libpcap

libpcap是Unix/Linux平台下用于网络数据包捕获的函数库,提供可移植的API接口。它包括网络分接头、数据包过滤器和用户API三个部分,工作原理涉及包捕获机制、数据包过滤和用户接口。libpcap的抓包流程包括查找网络设备、打开设备、设置过滤器和捕获数据包等步骤,常用于网络监控和数据分析。

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libpcap是unix/linux平台下的网络数据包捕获函数库。它是一个独立于系统的用户级数据包捕获的API接口,为底层网络监测提供一个可移植的框架。

1、  工作原理

一个包捕获机制包含三个主要部分,分别是:面向底层的包捕获引擎、面向中间层的数据包过滤器、面向应用层的用户接口。

linux操作系统对于数据包的处理流程是采用从底向上的方式,依次经历网络接口卡、网卡驱动层、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通过linux内核做过滤/缓冲等处理,最后直接传递给上层应用程序进行交互。

libpcap也是基于这种原理,libpcap的包捕获机制并不影响linux操作系统中网络协议栈对数据包的处理。

对应用程序而言,libpcap的包捕获机制只是提供了一个统一的API接口,用户只需要按照相关的编程流程,简单的调用若干函数就能捕获到感兴趣的数据包。

具体来说,libpcap库主要由三部分组成,分别为:网络分接头、数据包过滤器和用户API。

(1)        网络分接头

网络分接头(network tap)是一种链路层旁路机制,负责采集网卡数据包。

(2)        数据包过滤器

数据包过滤器(Packet Filter)是针对数据包的一种过滤机制,在libpcap中采用BPF(BSD Packet Filter)算法对数据包执行过滤操作,这种算法的基本思想是基于规则匹配,对于符合条件的数据包进行放行。

(3)        用户API

用户API是libpcap面向上层应用程序提供的编程接口,用户通过调用相关的函数实现数据包的捕获或发送。


具体说来,libpcap的工作流程可描述为:

当一个数据包到达网卡时,libpcap利用创建的套接字从链路层驱动程序中获得该数据包的复制,即旁路机制,同时通过tap函数将数据包发给BPF过滤器。

BPF过滤器 是根据用户已经定义好的过滤规则对数据包进行逐一匹配,若匹配成功则放入内核缓冲区,并传递给用户缓冲区;若匹配失败则直接丢弃。 

如果没有设置过滤规则,则所有数据包都将被放入内核缓冲区,并传递给用户层缓冲区。

如图所示:


2、  抓包流程

1)  查找网络设备

查找网络设备的目的是发现可用的网卡,它的实现函数是pcap_lookupdev(),如果当前有多个网卡,函数会返回一个网络设备名指针列表。

2)打开网络设备

利用步骤1)的返回值,用户可以决定libpcap使用哪个网卡。

打开这个网络设备的函数是pcap_open_live(),函数调用成功后返回用于捕获数据网络包的描述字。

对于此网络设备的任何操作都要基于这个描述字。

3)获得网络参数

利用pcap_lookupnet()函数,可以获得指定网络设备的IP地址和子网掩码。

这个步骤并不是必须的,但为了显示的完整性,有时还是需要标记这些参数。

4)编译过滤策略

libpcap

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