<think>我们需要使用f-stack(一个基于DPDK的用户态协议栈)来实现类似原始套接字的功能来收取网口上的报文。f-stack提供了socket接口,可以像普通socket一样使用,但性能更高。
步骤:
1. 初始化f-stack环境。
2. 创建一个原始套接字(SOCK_RAW)。
3. 绑定到指定的网口(通过IP地址或接口索引)。
4. 设置混杂模式(如果需要捕获所有报文)。
5. 循环接收数据并处理。
注意:f-stack的原始套接字可以接收所有经过该网口的IP报文(包括二层头,取决于设置)。
以下是示例代码:
```c
#include <ff_api.h>
#include <ff_config.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <net/if.h>
#include <netinet/if_ether.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <stdio.h>
#define INTERFACE_NAME "eth0" // 网口名称
#define BUFFER_SIZE 2048 // 接收缓冲区大小
int main() {
// 初始化f-stack
ff_init(0, NULL); // 0表示使用默认配置,NULL表示配置文件路径为默认
// 创建原始套接字,指定协议为ETH_P_ALL(接收所有协议)
int sock = ff_socket(AF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL));
if (sock < 0) {
perror("ff_socket");
return -1;
}
// 获取接口索引
struct ifreq ifr;
memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
strncpy(ifr.ifr_name, INTERFACE_NAME, IFNAMSIZ - 1);
if (ff_ioctl(sock, SIOCGIFINDEX, &ifr) < 0) {
perror("ff_ioctl: SIOCGIFINDEX");
ff_close(sock);
return -1;
}
int ifindex = ifr.ifr_ifindex;
// 绑定到指定接口
struct sockaddr_ll sll;
memset(&sll, 0, sizeof(sll));
sll.sll_family = AF_PACKET;
sll.sll_ifindex = ifindex;
sll.sll_protocol = htons(ETH_P_ALL);
if (ff_bind(sock, (struct sockaddr*)&sll, sizeof(sll)) < 0) {
perror("ff_bind");
ff_close(sock);
return -1;
}
// 设置混杂模式(可选)
if (ff_ioctl(sock, SIOCGIFFLAGS, &ifr) < 0) {
perror("ff_ioctl: SIOCGIFFLAGS");
ff_close(sock);
return -1;
}
ifr.ifr_flags |= IFF_PROMISC;
if (ff_ioctl(sock, SIOCSIFFLAGS, &ifr) < 0) {
perror("ff_ioctl: SIOCSIFFLAGS");
ff_close(sock);
return -1;
}
printf("开始捕获 %s 上的报文...\n", INTERFACE_NAME);
char buffer[BUFFER_SIZE];
while (1) {
// 接收报文
int n = ff_recv(sock, buffer, BUFFER_SIZE, 0);
if (n < 0) {
perror("ff_recv");
continue;
}
// 打印接收到的报文长度
printf("收到 %d 字节\n", n);
// 这里可以解析报文,例如二层头、IP头等
// 示例:解析以太网头
struct ethhdr *eth = (struct ethhdr *)buffer;
printf("源MAC: %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X\n",
eth->h_source[0], eth->h_source[1], eth->h_source[2],
eth->h_source[3], eth->h_source[4], eth->h_source[5]);
printf("目的MAC: %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X\n",
eth->h_dest[0], eth->h_dest[1], eth->h_dest[2],
eth->h_dest[3], eth->h_dest[4], eth->h_dest[5]);
// 如果是以太网类型为IP,则解析IP头
if (ntohs(eth->h_proto) == ETH_P_IP) {
struct iphdr *iph = (struct iphdr *)(buffer + sizeof(struct ethhdr));
printf("IP 协议: %d, 源IP: %s, 目的IP: %s\n", iph->protocol,
inet_ntoa(*(struct in_addr*)&iph->saddr),
inet_ntoa(*(struct in_addr*)&iph->daddr));
}
// 注意:实际应用中可能需要更健壮的解析(校验长度等)
}
ff_close(sock);
return 0;
}
```
**编译与运行:**
1. 确保已经安装并配置了f-stack环境,包括设置环境变量`FF_PATH`等。
2. 编译时需要链接f-stack的库,例如:
```bash
gcc -o fstack_raw_socket fstack_raw_socket.c -I${FF_PATH}/lib -L${FF_PATH}/lib -lff
```
3. 运行前需要配置f-stack的配置文件(通常位于`/etc/f-stack.conf`),确保指定了正确的网口和参数。
4. 运行程序:
```bash
sudo ./fstack_raw_socket
```
**注意事项:**
- f-stack需要DPDK环境,因此运行前需要绑定网卡到DPDK驱动(如vfio-pci)。
- 程序需要以root权限运行。
- 该程序会捕获指定网口上的所有报文(包括二层头),并打印基本信息。
