr(data[i]))
        if len(data) % 2 != 0:
            sum += ord(data[-1])
            #Python3
            #sum += ord(chr(data[-1]))
        while sum >> 16:
            sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff)
        sum = sum >> 8 | (sum << 8 & 0xff00)
        return ~sum&0xffff

    # ipヘッダー作成
    def make_ip(self, target_ip, ttl):
        #固定の値はハードコード
        ip_ver = 4
        ip_hl  = 5
        ip_tos = 0
        ip_len = 28
        ip_id = 1
        ip_off = 0
        ip_ttl = ttl
        ip_proto = socket.IPPROTO_ICMP
        ip_check = 0
        ip_src = socket.inet_aton("0.0.0.0")
        ip_dst = socket.inet_aton(target_ip)
        ip_ver_hl = (ip_ver << 4) + ip_hl
        ip_header = struct.pack("!BBHHHBBH4s4s",ip_ver_hl,ip_tos,ip_len,ip_id,ip_off,ip_ttl,ip_proto,ip_check,ip_src,ip_dst)

        ip_check = self.checksum(ip_header)
        ip_header = struct.pack("!BBHHHBBH4s4s",ip_ver_hl,ip_tos,ip_len,ip_id,ip_off,ip_ttl,ip_proto,ip_check,ip_src,ip_dst)
        return ip_header

    # icmpヘッダー作成
    def make_icmp_echo_request(self):
        # 固定の値はハードコード
        # echo request
        type = 8
        code = 0
        check = 0
        id = 1
        seq = 1
        check = self.checksum(struct.pack("!BBHHH", type, code, check, id, seq))
        return struct.pack("!BBHHH", type, code, check, id, seq)

    # ipヘッダー取得
    def extract_ip(self, packet):
        #packで配列に変換 第一引数はipヘッダーに合うように指定
        return struct.unpack('!BBHHHBBH4s4s', packet)

    # スキャンします
    def scan(self, target_ip):
        print("Scanning to {} ...".format(target_ip))
        # 到達したかどうか
        reach = 0
        # 1~255まで確認
        for i in range(1, 256):
            ip = self.make_ip(target_ip, i)
            icmp = self.make_icmp_echo_request()
            packet = ip+icmp
            # 3回繰り返す
            for _ in range(3):
                self.soc.sendto(packet, (target_ip, 0))
                # socketがreadyになるのを待つ
                sel_res = select.select([self.soc],[],[],3)
                if len(sel_res[0]) > 0:
                    packet, addr = sel_res[0][0].recvfrom(1024)
                    ip = self.extract_ip(packet[0:20])
                    start = (ip[0]&0x0f)*4
                    res = self.analyze(packet[start:start+8])

                    if res == 1: #到達した
                        print("- Reach time to live {} from {}".format(i, addr[0]))
                        reach = 1
                        break
                    elif res == 0: #途中ノードから返ってきた
                        print("- time to live {} from {}".format(i, addr[0]))
                        break
            # 到達したのでループを抜ける
            if reach == 1:
                break


    # パケットを確認
    def analyze(self,packet):
        icmp = struct.unpack("!BBHHH", packet)

        if icmp[0] == 0: # エコー応答なら
            return 1 # 到達した
        elif icmp[0] == 11: # 時間超過なら
            return 0 # 到達していない
        return 2 #一応2を返しておく

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# coding: utf-8

import socket

import struct

import select

import sys

class RouteScanner:

def __init__(self):

# icmp socketを作成 ipヘッダーを修正する

self.soc = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket.IPPROTO_ICMP)

self.soc.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_HDRINCL,1)

def checksum(self, data):

data_len = len(data) // 2*2

sum = 0

for i in range(0,data_len,2):

sum += (ord(data[i+1]) << 8) + ord(data[i])

#Python3

#sum += (ord(chr(data[i+1])) << 8) + ord(chr(data[i]))

if len(data) % 2 != 0:

sum += ord(data[-1])

#Python3

#sum += ord(chr(data[-1]))

while sum >> 16:

sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff)

sum = sum >> 8 | (sum << 8 & 0xff00)

return ~sum&0xffff

# ipヘッダー作成

def make_ip(self, target_ip, ttl):

#固定の値はハードコード

ip_ver = 4

ip_hl = 5

ip_tos = 0

ip_len = 28

ip_id = 1

ip_off = 0

ip_ttl = ttl

ip_proto = socket.IPPROTO_ICMP

ip_check = 0

ip_src = socket.inet_aton("0.0.0.0")

ip_dst = socket.inet_aton(target_ip)

ip_ver_hl = (ip_ver << 4) + ip_hl

ip_header = struct.pack("!BBHHHBBH4s4s",ip_ver_hl,ip_tos,ip_len,ip_id,ip_off,ip_ttl,ip_proto,ip_check,ip_src,ip_dst)

ip_check = self.checksum(ip_header)

ip_header = struct.pack("!BBHHHBBH4s4s",ip_ver_hl,ip_tos,ip_len,ip_id,ip_off,ip_ttl,ip_proto,ip_check,ip_src,ip_dst)

return ip_header

# icmpヘッダー作成

def make_icmp_echo_request(self):

# 固定の値はハードコード

# echo request

type = 8

code = 0

check = 0

id = 1

seq = 1

check = self.checksum(struct.pack("!BBHHH", type, code, check, id, seq))

return struct.pack("!BBHHH", type, code, check, id, seq)

# ipヘッダー取得

def extract_ip(self, packet):

#packで配列に変換第一引数はipヘッダーに合うように指定

return struct.unpack('!BBHHHBBH4s4s', packet)

