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UNIX网络编程——尝试探索基于Linux C的网卡抓包过程

分类: IT文章 • 2022-04-04 15:47:33

UNIX网络编程——尝试探索基于Linux C的网卡抓包过程

       抓包首先便要知道经过网卡的数据其实都是通过底层的链路层（MAC），在Linux系统中我们获取网卡的数据流量其实是直接从链路层收发数据帧。至于如何进行TCP/UDP连接本文就不再赘述(之前的一段关于web server的程序已经大概说明)，直接从最关键的原始套接字（ raw socket）开始。

       通常情况下程序设计人员接触的网络知识限于如下两类：

（1）流式套接字（SOCK_STREAM），它是一种面向连接的套接字，对应于TCP应用程序。

（2）数据报套接字（SOCK_DGRAM），它是一种无连接的套接字，对应于的UDP应用程序。

 

       除了以上两种基本的套接字外还有一类原始套接字，它是一种对原始网络报文进行处理的套接字。

       流式套接字（SOCK_STREAM）和数据报套接字（SOCK_DGRAM）涵盖了一般应用层次的TCP/IP应用。

 

       原始套接字的创建使用与通用的套接字创建的方法是一致的，只是在套接字类型的选项上使用的是另一个SOCK_RAW。在使用socket函数进行函数创建完毕的时候，还要进行套接字数据中格式类型的指定，设置从套接字中可以接收到的网络数据格式：

fd = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL));

       fd为返回的套接字描述符SOCK_RAW即创建原始套接字，这里的htons(ETH_P_ALL)是socket()的第三个参数 protocol ，即协议类型。是一个定义在<netinet/in.h>中的常量，基本上我们常用的是，ETH_P_IP、ETH_P_ARP、ETH_P_RARP或ETH_P_ALL，当然链路层协议很多，肯定不止我们说的这几个，但我们一般只关心这几个就够我们用了。这里简单 提一下网络数据收发的一点基础。

       协议栈在组织数据收发流程时需要处理好两个方面的问题：“从上到下”，即数据发送的任务；“从下到上”，即数据接收的任 务。数据发送相对接收来说要容易些，因为对于数据接收而言，网卡驱动还要明确什么样的数据该接收、什么样的不该接收等问题。


他们都有特定的含义：

protocol

值

作用

ETH_P_IP

0X0800

只接收发往目的MAC是本机的IP类型的数据帧

ETH_P_ARP

0X0806

只接收发往目的MAC是本机的ARP类型的数据帧

ETH_P_RARP

0X8035

只接受发往目的MAC是本机的RARP类型的数据帧

ETH_P_ALL

0X0003

接收发往目的MAC是本机的所有类型(ip,arp,rarp)的数据帧，同时还可以接收从本机发出去的所有数据帧。在混杂模式打开的情况下，还会接收到发往目的MAC为非本地硬件地址的数据帧。

       根据自己的抓包的对象我们选取相应的参数值，就可以获取不同的数据包。

       这里我选择的是ETH_P_ALL，可以获取所有经过本机的数据包，但有一个前提便是需要设置网卡为混杂模式（Promiscuous Mode），这里我们就必须去了解一个重要的数据类型struct ifreq ；关于他的定义直接百度如下：

struct ifreq
  {
# define IFHWADDRLEN 6
# define IFNAMSIZ IF_NAMESIZE
    union
      {
        char ifrn_name[IFNAMSIZ]; /* Interface name, e.g. "en0". */
      } ifr_ifrn;