- 在实际使用中,可能需要根据业务需求解析更多协议或过滤特定报文。
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</think>以下是一个使用F-Stack框架实现类似原始套接字抓取网口报文的完整C++代码示例。F-Stack是基于DPDK的高性能用户态网络协议栈,提供类BSD Socket API接口:
```cpp
#include <ff_api.h>
#include <ff_config.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/if_ether.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/tcp.h>
#include <netinet/udp.h>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <csignal>
#include <unistd.h>
#define INTERFACE "eth4" // 监听的网口名称
#define BUFFER_SIZE 2048 // 接收缓冲区大小
static volatile bool running = true;
// 信号处理函数
void signal_handler(int signum) {
running = false;
printf("\n收到信号 %d,程序退出中...\n", signum);
}
// 打印以太网头部信息
void print_eth_header(const struct ether_header* eth) {
printf("以太网 | 源MAC: %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X → ",
eth->ether_shost[0], eth->ether_shost[1], eth->ether_shost[2],
eth->ether_shost[3], eth->ether_shost[4], eth->ether_shost[5]);
printf("目的MAC: %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X | ",
eth->ether_dhost[0], eth->ether_dhost[1], eth->ether_dhost[2],
eth->ether_dhost[3], eth->ether_dhost[4], eth->ether_dhost[5]);
printf("类型: 0x%04X\n", ntohs(eth->ether_type));
}
// 打印IP头部信息
void print_ip_header(const struct ip* iphdr) {
printf("IP | 源地址: %s → ", inet_ntoa(*(struct in_addr*)&iphdr->ip_src));
printf("目的地址: %s | ", inet_ntoa(*(struct in_addr*)&iphdr->ip_dst));
printf("协议: ");
switch (iphdr->ip_p) {
case IPPROTO_TCP:
printf("TCP");
break;
case IPPROTO_UDP:
printf("UDP");
break;
case IPPROTO_ICMP:
printf("ICMP");
break;
default:
printf("%d", iphdr->ip_p);
}
printf(" | 长度: %d\n", ntohs(iphdr->ip_len));
}
// 打印TCP头部信息
void print_tcp_header(const struct tcphdr* tcphdr) {
printf("TCP | 源端口: %d → 目的端口: %d | ",
ntohs(tcphdr->th_sport), ntohs(tcphdr->th_dport));
printf("序列号: %u | ACK号: %u\n",
ntohl(tcphdr->th_seq), ntohl(tcphdr->th_ack));
}
// 打印UDP头部信息
void print_udp_header(const struct udphdr* udphdr) {
printf("UDP | 源端口: %d → 目的端口: %d | 长度: %d\n",
ntohs(udphdr->uh_sport), ntohs(udphdr->uh_dport),
ntohs(udphdr->uh_ulen));
}
// 主抓包函数
void packet_capture() {
// 创建原始套接字
int sockfd = ff_socket(AF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL));
if (sockfd < 0) {
perror("创建原始套接字失败");
return;
}
// 获取接口索引
struct ifreq ifr;
memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
strncpy(ifr.ifr_name, INTERFACE, IFNAMSIZ);
if (ff_ioctl(sockfd, SIOCGIFINDEX, &ifr) < 0) {
perror("获取接口索引失败");
ff_close(sockfd);
return;
}
// 绑定到指定接口
struct sockaddr_ll sll;
memset(&sll, 0, sizeof(sll));
sll.sll_family = AF_PACKET;
sll.sll_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
sll.sll_protocol = htons(ETH_P_ALL);
if (ff_bind(sockfd, (struct sockaddr*)&sll, sizeof(sll)) < 0) {
perror("绑定接口失败");
ff_close(sockfd);
return;
}
// 设置混杂模式
if (ff_ioctl(sockfd, SIOCGIFFLAGS, &ifr) < 0) {
perror("获取接口标志失败");
ff_close(sockfd);
return;
}
ifr.ifr_flags |= IFF_PROMISC;
if (ff_ioctl(sockfd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) < 0) {
