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TCP 端口扫描模块
谢翰
e@pku.edu.cn
一、开发目的
ftp 文件搜索的第一步就是发现 Internet 上存在 ftp 服务的计算机。由于通常 ftp 服
务都是使用 TCP 21 端口，所以我们发现 ftp 服务的第一个方法就是扫描 Internet 上所有计
算机的 TCP 21 端口是否接受连接。另外，由于 Internet 上的机算机数目巨大，而 ftp 服务
也存在时效性，这就要求我们必须在尽量短的时间内完成扫描。原有的天网 ftp 端口扫描程
序在效率上已经不能满足要求，扫描结果也不够完全，因此有必要开发新的端口扫描程序。
二、实现方法
一般的 TCP 端口扫描都是通过系统调用 connect，如果在一个较短时间内对方主机没有
响应，则认为该主机的该端口不可接受连接。虽然程序可以启动多个进程，每个进程同时发
出多个连接请求，但如果每个连接的超时限制设得很长，则整个扫描过程会很长；如果超时
限制很短，则那些响应较慢的主机可能无法被发现。原来系统的连接超时为 5 秒，针对全国
范围内的 IP 地址进行一次扫描需要 1 个多月。
因此，我们必须考虑一种全新的方法来实现 TCP 端口的扫描。我们首先必须找出原有的
端口扫描方法瓶颈所在。我们发现，如果原有的端口扫描方法是调用 connect，而 connect
所做的事情就是向远程主机发送 TCP 的连接请求信号（SYN），再等待对方的响应。可见其发
送与接收是同步的。如果改用异步的方法：一边不断的向 IP 地址范围内的主机发送 SYN 连
接信号，一边监听发往本机的 IP 数据包。如果某个 IP 地址某端口接受连接，则它会向本机
发来一个 SYN，并确认我们发出的 SYN 信号；如果某个 IP 地址某端口拒绝连接，则它会向
本机发来一个 TCP RST，同时确认我们发出的 SYN 信号；如果某个 IP 地址某端口不可达，
则我们会收到一个 ICMP 不可达报文。这样，我们的发送与接收就成了异步进行，扫描速度
会有质的发跃。
要实现这种设想，我们必须熟悉 IP 协议，TCP 协议以及 ICMP 协议，因为我们必须自行
构造和发送 TCP SYN 信号，并且自行解析收入到的 TCP 包和 ICMP 包。此外，由于网络的数
据包可能会丢失，也可能被重复收到，如果我们只对每个 IP 地址发送一次连接请求是不可
靠的，因此对那些没有响应的地址我们还要多发送几次 SYN。那么，我们就必须记录下那些
已经有响应的地址，在下一轮的发送中略过这些地址。在实现中我们使用了一棵红－黑树（因
为是用 C 语言编写，如果是 C++则用一个向量就可以），用于存放所有的已经有响应的地址。
每接收到一个响应（接受，拒绝，不可达），也要查看该响应的地址是否已经在这棵红－黑
树中，这样就可以防止一个 IP 地址被多次的返回给调用者。
三、模块使用说明
TCP 端口扫描模块只有一个函数接口：tcp_scan。其函数原型如下：
int tcp_scan(const struct addrseg *addrscope, const unsigned short *ports,
unsigned int ifindex, const char *ifname, int resetuid,
scan_info_t info, void *arg);
下面解释一下各个参数的意义。
const struct addrseg *addrscope： 要扫描的地址范围，是一个结点类型为 struct addrseg
的链表，每个结点为一个 IP 地址段。struct addrseg 的定义如下：
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