    union
      {
        struct sockaddr ifru_addr;
        struct sockaddr ifru_dstaddr;
        struct sockaddr ifru_broadaddr;
        struct sockaddr ifru_netmask;
        struct sockaddr ifru_hwaddr;
        short int ifru_flags;
        int ifru_ivalue;
        int ifru_mtu;
        struct ifmap ifru_map;
        char ifru_slave[IFNAMSIZ]; /* Just fits the size */
        char ifru_newname[IFNAMSIZ];
        __caddr_t ifru_data;
      } ifr_ifru;
  };
# define ifr_name ifr_ifrn.ifrn_name /* interface name*/   在这里就是网卡eth0或eth1
# define ifr_hwaddr ifr_ifru.ifru_hwaddr /* MAC address */ mac地址
# define ifr_addr ifr_ifru.ifru_addr /* address */   source地址
# define ifr_dstaddr ifr_ifru.ifru_dstaddr /* other end of p-p lnk */   目的ip地址
# define ifr_broadaddr ifr_ifru.ifru_broadaddr /* broadcast address */ 广播地址
# define ifr_netmask ifr_ifru.ifru_netmask /* interface net mask */ 子网掩码
# define ifr_flags ifr_ifru.ifru_flags /* flags */   模式标志 设置混杂模式
# define ifr_metric ifr_ifru.ifru_ivalue /* metric */
# define ifr_mtu ifr_ifru.ifru_mtu /* mtu */
# define ifr_map ifr_ifru.ifru_map /* device map */
# define ifr_slave ifr_ifru.ifru_slave /* slave device */
# define ifr_data ifr_ifru.ifru_data /* for use by interface */
# define ifr_ifindex ifr_ifru.ifru_ivalue /* interface index */
# define ifr_bandwidth ifr_ifru.ifru_ivalue /* link bandwidth */
# define ifr_qlen ifr_ifru.ifru_ivalue /* queue length */
# define ifr_newname ifr_ifru.ifru_newname /* New name */
# define _IOT_ifreq _IOT(_IOTS(char),IFNAMSIZ,_IOTS(char),16,0,0)
# define _IOT_ifreq_short _IOT(_IOTS(char),IFNAMSIZ,_IOTS(short),1,0,0)
# define _IOT_ifreq_int _IOT(_IOTS(char),IFNAMSIZ,_IOTS(int),1,0,0)

       上面好多的定义，但用到的只是几个，我做了相应的中文标注，设置混杂模式需要的就是将ifr_flags 设置为 IFF_PROMISC就可以了。

struct ifreq ethreq;
if(-1 == ioctl(sock,SIOCGIFFLAGS,ðreq)){ //获取接口标志
     perror("ioctl");
     close(sock);
     exit(1);
}
ethreq.ifr_flags |=IFF_PROMISC; //IFF_PROMISC 这个标志设置(由网络代码)来激活混杂操作

       在这之后需要设置socket选项如下：

ret= int setsockopt( intsocket, int level, int option_name, const void *option_value, size_toption_len);

       第一个参数socket是套接字描述符。第二个参数level是被设置的选项的级别，如果想要在套接字级别上设置选项，就必须把level设置为 SOL_SOCKET。option_name指定准备设置的选项，option_name可以有哪些取值，这取决于level。

 

      完成这步后就可以通过：

{  
    i struct ifreq ifr;
    strcpy(ifr.ifr_name, “eth0”);
    ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, &ifr);
}

       获取网卡的索引接口了，接着我们要做的就是将创建的原始套接字绑定在指定的网卡上了

ret= bind(fd, (struct sockaddr *)& sock, sizeof(sock));这里的sock便不再是之前TCP连接时的 struct sockaddr_in 了，而是struct  sockaddr_ll，定义如下：

struct sockaddr_ll{ 
    unsigned short sll_family; /* 总是 AF_PACKET */ 
    unsigned short sll_protocol; /* 物理层的协议 */ 
    int sll_ifindex; /* 接口号 */ 
    unsigned short sll_hatype; /* 报头类型 */ 
    unsigned char sll_pkttype; /* 分组类型 */ 
    unsigned char sll_halen; /* 地址长度 */ 
    unsigned char sll_addr[8]; /* 物理层地址 */ 
};
       对应设置如下：

struct sockaddr_ll   sock;
sock.sll_family = AF_PACKET;
sock.sll_ifindex = stIf.ifr_ifindex;（struct   ifreq）
sock.sll_protocol = htons(ETH_P_ALL);
ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&, sizeof(sock));

