网络端口扫描共工具的设计与实现

网络端口扫描工具的设计与实现
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摘要本课程设计是在Windows系统中，通过软件visual studio 2010使用C#语言完成的一个端口扫描程序。

此程序主要利用TCP连接的三次握手特性，完成对指定主机端口的扫描。

扫描能对指定IP的主机的常用端口进行扫描。

扫描结果以列表的形式直观地展现出来。

通过对扫描结果的分析知道了，有哪些常用端口是开放的。

关键词 C#；端口扫描；TCP三次握手；网络安全
1 引言
本文主要内容
本文第二节主要说明本设计的背景及目的；第三节介绍了TCP端口扫描基本原理；第四节详细描述了网络端口扫描工具的设计步骤、部分源代码以；第五节为相关测试结果；第六节为结束语以及末尾的相关参考文献。

设计平台及设计语言
本系统是在win7操作系统上，通过visual studio 2010软件使用C#语言设计编写完成的。

设计背景及目的
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。

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。

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2 设计原理
端口的基本概念
端口是由计算机的通信协议TCP/IP协议定义的。

其中规定，用IP地址和端口作为套接字，它代表TCP连接的一个连接端，一般称为Socket。

具体来说，就是用IP端口来定位一台主机中的进程。

如果要和远程主机A的程序通信，那么只要把数据发向A端口就可以实现通信了。

端口与进程是一一对应的，如果某个进程正在等待连接，称之为该进程正在监听，那么就会出现与它相对应的端口。

由此可见，通过扫描端口，便可以判断出目标计算机有哪些通信进程正在等待连接。

端口是一个16 bit的地址，用端口号进行标识不同作用的端口。

端口一般分为两类。

熟知端口号：范围从0到1023，这些端口号一般固定分配给一些服务。

比如21端口分配给FTP服务，25端口分配给SMTP服务，80端口分配给HTTP服务，135端口分配给RPC服务等等
动态端口号：动态端口的范围从1024到65535，只要运行的程序向系统提出访问网络的申请，那么系统就可以从这些端口号中分配一个供该程序使用。

