网络安全系列-二十二: BPF网络包过滤机制详解

本文详细介绍了BPF(Berkeley Packet Filter),一种用于高效抓取和过滤网络数据包的内核结构。从BPF的历史、设计思想到工作原理,以及在tcpdump、Scapy和Wireshark等抓包工具中的应用,揭示了BPF如何通过其基于寄存器的虚拟机和无环控制流图(CFG)模型实现高性能的数据包过滤。文章还探讨了BPF的扩展,如eBPF,如何适应现代处理器架构,提高性能。

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1. 什么是BPF?

BPF 于 1992 年被设计出来,其设计目的主要是解决当时已存在的过滤机制效率低下的问题。

BPF 一种抓取并过滤网络数据包(capture and filter packet)的内核结构(kernel architecture)。
BPF包含2个重要的组成部分:

  • 网络分流器(network tap)和包过滤器(packet filter)。
  • 网络分流器负责从网络驱动拷贝数据包,而包过滤器则过滤掉不符合条件的数据包,只把符合需求的数据包上报给应用程序

详见设计细节参见论文:《The BSD Packet Filter: A New Architecture for User-level Packet Capture》
论文作者描述了他们如何在Unix内核实现网络数据包过滤器功能,过滤速度比当时的数据包过滤技术快20倍。 数据包过滤器有一个特定的目的:提供一个应用程序,该程序使用内核中的直接信息来监视系统网络的。 利用这些信息,应用程序可以决定如何处理这些数据包。

BPF的过滤功能是以BPF虚拟机机器语言的解释器的形式实现的,这种语言的程序可以抓取封包数据&#

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