監看網路封包程式設計概說


作者: 邵文琳

前一個禮拜花了不少時間在看網路封包方面的程式設計 ..覺得十分有興趣.
感謝charles 和 ellery 的幫助 . 讓我觀念比較清楚 ...
在這裡我把我這一個星期的學習心得寫下來.
讓大家以後若有機會寫到類似程式時, 可是事半功倍 ..
網路程式設計方面相關資料很多 . 但是都是對比較上層的tcp,或udp的應用在做介紹.
對於網路層和datalink層面則著墨較少 .
所以"對我而言" 學習起來比較困難. 希望寫下這個對大家會有幫助.

一個網路封包監看程式 . 說穿了 只有四個重點:

第一 . 開啟一個可接收raw packet 的socket .
一般我們開始socket接收tcp或udp的packet 時, 我們收到的內容就直接是資料內容 .
kernel 己經幫我們把ethernet header 和 ip 或 arp header 都拿掉了.
但是在寫網路封包程式時, 我們需要header . 因此我們在開啟socket 的時候,就可以針對我們要收集的封包總類做過濾. 要求接收到的資料裡要包涵完整的封包標頭檔...

第二 . 有條件的接收封包和無條件的接收封包.
網路卡只會接收到ethernet header 的target mac 是自己的mac 時, 或接收到TARGET MAC 為 ff:ff:ff:ff:ff 的封包, 或是multicasting 的封包(也就是target ip是224開頭的封包 . 這種情況叫做 nonPromiscuous . 當我們要監看網路封包時,希望收到的不只是broadcast 或是 multicasting 或是自己的封包時, 我就要把網路卡設定成 Promiscuous . 如此一來我們就可以接到實體網路上的所有封包了...

第三 . filter 的設定.
當我們把網路卡設成 Promiscuous , 而且看到了所有封包header 時, 我們就可以依照我們自己的意思去過濾出我們想要的封包 . 可是一個問題來了 .. 網路上的封包那麼多.我們全都要一個個的去把它的標頭打開, 看看是不是自己要看的封包. 這樣做花的時間太長.以致於後面進來的封包都塞在buffer 裡, 等你一個個的檢查..我們需要一個filter 建立在硬體層和聯結層中建立一個filter , 先過濾出我們要的封包,再交由程式處理 . 這就是filter的功用.這種filter 是由bpf code 寫出來的! 不會寫bpf code ? 沒關係. 我們還是有別的方法把它變出來 ,,,,,

第四 . multiplexing I/O (blocking VS noblocking)
就如我們所知道的當我們在receving packet 時. 如果沒有資料進來, 程式就會等在那裡 ,這種情況叫做blocking , 但是有時候我們不想要無止限的等在那裡時, 郤又沒法把break 出來時,怎麼辦呢?使用signal 嗎? 另一種解決方式就是把資料流做unblocking.但unblocking 郤不能完成解決我的需求, 於是我利用到了 multiplexing I/O.接下來我在對以上四項做詳細解釋和範例:

第一 socket .
要如何開一個可以接收raw_data 的socket呢 ?

int sock;

// 開一個接收所有走ip protocol 封包的完整封包
sock = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_IP));

// 開一個接收所有走arp protocol 封包的完整封包
sock = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ARP));

// 開一個接收所有 protocol 封包的完整封包
sock = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_All));

// 在linux 下接收datalink 層的網路封包
sock = socket(PF_INET, SOCK_PACKET, htons(ETH+P_ALL));


PF_PACKET 支援兩個socket type:SOCK_RAW 和 SOCK_DGRAM, SOCK_RAW 會留下完整的 ethernet 標頭.SOCK_DGRAM 會去掉ETHERNET 標頭.但在linux 下使用PF_SOCK , SOCK_RAW 會有問題.最好是使用 PF_INET, SOCKET_PACKET 也可以留下完整的實體層的標頭.

第二 Promiscuous.
網路卡預設當然都是nonPromiscuous , 要變成 Promiscuous 必須對網卡做設定.在socket 己經open 下

#include
#include
struct ifreq ifrq;

strncpy(ethreq.ifr_name,"eth0",IFNAMSIZ);
ioctl(sock,SIOCGIFFLAGS,&ifrq);
ifrq.ifr_flags|=IFF_PROMISC;
ioctl(sock,SIOCSIFFLAGS,&ifrq);

若在打開之後,沒有在程式結束前關閉. 它就會一直打開哦 . 所以記得要關閉它.


