基于 linux 平台的 libpcap 源代码分析.doc

基于linux平台的libpcap源代码分析
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，本文分析了libpcap在linux下的源代码实现，其中重点是linux的底层包捕获机制和过滤器设置方式,同时也简要的讨论了libpcap使用的包过滤机制BPF。
网络监控
绝大多数的现代操作系统都提供了对底层网络数据包捕获的机制，在捕获机制之上可以建立网络监控（NetworkMonitoring）应用软件。网络监控也常简称为sniffer,其最初的目的在于对网络通信情况进行监控，以对网络的一些异常情况进行调试处理。但随着互连网的快速普及和网络攻击行为的频繁出现，保护网络的运行安全也成为监控软件的另一个重要目的。例如，网络监控在路由器，防火墙、入侵检查等方面使用也很广泛。除此而外，它也是一种比较有效的黑客手段，例如，美国政府安全部门的"肉食动物"计划。

包捕获机制
从广义的角度上看，一个包捕获机制包含三个主要部分：最底层是针对特定操作系统的包捕获机制，最高层是针对用户程序的接口，第三部分是包过滤机制。
不同的操作系统实现的底层包捕获机制可能是不一样的，但从形式上看大同小异。数据包常规的传输路径依次为网卡、设备驱动层、数据链路层、IP层、传输层、最后到达应用程序。而包捕获机制是在数据链路层增加一个旁路处理，对发送和接收到的数据包做过滤/缓冲等相关处理，最后直接传递到应用程序。值得注意的是，包捕获机制并不影响操作系统对数据包的网络栈处理。对用户程序而言，包捕获机制提供了一个统一的接口，使用户程序只需要简单的调用若干函数就能获得所期望的数据包。这样一来，针对特定操作系统的捕获机制对用户透明，使用户程序有比较好的可移植性。包过滤机制是对所捕获到的数据包根据用户的要求进行筛选，最终只把满足过滤条件的数据包传递给用户程序。

Libpcap应用程序框架
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，参考资料A中是对基于libpcap的网络应用程序的一个详细列表。在windows平台下，一个与libpcap很类似的函数包winpcap提供捕获功能，其官方网站是http://winpcap.polito.it/。

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
./makeinstall

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。本文所针对的libpcap版本号为0.8.3，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*/
structbpf_programfcode;/*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=(structlibnet_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)；

检