libpcap小议

来源：互联网发布：淘宝助理下载地址编辑：程序博客网时间：2024/05/22 14:57

4、Libpacp过滤

libpcap是unix/Linux平台下的网络数据包捕获函数包，大多数网络监控软件都以它为基础。libpcap可以在绝大多数类unix平台下工作，其可以分为Linux的底层包捕获机制和过滤器设置方式，在这里我们讨论了libpcap使用的包过滤机制 BPF。

libpcap提供了系统独立的用户级别网络数据包捕获接口，并充分考虑到应用程序的可移植性。libpcap可以在绝大多数类unix平台下工作。

下面二张图片反应其工作机制和原理。

libpcap 软件包可从 http://www.tcpdump.org/ 下载，然后依此执行下列三条命令即可安装，但如果希望libpcap能在Linux上正常工作，则必须使内核支持"packet"协议，也即在编译内核时打开配置选项 CONFIG_PACKET(选项缺省为打开)。

./configure

./make

./make install

libpcap源代码由20多个C文件构成，但在Linux系统下并不是所有文件都用到。可以通过查看命令make的输出了解实际所用的文件。我们现在用的libpcap版本号为1.1.1，网络类型为常规以太网。libpcap应用程序从形式上看很简单，下面是一个简单的程序框架：

char * device; /* 用来捕获数据包的网络接口的名称 */

pcap_t * p; /* 捕获数据包句柄，最重要的数据结构 */

struct bpf_program fcode; /* BPF 过滤代码结构 */

/* 第一步：查找可以捕获数据包的设备 */

device = pcap_lookupdev(errbuf)；

/* 第二步：创建捕获句柄，准备进行捕获 */

p = pcap_open_live(device, 8000, 1, 500, errbuf)；

/* 第三步：如果用户设置了过滤条件，则编译和安装过滤代码 */

pcap_compile(p, &fcode, filter_string, 0, netmask)；

pcap_setfilter(p, &fcode)；

/* 第四步：进入（死）循环，反复捕获数据包 */

for( ; ; )

{

while((ptr = (char *)(pcap_next(p, &hdr))) == NULL);

/* 第五步：对捕获的数据进行类型转换，转化成以太数据包类型 */

eth = (struct libnet_ethernet_hdr *)ptr;

/* 第六步：对以太头部进行分析，判断所包含的数据包类型，做进一步的处理 */

if(eth->ether_type == ntohs(ETHERTYPE_IP))

…………

if(eth->ether_type == ntohs(ETHERTYPE_ARP))

…………

}

/* 最后一步：关闭捕获句柄,一个简单技巧是在程序初始化时增加信号处理函数，

以便在程序退出前执行本条代码 */

pcap_close(p)；

数据包过滤机制
大量的网络监控程序目的不同，期望的数据包类型也不同，但绝大多数情况都都只需要所有数据包的一（小）部分。例如：对邮件系统进行监控可能只需要端口号为 25（smtp）和 110（pop3) 的 TCP 数据包，对 DNS 系统进行监控就只需要端口号为 53 的 UDP数据包。包过滤机制的引入就是为了解决上述问题，用户程序只需简单的设置一系列过滤条件，最终便能获得满足条件的数据包。包过滤操作可以在用户空间执行，也可以在内核空间执行，但必须注意到数据包从内核空间拷贝到用户空间的开销很大，所以如果能在内核空间进行过滤，会极大的提高捕获的效率。内核过滤的优势在低速网络下表现不明显，但在高速网络下是非常突出的。在理论研究和实际应用中，包捕获和包过滤从语意上并没有严格的区分，关键在于认识到捕获数据包必然有过滤操作。基本上可以认为，包过滤机制在包捕获机制中占中心地位。
包过滤机制实际上是针对数据包的布尔值操作函数，如果函数最终返回true，则通过过滤，反之则被丢弃。形式上包过滤由一个或多个谓词判断的并操作（AND）和或操作（OR）构成，每一个谓词判断基本上对应了数据包的协议类型或某个特定值,例如：只需要 TCP 类型且端口为110的数据包或ARP类型的数据包。包过滤机制在具体的实现上与数据包的协议类型并无多少关系，它只是把数据包简单的看成一个字节数组，而谓词判断会根据具体的协议映射到数组特定位置的值。如判断ARP类型数据包，只需要判断数组中第 13、14 个字节（以太头中的数据包类型）是否为0X0806。从理论研究的意思上看，包过滤机制是一个数学问题，或者说是一个算法问题，其中心任务是如何使用最少的判断操作、最少的时间完成过滤处理，提高过滤效率。