# スキャンします

def scan(self, target_ip):

print("Scanning to {} ...".format(target_ip))

# 到達したかどうか

reach = 0

# 1~255まで確認

for i in range(1, 256):

ip = self.make_ip(target_ip, i)

icmp = self.make_icmp_echo_request()

packet = ip+icmp

# 3回繰り返す

for _ in range(3):

self.soc.sendto(packet, (target_ip, 0))

# socketがreadyになるのを待つ

sel_res = select.select([self.soc],[],[],3)

if len(sel_res[0]) > 0:

packet, addr = sel_res[0][0].recvfrom(1024)

ip = self.extract_ip(packet[0:20])

start = (ip[0]&0x0f)*4

res = self.analyze(packet[start:start+8])

if res == 1: #到達した

print("- Reach time to live {} from {}".format(i, addr[0]))

reach = 1

break

elif res == 0: #途中ノードから返ってきた

print("- time to live {} from {}".format(i, addr[0]))

break

# 到達したのでループを抜ける

if reach == 1:

break

# パケットを確認

def analyze(self,packet):

icmp = struct.unpack("!BBHHH", packet)

if icmp[0] == 0: # エコー応答なら

return 1 # 到達した

elif icmp[0] == 11: # 時間超過なら

return 0 # 到達していない

return 2 #一応2を返しておく

ソケット作成

icmpソケットを作成し、ipヘッダーを自分で作ることができるようsetsockoptで設定します。

    def __init__(self):
        # icmp socketを作成 ipヘッダーを修正する
        self.soc = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket.IPPROTO_ICMP)
        self.soc.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_HDRINCL,1)

def __init__(self):

# icmp socketを作成 ipヘッダーを修正する

self.soc = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket.IPPROTO_ICMP)

self.soc.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_HDRINCL,1)

パケット作成

ipヘッダーをicmpヘッダーを作成します。
固定の部分はハードコードしてます。

ターゲットにエコー要求を送信してそれに対し返却されたパケットの内容に応じてその後の処理を決定します。
想定しているicmp受信パケットはエコー応答か時間超過です。

ルーターからは時間超過パケット、ターゲットからエコー応答が返却される想定です。

    # ipヘッダー作成
    def make_ip(self, target_ip, ttl):
        #固定の値はハードコード
        ip_ver = 4
        ip_hl  = 5
        ip_tos = 0
        ip_len = 28
        ip_id = 1
        ip_off = 0
        ip_ttl = ttl
        ip_proto = socket.IPPROTO_ICMP
        ip_check = 0
        ip_src = socket.inet_aton("0.0.0.0")
        ip_dst = socket.inet_aton(target_ip)
        ip_ver_hl = (ip_ver << 4) + ip_hl
        ip_header = struct.pack("!BBHHHBBH4s4s",ip_ver_hl,ip_tos,ip_len,ip_id,ip_off,ip_ttl,ip_proto,ip_check,ip_src,ip_dst)

        ip_check = self.checksum(ip_header)
        ip_header = struct.pack("!BBHHHBBH4s4s",ip_ver_hl,ip_tos,ip_len,ip_id,ip_off,ip_ttl,ip_proto,ip_check,ip_src,ip_dst)
        return ip_header

    # icmpヘッダー作成
    def make_icmp_echo_request(self):
        # 固定の値はハードコード
        # echo request
        type = 8
        code = 0
        check = 0
        id = 1
        seq = 1
        check = self.checksum(struct.pack("!BBHHH", type, code, check, id, seq))
        return struct.pack("!BBHHH", type, code, check, id, seq)

# ipヘッダー作成

def make_ip(self, target_ip, ttl):

#固定の値はハードコード

ip_ver = 4

ip_hl = 5

ip_tos = 0

ip_len = 28

ip_id = 1

ip_off = 0

ip_ttl = ttl

ip_proto = socket.IPPROTO_ICMP

ip_check = 0

ip_src = socket.inet_aton("0.0.0.0")

ip_dst = socket.inet_aton(target_ip)

ip_ver_hl = (ip_ver << 4) + ip_hl

ip_header = struct.pack("!BBHHHBBH4s4s",ip_ver_hl,ip_tos,ip_len,ip_id,ip_off,ip_ttl,ip_proto,ip_check,ip_src,ip_dst)

ip_check = self.checksum(ip_header)

ip_header = struct.pack("!BBHHHBBH4s4s",ip_ver_hl,ip_tos,ip_len,ip_id,ip_off,ip_ttl,ip_proto,ip_check,ip_src,ip_dst)

return ip_header

# icmpヘッダー作成

def make_icmp_echo_request(self):

# 固定の値はハードコード

# echo request

type = 8

code = 0

check = 0

id = 1

seq = 1

check = self.checksum(struct.pack("!BBHHH", type, code, check, id, seq))

return struct.pack("!BBHHH", type, code, check, id, seq)

スキャン

time to liveを1~255までインクリメントするループに確認のための3回ループをネストしています。
ひとつのtime to liveにつき3回まで送信処理を繰り返します。

パケットの送信後socketがレディー状態になるのを3秒間待ちます。

パケットを受信したらipヘッダーとicmpヘッダーを抽出して、内容を確認します。
エコー応答ならターゲットからのパケットのため送信処理を終了します。

時間超過なら途中ノードからのパケットと判断し、
3回ループを抜けてtime to liveをインクリメントして送信処理を続行します。

動作確認

以下のようにクラスを使用します。

target_ip = {ターゲットのipアドレス}
scanner = RouteScanner()
scanner.scan(target_ip)

target_ip = {ターゲットのipアドレス}

scanner = RouteScanner()

scanner.scan(target_ip)