strncpy(ethreq.ifr_name,"eth0",IFNAMSIZ);
ioctl(sock,SIOCGIFFLAGS,&ifrq);
ifrq.ifr_flags&=~IFF_PROMISC;
ioctl(sock,SIOCSIFFLAGS,&ifrq);


第三. 設filter
filter 的設定主要是使用在實體層和連接層中間 . 用一種近似組語的bpf code 組成.寫起來挺麻煩的 . 所以我們直接使用tcpdump -dd 來產生的binary code 來用 .

for example:
tcpdump -dd ip dst 172.16.0.3
{ 0x28, 0, 0, 0x0000000c },
{ 0x15, 0, 3, 0x00000800 },
{ 0x20, 0, 0, 0x0000001e },
{ 0x15, 0, 1, 0xac100003 },
{ 0x6, 0, 0, 0x00000044 },
{ 0x6, 0, 0, 0x00000000 },
tcpdump -dd ip src 172.16.0.3
{ 0x28, 0, 0, 0x0000000c },
{ 0x15, 0, 3, 0x00000800 },
{ 0x20, 0, 0, 0x0000001a },
{ 0x15, 0, 1, 0xac100003 },
{ 0x6, 0, 0, 0x00000044 },
{ 0x6, 0, 0, 0x00000000 },
tcpdump -dd arp dst 172.16.0.3
{ 0x28, 0, 0, 0x0000000c },
{ 0x15, 0, 3, 0x00000806 },
{ 0x2 0, 0, 0, 0x00000026 },
{ 0x15, 0, 1, 0xac100003 },
{ 0x6, 0, 0, 0x00000044 },
{ 0x6, 0, 0, 0x00000000 },

其實這些code 的產生是有跡可找的..我就把下面程式碼的binary code 原始bpf pesude code 列出來,可以相對應比較看看

/*
udp and host 192.168.9.10 and src port 5000
(000) ldh [12]
(001) jeq #0x800 jt 2 jf 14
(002) ldb [23]
(003) jeq #0x11 jt 4 jf 14
(004) ld [26]
(005) jeq #0xc0a8090a jt 8 jf 6
(006) ld [30]
(007) jeq #0xc0a8090a jt 8 jf 14
(008) ldh [20]
(009) jset #0x1fff jt 14 jf 10
(010) ldxb 4*([14]&0xf)
(011) ldh [x + 14]
(012) jeq #0x1388 jt 13 jf 14
(013) ret #68
(014) ret #0
*/


我們可以依我們的需要去下command 給tcpdump -dd 幫我們產生binary code. tcpdump, 不但區分不同的protocol. 來源,目的地, even 標頭的第幾個byte,和要接收封包的大小, 都可以變化. 實在是太神奇了.

接下來我們要把code 整合到程式裡去 ...

第四 . blocking VS noblocking multiplexing I/O
unblocking 最重要的意思是當有資料流進來時立刻就傳回. 當沒有資料流進來時, 也傳回0.於是我們就可以利用unblocking 和loop 來控制我們要的時間.
以下是程式的寫法:

(fcntl(fd ,F_GETFL) & O_NONBLOCKING) // 1 成功 0 失敗


但是把資料一點一滴的傳進來也並不是我們要的 . 我們還是希望傳進來的資料是一個個block 過的資料,只是當沒有資料進來時, 能夠不要永遠的等在那而己.這就是multiplexing I/O 的概念.當我們read 和recvfrom 一個 file handle 時, 我們可以設定如何沒有資料進來時我要等多久,就能回到程式繼續執行我們要做的動作.
以下是程式的寫法:

#include "sys/time.h"
#include "sys/select.h"

int sock;
struct timeval tv;
fd_set readfds;

sock = socket(...);
tv.tv_sec=1;
tv.tv_usec=0;
FD_ZERO(&readfds); // 清空file handle set.
FD_SET(sock,&readfds); // 加入一個file handle 到file handle set
FD_SET(xxx,&readfds); // 如果還有別的file handle 也要加入同一個
set做控制的話 ..
select(sock+1,&readfds,NULL,NULL,&tv); // 對 file handle set 設
定時間控制
if(FD_ISSET(sock,&readfds)){ // 依readfds的設定來看是否為
true , 依我們的
例出來說,程式會在這裡等上一秒鐘. 如果在這一秒裡有data流進來,
傳回true, 再交給recvfrom把data 接下來, 否則一秒鐘後傳回false
!
// recvfrom(....)
}


基本上把握這幾個主要的重點, 要變化出自己的sniffer 不是問題..剩下來比較討厭的就是把ip 轉成network address to host address..大小印地安,和 inetaddr, inet_addr, inet_aton, inet_ntoa ...這些變來變去的死東西了.

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