ch7 winsock服务提供者接口spi

1、第七章 Winsock服务提供者接口(SPI) 14:41:54 1 内容提要 ?SPI概述 ?Winsock协议目录 ?分层服务提供者(LSP) ?基于SPI的数据包过滤实例 14:41:54 2 概述 ?Winsock 2 是围绕着Windows开放系统架构 (Windows Open System Architecture ，WOSA)来设 计的，WOSA在Winsock和Winsock应用程序之间 有一个标准API；在Winsock和Winsock服务提供 者（比如TCP/IP）之间有一个标准的 SPI。 14:41:54 3 图7-1 Winsock 2的WOSA架构 14:41:5

2、4 4 ?传输服务提供者 ?传输服务提供者（Transport Service providers， 一般称作协议栈，比如 TCP/IP ）即能够提供建 立通信、传输数据、日常数据流控制和错误控 制等功能的服务。 ?类型：分层的（ Layered ），基础的（Base） ?基础服务提供者负责实现传输协议的真正细节， 导出Winsock接口，此接口直接实现协议。 ?分层服务提供者将自己安装到 Winsock 目录中 的基础提供者上面，截取来自应用程序的 Winsock API 调用。 14:41:54 5 ?分层服务提供者仅实现更高层的定制通信函数， 它依靠现存的底层基础提供者来与远程终端作实

3、际的数据交换， ?分层服务提供者位于基础服务提供者之上，依靠 它来实现各种功能。 Winsock 2 API WS2_32.DLL SPI Transport Layered Protocol SPI Namespace Layered Protocol SPI Base Protocol 14:41:54 图8-2 协议层次 6 ?名字空间提供者 ?把一个网络协议的地址属性和一个或多个用户 友好名关联到一起，以便启用与协议无关的名 字解析方案。 ?命名空间提供者在命名空间目录安装自己，当 应用程序执行名字解析时将会被调用。 14:41:54 7 ? SPI命名规则：前缀标示 ?WSP（Win

4、sock提供者）：用于传输服务提供者 函数。 ?NSP（名字空间提供者）：用于名字空间提供者 函数。 ?WPU（Winsock提供者上调）：供服务提供者调 用的Ws2_32.dll支持函数（分层服务提供者使用 的支持函数。） ?WSC（Winsock配置）：供在Winsock 2中安装服 务提供者的函数使用。 14:41:54 8 Winsock 协议目录 ?SPI提供3种协议：分层协议、基础协议、协议链 ?基础协议是能够独立、安全地和远程端点实现 数据通信的协议。 ?分层协议在基础协议的上层，依靠底层基础协 议实现更高层的通信服务。 ?协议链是将一系列的基础协议和分层协议按特 定的顺序连接在

5、一起的链状结构。 14:41:54 9 ?协议信息 ?系统安装了哪些协议以及这些协议的特性，通 常为协议信息。 ?如果一个协议支持多种行为，每类行为在系统 中都有各自的目录条目。例如，如果系统中安 装了TCP/IP，系统中就会有两个 IP条目：TCP 和UDP。 ?Winsock采用WSAPROTOCOL_INFO 结构描述 特定协议的完整信息。具体定义如下： 14:41:54 10 WSAPROTOCOL_INFO结构定义如下： 结构定义如下： typedef struct WSAPROTOCOL_INFO DWORD dwServiceFlags1; DWORD dwServiceFlag

6、s2; DWORD dwServiceFlags3; DWORD dwServiceFlags4; DWORD dwProviderFlags; GUID ProviderId;/ 服务提供者厂商安排的服务提供者厂商安排的GUID DWORD dwCatalogEntryId;/ 为该结构体安排的唯一标示符（目录入口）为该结构体安排的唯一标示符（目录入口） WSAPROTOCOLCHAIN ProtocolChain;/ 协议链结构体协议链结构体 int iVersion; int iAddressFamily;/ 地址家族地址家族 int iMaxSockAddr; int iMinSock

7、Addr; int iSocketType;/ 套接字类型套接字类型 int iProtocol;/ 协议协议 int iNetworkByteOrder; int iSecurityScheme; DWORD dwMessageSize ； DWORD dwProviderReserved; CHAR szProtocolWSAPROTOCOL_LEN+1; WSAPROTOCOL_INFO,*LPWSAPROTOCOL_INFO; 14:41:54 11 ?获取协议信息 使用Winsock API函数WSAEnumProtocols(); 使用Winsock SPI函数WSCEnumPro