在关闭程序进程后，就会释放所占用的端口号。

端口扫描技术
TCP connect()?扫描
这是最基本的TCP扫描。

操作系统提供的connect()系统调用，用来与每一个感兴趣的目标计算机的端口进行连接。

如果端口处于侦听状态，那么connect()就能成功。

否则，这个端口是不能用的，即没有提供服务。

这个技术的一个最大的优点是，你不需要任何权限,系统中的任何用户都有权利使用这个调用。

另一个好处就是速度,如果对每个目标端口以线性的方式，使用单独的connect()调用，那么将会花费相当长的时间，你可以通过同时打开多个套接字，从而加速扫描。

使用非阻塞I/O允许你设置一个低的时间用尽周期，同时观察多个套接字。

但这种方法的缺点是很容易被发觉，并且被过滤掉。

目标计算机的logs文件会显示一连串的连接和连接是出错的服务消息，并且能很快的使它关闭。

TCP SYN扫描
这种技术通常认为是“半开放”扫描，这是因为扫描程序不必要打开一个完全的TCP连接。

扫描程序发送的是一个SYN数据包，好象准备打开一个实际的连接并等待反应一样（参考TCP的三次握手建立一个TCP连接的过程）。

一个SYN|ACK的返回信息表示端口处于侦听状态。

一个RST返回，表示端口没有处于侦听态。

如果收到一个SYN|ACK，则扫描程序必须再发送一个RST信号，来关闭这个连接过程。

这种扫描技术的优点在于一般不会在目标计算机上留下记录。

但这种方法的一个缺点是，必须要有root权限才能建立自己的SYN数据包。

TCP FIN?扫描
有的时候有可能SYN扫描都不够秘密。

一些防火墙和包过滤器会对一些指定的端口进行监视，有的程序能检测到这些扫描。

相反，FIN数据包可能会没有任何麻烦的通过。

这种扫描方法的思想是关闭的端口会用适当的RST来回复FIN 数据包。

另一方面，打开的端口会忽略对FIN数据包的回复。

这种方法和系统的实现有一定的关系。

有的系统不管端口是否打开，都回复RST，这样，这种扫描方法就不适用了。

并且这种方法在区分Unix和NT时，是十分有用的。

IP段扫描
这种不能算是新方法，只是其它技术的变化。

它并不是直接发送TCP探测数据包，是将数据包分成两个较小的IP段。

这样就将一个TCP头分成好几个数据包，从而过滤器就很难探测到。

但必须小心。

一些程序在处理这些小数据包时会有些麻烦。

TCP?反向?ident扫描
ident 协议允许(rfc1413)看到通过TCP连接的任何进程的拥有者的用户名，即使这个连接不是由这个进程开始的。

因此你能，举个例子，连接到http 端口，然后用identd来发现服务器是否正在以root权限运行。

这种方法只能在和目标端口建立了一个完整的TCP连接后才能看到。

本系统设计原理
本系统采用的是TCP connect()扫描技术
众所周知，端口存在两种，UDP和TCP。

UDP协议由于是非面向连接的，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，这也使得UDP端口扫描的可靠性不高。

而TCP由于其connection oriented的特性，为端口的扫描提供了基础。

众所周知，TCP建立连接时有三次握手。

先是client 端往server某端口发送请求连接的SYN包，server的该端口如果允许连接，会给client端发一个SYN+ACK回包，client端收到server的SYN+ACK包后再给server端发一个确认包ACK(ack=k+1），TCP连接正式建立。

基于连接的建立过程，可以想到，假如要扫描某一个TCP端口，可以尝试与该端口进行TCP连接，如果该端口处于打开状态，通过TCP三次握手就能成功建立连接，也就是说，如果连接成功，就可以判断目标扫描出于打开状态，否则，目标端口处于关闭状态。

这就是TCP端口扫描的基本原理。

图 TCP连接建立过程
3 设计步骤
程序设计
程序设计的总体思路：本系统要求扫描指定IP地址的主机的常用端口，首先在程序中要定义一个数组，用于指定常用端口包含的内容；其次需要创建一个扫描方法，当用户输入指定IP后，循环调用该方法对指定IP的常用端口进行扫描，并将扫描结果以列表形式显示。

程序的大概执行过程：第一步，用户输入指定IP地址，点击扫描后，创建线程，并创建ThreadStart的委托对象；第二步，若当前扫描端口数量未超过定义的数组上限值，调用扫描线程Scan()对该端口尝试连接；第三步，循环扫描数组里定义的所有端口，记录每个端口是否开放情况；第四步，数组内的所有端口扫描完成后，匹配过滤原则，显示扫描结束。

流程图如图所示
图程序流程图
程序实现
创建线程
当用户点击扫描之后，执行以下程序代码，创建线程并创建线程ThreadStart委托对象，同时将显示框初始化：
private void btnScan_Click(object sender, e)
{
;
"");
}
TCP扫描方法
此段代码实现了对指定端口扫描功能，此次安城定义了一个临时变量port_now，当该线程被调用后，创建TcpClient对象，尝试对指定端口进行TCP连接，并将结果显示在显示框：
private void Scan()
{
int port_now = port;
done[port_now] = true;
Addr = ;
oString() + " 开放");
}
catch
{
"端口 " + scan_port[port_now].ToString() + " 未开放");
}
}
端口扫描主函数
此段代码通过调用Scan()方法，实现了对指定端口组个扫描功能。

当执行时，首先对当前扫描端口进行过滤原则匹配，若扫描端口排序超过定义数组最大值，则显示扫描结束；反之，调用Scan()线程对该端口进行扫描。

此段代码中还定义了当未完成扫描，强行退出时，直接终止执行程序：
private void PortScan()
{
"开始扫描... (可能需要您等待几分钟)");
"");
Addr = ;
for (int i = 0; i < 16; i++)
{
port = i;
操作系统教程（第4版） [M]. 北京: 高等教育出版社, 2008
[2] 马骏. C#网络应用编程（第二版）. 背景：人民邮电出版社，2010
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[5] TCP端口扫描浅析.。