       这样我们就可以开始通过recvfrom（）等函数获取对应套接字上的数据了。

       说到这里我们已经获得了网卡上的一段数据包，可是数据包是什么样子的？这里你就必须了解什么是Ethnet，即以太数据帧


UNIX网络编程——尝试探索基于Linux C的网卡抓包过程

       以太帧首部中2字节的帧类型字段指定了其上层所承载的具体协议，常见的有：

0x0800表示是IP报文、0x0806表示RARP协议、0x0806即为我们将要讨论的ARP协议。

硬件类型： 1表示以太网。

       网卡从线路上收到信号流，网卡的驱动程序会去检查数据帧开始的前6个字节，即目的主机的MAC地址，如果和自己的网卡地址一致它才会接收这个帧，不符合的一般都是直接无视。然后该数据帧会被网络驱动程序分解，IP报文将通过网络协议栈，最后传送到应用程序那里。

       从这里我们可以看出以太数据帧头包含了MAC地址与帧类型，这正是我们需要的，所以我们便要开始对以太帧头进行解析，这就涉及另一个重要的数据类型struct ether_header;


       其中重要的数据信息有：

u_charether_dhost[ETHER_ADDR_LEN];//dest 的MAC地址信息
u_char ether_shost[ETHER_ADDR_LEN];// source的MAC地址信息
u_short ether_type; // ip 协议类型 ：ipv4……….等

static int ethdump_parseEthHead(const struct ether_header *pstEthHead)
{
    unsigned short usEthPktType;
    /* 协议类型、源MAC、目的MAC */
    usEthPktType=ntohs(pstEthHead->ether_type);  printf("EthType:0x%04x(%s)
",usEthPktType,ethdump_getProName(usEthPktType));
    ethdump_showMac( pstEthHead->ether_shost);
    ethdump_showMac(pstEthHead->ether_dhost);
    
    return 0;    
}
ntohs(ether_type)返回一个以主机字节顺序表达的数
static void ethdump_showMac(const char acHWAddr[]) 
{
    for(i = 0; i < ETHER_ADDR_LEN - 1; i++)
    {
        printf("%02x:", *((unsigned char *)&(acHWAddr[i])));
    }
    printf("%02x] 
", *((unsigned char *)&(acHWAddr[i])));
}


       接着我们就需要对下一段内容，即IP数据包进行解析，这里对应的数据结构为struct ip，对于他的定义有些复杂，我也不是很懂，但是我们只需要获取：

u_int8_tip_p; /* protocol */协议类型
structin_addr ip_src, ip_dst; /* source and dest address */源IP与目的IP地址

 

      通过getprotobynumber( ); 返回对应于给定协议号的相关协议信息，输出对应的p_name。以及通过inet_nota(ip_src)打印出对应的source IP 与 dest IP。就可以获取目前我们需要的内容。

static int ethdump_parseIpHead(const struct ip *pstIpHead)
{
    struct protoent *pstIpProto = NULL;
    /* 协议类型、源IP地址、目的IP地址 */
    pstIpProto = getprotobynumber(pstIpHead->ip_p);
    if(NULL != pstIpProto)
    {
        printf("IP-Type: %d (%s) 
", pstIpHead->ip_p, pstIpProto->p_name);
    }
    else
    {
        printf("IP-Type: %d (%s)
 ", pstIpHead->ip_p, "None");
    }
    printf("SAddr=[%s] 
", inet_ntoa(pstIpHead->ip_src));
    printf("DAddr=[%s] ", inet_ntoa(pstIpHead->ip_dst));
    printf("
========================================
");
    return 0;
}
       到这里基本上我们就完成了对数据包的抓取，以及获取 source mac 、dest mac、source ip 、des ip以及对应协议类型的分析。当然还可以进行进一步的数据分析，以及IP段、协议栈等的分析。越往后走涉及的东西就越复杂。

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