8、tocols(); 14:41:54 12 int WSAEnumProtocols( LPINT lpiProtocols,/ 整型数组，指定要枚举的协议，可选。 指定为NULL则返回所有的协议。 LPWSAPROTOCOL_INFO lpProtocolBuffer,/ 存放协议信息 的缓冲区 LPDWORD lpdwBufferLength/ 缓冲区长度 )； ?枚举指定的网络协议信息，将具体的协议信息填充到 WSAPROTOCOL_INFO 结构体中。 ?WSAEnumProtocols函数仅能枚举基础协议和协议链，不 能枚举分层协议。 ?返回值:成功为协议个数，失败为SOCKET_E

9、RROR 。 ?注：创建套接字时使用WSAEnumProtocols函数枚举系统 中安装的协议，根据传递的参数找到一个与之匹配的协 议，然后调用此协议的提供者导出的函数来完成各种 13 14:41:54 Winsock 调用。 WSAEnumProtocols 函数的使用方法： ?首先以lpProtocolBuffer为NULL， lpdwBufferLength 为0调用WSAEnumProtocols ， 该调用会以WSAENBUFS失败，此时 lpdwBufferLength 参数包含了所需的缓冲区长度。 ?以lpdwBufferLength包含的缓冲区长度分配内存 空间 ?再次以分配的

10、内存空间调用 WSAEnumProtocols ?实例 14:41:54 14 WSCEnumPtotocols( ? ? ? ? LPINT lpiProtocols, LPWSAPROTOCOL_INFOW lpProtocolBuffer, LPDWORD lpdwBufferLength, LPINT lpErrno/ 取得调用出错后的出错代码 ); 该函数能够枚举各种协议，包括分层协议、基础 协议和协议链。 协议信息存放在WSAPROTOCOL_INFOW结构体 中，支持UNICODE。 使用方法同WSAEnumProtocols 实例 15 14:41:54 typedef str

11、uct _WSAPROTOCOL_INFOW DWORD dwServiceFlags1; DWORD dwServiceFlags2; DWORD dwServiceFlags3; DWORD dwServiceFlags4; DWORD dwProviderFlags; GUID ProviderId; DWORD dwCatalogEntryId; WSAPROTOCOLCHAIN ProtocolChain; int iVersion; int iAddressFamily; int iMaxSockAddr; int iMinSockAddr; int iSocketType; in

12、t iProtocol; int iProtocolMaxOffset; int iNetworkByteOrder; int iSecurityScheme; DWORD dwMessageSize; DWORD dwProviderReserved; 14:41:54 WCHAR szProtocolWSAPROTOCOL_LEN+1;/UNICODE字符串字符串 WSAPROTOCOL_INFOW, *LPWSAPROTOCOL_INFOW; 16 分层服务提供者(LSP) ?分层提供者的体系结构 14:41:54 图7-2分层提供者的体系结构 17 ? 者导出的函数实现其内部 API函

13、数。 ?被WS2_32加载的下层服务提供者，由调用基础服务 提供者（或者其下层服务提供者）提供的服务实现其 内部SPI函数。 ?用户创建套接字时， 套接字创建函数(如socket)在 Winsock目录寻找合适的协议； 此协议的提供者导出 的函数完成各种功能 ?编写分层服务提供者并安装可以截获 Winsock调用 运行原理 WS2_32.dll加载下层服务提供者，利用下层服务提供 14:41:54 18 ?安装LSP ?安装LSP实质就是安装一个WSAPROTOCOL_INFOW结 构，该结构定义了分层提供者的特性和LSP是如何填写 链的。 ?安装LSP后在Winsock目录中就有了一个 WS

14、APROTOCOL_INFOW 结构，让创建套接字的应用程 序可以枚举到它。 14:41:54 19 ?协议链 ?协议链描述了分层提供者加入Winsock目录的顺序， 也就是在协议链中的位置。 ?协议链由嵌入在WSAPROTOCOL_INFOW结构中的 WSAPROTOCOLCHAIN 结构中的数据指定，结构定 义如下： typedef struct _WSAPROTOCOLCHAIN int ChainLen; /0 表示分层协议，1表示基础协议， /1 表示协议链 DWORD ChainEntriesMAX_PROTOCOL_CHAIN; /目录ID数组 WSAPROTOCOLCHAIN,

15、 FAR * LPWSAPROTOCOLCHAIN; 14:41:54 20 ?当ChianLen是0或1时，包含在ChianEntries数组中 的数据是无意义的。 ?当ChianLen大于1时，形成协议链的各个服务提供 者的目录ID都包含在ChianEntries数组中。 ? LSP 在协议链中位置的影响 : 顶层:被Ws2_32.dll加载 非顶层:被链中位于它上层的 LSP加载 ?LSP被加载后的动作: 1) 首先调用LSP导出的函数WSPStartup() 2) 将包含协议链的WSAPROTOCOL_INFOW结构传 递给这个函数 3) LSP 再找到协议链中位于自己下方的提供者 ,

