Linux下Libpcap源码分析和包过滤机制.doc

Linux下Libpcap源码分析和包过滤机制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./makeinstalllibpcap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)；检查网络设备libpcap程序的第一步通常是在系统中找到合适的网络接口设备。网络接口在Linux网络体