perror("设置混杂模式失败");
ff_close(sockfd);
return;
}
printf("开始捕获 %s 网口上的报文...\n", INTERFACE);
unsigned long pkt_count = 0;
char buffer[BUFFER_SIZE];
while (running) {
// 接收原始报文
ssize_t packet_size = ff_recv(sockfd, buffer, BUFFER_SIZE, 0);
if (packet_size < 0) {
if (errno != EAGAIN) {
perror("接收报文错误");
break;
}
continue;
}
pkt_count++;
printf("\n[报文 #%lu | 长度: %zd 字节]\n", pkt_count, packet_size);
// 解析以太网头部
struct ether_header* eth = (struct ether_header*)buffer;
print_eth_header(eth);
// 检查是否为IP报文
if (ntohs(eth->ether_type) == ETHERTYPE_IP) {
// 解析IP头部
struct ip* iphdr = (struct ip*)(buffer + sizeof(struct ether_header));
print_ip_header(iphdr);
// 解析传输层协议
switch (iphdr->ip_p) {
case IPPROTO_TCP: {
struct tcphdr* tcphdr = (struct tcphdr*)(buffer +
sizeof(struct ether_header) + (iphdr->ip_hl << 2));
print_tcp_header(tcphdr);
break;
}
case IPPROTO_UDP: {
struct udphdr* udphdr = (struct udphdr*)(buffer +
sizeof(struct ether_header) + (iphdr->ip_hl << 2));
print_udp_header(udphdr);
break;
}
}
}
// 每10个报文刷新一次统计
if (pkt_count % 10 == 0) {
printf("\n--- 已捕获 %lu 个报文 ---\n", pkt_count);
}
}
ff_close(sockfd);
}
int main(int argc, char* argv[]) {
// 注册信号处理
signal(SIGINT, signal_handler);
signal(SIGTERM, signal_handler);
// 初始化F-Stack环境
ff_init(argc, argv);
// 启动抓包
packet_capture();
printf("程序正常退出\n");
return 0;
}
```
### F-Stack环境配置指南
1. **编译依赖**:
```bash
sudo apt install libnuma-dev libpcap-dev
```
2. **获取F-Stack源码**:
```bash
git clone https://github.com/F-Stack/f-stack.git
cd f-stack
```
3. **配置DPDK环境**:
```bash
# 设置环境变量
export FF_PATH=/path/to/f-stack
export FF_DPDK=/path/to/dpdk
# 配置DPDK
cd dpdk/usertools
./dpdk-setup.sh
```
4. **编译F-Stack**:
```bash
cd $FF_PATH
make
sudo make install
```
5. **F-Stack配置文件**:
创建 `/etc/f-stack.conf`:
```ini
[dpdk]
# DPDK参数
lcore_mask=3
memory=1024
pci=0000:00:04.0 # eth4的PCI地址
[port0]
# 网口配置
name=eth4
addr=192.168.1.100
netmask=255.255.255.0
broadcast=192.168.1.255
gateway=192.168.1.1
```
6. **编译程序**:
```bash
g++ -o fstack_capture capture.cpp -I${FF_PATH}/lib \
-L${FF_PATH}/lib -lff -lpthread -lnuma
```
7. **运行程序**:
```bash
sudo ./fstack_capture
```
### 程序功能说明
1. **原始报文捕获**:
- 创建原始套接字捕获所有以太网帧
- 绑定到指定网络接口
- 启用混杂模式捕获所有流量
2. **协议解析**:
- 以太网帧头解析(源/目的MAC地址)
- IPv4头部解析(源/目的IP地址、协议类型)
- TCP/UDP头部解析(源/目的端口)
3. **输出示例**:
```plaintext
[报文 #15 | 长度: 98 字节]
以太网 | 源MAC: 00:11:22:33:44:55 → 目的MAC: FF:FF:FF:FF:FF:FF | 类型: 0x0800
IP | 源地址: 192.168.1.101 → 目的地址: 192.168.1.255 | 协议: UDP | 长度: 84
UDP | 源端口: 5353 → 目的端口: 5353 | 长度: 64
[报文 #16 | 长度: 66 字节]
以太网 | 源MAC: A4:83:E7:12:34:56 → 目的MAC: 00:11:22:33:44:55 | 类型: 0x0800
IP | 源地址: 8.8.8.8 → 目的地址: 192.168.1.101 | 协议: TCP | 长度: 52
TCP | 源端口: 443 → 目的端口: 54321 | 序列号: 123456789 | ACK号: 987654321
```
### 关键优势
1. **高性能**:
- 基于DPDK绕过内核协议栈
- 零拷贝技术减少内存复制
- 轮询模式避免中断开销
2. **兼容性**:
- 提供类Linux Socket API
- 支持标准网络编程接口
- 与现有网络应用兼容
3. **灵活配置**:
- 通过配置文件调整DPDK参数
- 支持多队列和RSS
- 可扩展各种网络协议栈
### 注意事项
1. F-Stack需要独占网卡,需绑定DPDK驱动
2. 运行时需要root权限
3. 配置文件需匹配实际网卡PCI地址
4. 当前示例捕获所有流量,实际应用中应添加过滤逻辑
5. 协议解析部分需要根据实际报文扩展