16、进而 14:41:54 加载它 21 ?安装LSP时，必须在Winsock目录中安装两种协议：分 层协议、协议链 ?安装分层协议是为了获取Winsock目录分配的目录 ID，以便在协议链中标识自己。 ?协议链是Winsock目录中LSP的真正入口，链中包含 了自己分层协议的目录ID号和下层提供者的目录ID 号,这些目录ID构成ChainEntries，进而构建一个 WSAPROTOCOL_INFOW 结构 ?安装函数 ?需要为该函数提供LSP的GUID、DLL位置、描述 LSP 支持协议的一个或多个 WSAPROTOCOL_INFOW 结构。 14:41:54 22 ? 函数定义 int WS

17、CInstallProvider( const LPGUID lpProviderId, / 要安装的提供者的GUID const LPWSTR lpszProviderDllPath, / 指定提供者DLL路径 const LPWSAPROTOCOL_INFO lpProtocolInfoList, / 指向一 个WSAPROTOCOL_INFOW结构数组 DWORD dwNumberOfEntries, / lpProtocolInfoList 数组中条目 数量,即数组大小 LPINT lpErrno / 返回可能的失败代码 );/ 只有UNICODE版本,失败则返回SOCKET_ERRO

18、R 14:41:54 23 ? lpProviderId: GUID可以通过命令行工具UUIDGEN或者编程 中使用UuidCreate函数生成。 ? lpszProviderDllPath: UNICODE字符串,包含环境变量。如 %SYSTEMROOT% ? lpProtocolInfoList: WSAPROTOCOL_INFOW结构的数组,每 个数组成员是一个要安装的单独目录,即可一次安装多个服务 提供者 ? 通常从它要分层的下层提供者拷贝,两种情况例外: 第一,szProtocol域要修改,以包含新提供者的名称 第二,如有XP1_IFS_HANDLES标志,从dwServiceFla

19、gs1域中 移除XP1_IFS_HANDLES标志，该标志表示此提供者返回的 句柄是真正地操作系统句柄,在该句柄上会引起user/kernel 模 式的转换。 14:41:54 24 LSP Socket Creation and IFS Handles ? socket 句柄有三类：由 base providers 返回 给 LSP 的 socket 句柄；由 LSP 返 回 给 ws2_32.dll 的 socket 句柄；用户程序中由 ws2_32.dll 返 回的句柄。 ? ws2_32.dll 维护了一个关联列表，表中相关联的是 从 LSP 取得的 socket 句柄和返 回给用户程

20、序的 socket 句 柄。 ? LSP 也应该用类似的做法并维护一个从 base provider 取得 的 socket 句柄和返回给 ws2_32.dll 的 socket 句柄的关联列 表。 ? 这样就使得给定某一层的 socket 句柄，LSP 能找到相应低 层的 socket，而且当 LSP 被卸载时还能保证所有 的 base socket 句柄能被正确地关闭 14:41:54 25 ? 当 socket 有 IFS 句柄时，此句柄 可用在文件 I/O 函数中来 完成 Winsock 的 recv 和 send 调用。 ? 在 Windows NT下，IFS 句柄可以加到 IOCP

21、实现可伸缩性 。这是由带 有 IFS 句柄的 providers 通 过 WSAPROTOCOL_INFOW 结构体中的 XP1_IFS_HANDLES 属性位来指示的。 ? 所有 Microsoft 的 base providers 都将 sockets 实现 为 IFS 句柄。LSP 不能创建本身是真正的 IFS 句柄 的 socket 句柄， 因为在 LSP 中不能实现 IFS。但通过调 用 WPUCreateSocketHandle 或 WPUModifyIFSHandle 返回给 ws2_32.dll 的 socket 句柄都可以在文件 I/O 调 用 中使用。 14:41:55 2

22、6 ?安装LSP的步骤 ?1、用WSCInstallProvider来安装分层提供者以获 取目录ID ?2、利用WSCEnumProtocols列举出所有的目录 条目，获得安装之后为这个分层服务提供者分 配的目录ID； ?3、用该目录ID来设置一个协议链目录条目，将 要安装分层提供者和另外提供者连接起来组成 协议链； ?4、调用WSCInstallProvider来安装该协议链 14:41:55 27 重新为目录排序 ?新的提供者安装到Winsock目录之后，在枚举 时默认出现在Winsock目录的结尾。 ?如果LSP模仿TCP/IP提供者，则永远不会被默 认调用，因原来的 MSAFD TCP

23、/IP 提供者总是 出现在新安装的提供者 LSP 入口之前，系统不 会默认加载它。 ?重新为目录排序可使新安装的 LSP 首先出现。 ?由函数WSCWriteProviderOrder函数完成排序。 14:41:55 28 ?函数定义 int WSCWriteProviderOrder( ); LPDWORD lpdwCatalogEntryId,/CatalogEntryId 数组 DWORD dwNumberOfEntries/ 数组大小 14:41:55 29 ?移除LSP ?移除LSP时，只需为移除LSP的函数传递要移 除的提供者的GUID即可 ?函数定义 int WSCDeInsta

24、llProvider( LPGUID lpProviderId, LPINT lpErrno ); ?移除LSP时，要根据分层协议的 GUID号找到其 目录ID号，然后逐个移除各协议链，最后再移 除分层协议的提供者。 ?实例 14:41:55 30 编写LSP ?每个LSP必须实现和导出WSPStartup()函数 ?WSPStartup函数 ?Winsock 2传输服务提供者随标准的 Windows 动态 链接库模块一起执行，必须把 DllMain 函数导入这 个动态链接库模块中，还必须导入一个名为 WSPStartup 函数条目。 ?在调用者调用WSPStartup时，通过一个被当作参 数

25、传送的函数派遣表打开另外的 30 个SPI函数， 传输服务提供者便由这 30 个函数组成。 14:41:55 31 14:41:55 32 ?调用WSAStartup期间，Winsock根据WSASocket调 用的地址家族、套接字类型和协议参数，决定需要 加载哪个服务提供者。只有在一个应用程序通过 socket 或WSASocket API调用建立一个套接字时， Winsock 才会调用一个服务提供者。 ?函数定义 int WSPStartup( WORD wVersionRequested,/ 调用者可使用的版本号 LPWSPDATA lpWSPData,/ 获取提供者的详细信息 LPWS

26、APROTOCOL_INFO lpProtoclInfo,/ 指定想得到的 协议特征 WSPUPCALLTABLE UpcallTable,/ 向上调用的函数表 LPWSPPROC_TABLE lpProcTable/ 指向SPI的函数表 14:41:55 33 ); ? 描述分派表的WSPPROC_TABLE结构定义了必须在LSP实 现的函数,定义如下： ? typedef struct _WSPPROC_TABLE ? LPWSPACCEPT lpWSPAccept; ? LPWSPADDRESSTOSTRING lpWSPAddressToString; ? LPWSPASYNCSELE

27、CT lpWSPAsyncSelect; ? LPWSPBIND lpWSPBind; ? LPWSPCANCELBLOCKINGCALL lpWSPCancelBlockingCall; ? LPWSPCLEANUP lpWSPCleanup; ? LPWSPCLOSESOCKET lpWSPCloseSocket; ? LPWSPCONNECT lpWSPConnect; ? LPWSPDUPLICATESOCKET lpWSPDuplicateSocket; ? LPWSPENUMNETWORKEVENTS lpWSPEnumNetworkEvents; ? LPWSPEVENTSELE

28、CT lpWSPEventSelect; ? 14:41:55 34 ? LPWSPGETOVERLAPPEDRESULT lpWSPGetOverlappedResult; ? LPWSPGETPEERNAME lpWSPGetPeerName; ? LPWSPGETSOCKNAME lpWSPGetSockName; ? LPWSPGETSOCKOPT lpWSPGetSockOpt; ? LPWSPGETQOSBYNAME lpWSPGetQOSByName; ? LPWSPIOCTL lpWSPIoctl; ? LPWSPJOINLEAF lpWSPJoinLeaf; ? LPWSPL

29、ISTEN lpWSPListen; ? LPWSPRECV lpWSPRecv; ? LPWSPRECVDISCONNECT lpWSPRecvDisconnect; 14:41:55 35 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? LPWSPRECVFROM lpWSPRecvFrom; LPWSPSELECT lpWSPSelect; LPWSPSEND lpWSPSend; LPWSPSENDDISCONNECT lpWSPSendDisconnect; LPWSPSENDTO lpWSPSendTo; LPWSPSETSOCKOPT lpWSPSetSockOpt; LPWSPSHUTDOWN lpWSPShutdown; LPWSPSOCKET lpWSPSocket; LPWSPSTRINGTOADDRESS lpWSPStringToAddress; WSPPROC_TABLE, FAR * LPWSPPROC_TABLE; 14:41:55 36 ?WSPStartup()函数的作用 1 ）根据协议链找到下层提供者 ,调用其WSPStartup 函数初始化下层提供者 ,这是一个不断向下递归 的过程 2 ）取得SPI服务函数的指针,在向上返回这些指针 之前,可以用自定义的函数指针