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小可尼の博客

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网络数据包截获机制  

2013-08-13 14:32:54|  分类: linux常用的数据 |  标签: |举报 |字号 订阅

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出处:http://sec.chinabyte.com/39/8994539.shtml


网络数据截获方法

  网络数据包截获机制是网络入侵检测系统的基础组件。一般指通过截获整个网络的所有信息流量,根据信息源主机,目标主机,服务协议端口等信息简单过滤掉不关心的数据,再将用户感兴趣的数据发送给更高层的应用程序进行分析。流程图如下:

  一方面要,网络截取模块要能保证截取到所有网络上的数据包,尤其是检测到被分片的数据包(这可能蕴涵着攻击)。

  另方面,数据截取模块截取数据包的效率也是很重要的。

  它直接影响整个入侵检测系统的运行速度。

  5.2各种数据流截获方法

  5.2.1 利用广播截取网络数据流

  数据包的截取技术是依赖网卡的。而网卡可以通过广播监听到以太网络上的数据包,这就是数据包截取技术的基础。

  要想截获不是给自己数据流,就必须绕开系统正常工作的机制,直接通过网卡的混杂模式,使之可以接受目标地址不是自己的MAC地址的数据包,直接访问数据链路层,取数据。

  5.2.2各系统截取数据包机制

  Linux系统为用户提供一种在理论上是数据链路层的,基于网卡驱动程序的,可以不用操作系统自身协议栈的接口(也称套接字)-SockPacket. 这种套接字可以从数据链路层(就是网线)上直接截取所有链路层数据包。而Unix则是通过Libpcap库直接与内核交互,实现网络截取。如:Libpcap,Tcpdump等。如图:

  BSD Packet Filter(BPF)机制来截取数据包。BPF可以说是各系统中最棒的截获方式。很多开源嗅探工具就是基于它而开发的。Windows系统也有类似情 况,如:win系列上有*.vxd (VxD,VirtualDeviceDrive)(packet*.vxd) 和 网卡.sys(为网卡芯片所开发)来驱动网卡截取数据包。

  5.2.3 BPF过滤

  Unix&Linux系统有两种数据链路层截取机制,分别是BSD系列系统(NetBSD,OpenBSD,FreeBSD等)的BPF和Linux的SOCKET_PACKET。

  BPF过滤

  BPF主要由两大部分组成:

  网络头接口

  数据包过滤器。

  网络头接口从网络设备驱动程序处收集数据包复制(在提交给系统协议栈之前),并传递给正在截获数据包的应用程序。而过滤器决定某一数据包是被接受或者拒绝以及如果被接受,数据包的那些部分会被复制给应用程序。BPF结构图如下:

  如:TCPDump注:(1), Libpcap, Sniffer, eeye,等。一般情况,网卡驱动通过网卡把网络上的电平信号转化成数据包,再把截取到的数据传给系统自带的协议栈,然后在交由系统处理。这种方式与 Unix下的BPF不同,它使得网卡驱动在把从网络截取的数据提交给系统之前,先拷贝一份给BPF,再由BPF 决定是否符合规则,不符合则丢弃,符合则存放到内存指定区,等待处理。

  当然,BPF对网卡驱动交给系统协议栈的数据包不做任何干涉。

  注1:TCPDump是伯克利实验室的Van Jacobson,Craig Leres和Stenven McCanne为分析TCP性能问题而写的跨平台的监听程序。

  5.3基于Libpcap库的通用数据截获技术

  Libpcap是用户态的数据包截获API函数接口,有独立和可移植行。最初,Libpcap是为了强大的,健壮TCPDump而编写的。它支 持BPF过滤机制。Snort就是依赖于libpcap库进行数据包截取的程序之一(还有Ethereal,eeye等)。 它的优点是可以从任何Unix内核平台上截取数据包,而不考虑什么芯片类型的网卡和驱动程序。更重要的是,它可以使开发人员编写自己的解码,显示,记录等 程序。

  5.2.2.1 Libpcap库主要函数

  1. 头文件特征(pcap.h)

  Libpcap库(数据流存储头文件 的结构定义如下图)。前半部分是数据库存储文件头的数据结构定义。

  后半部是信息包头文件数据结构定义。

  2. 打开并读取设备,设置过滤器部分

  与最基层设备打交道。有三个函数:pcap_read() pcap_open_live 和 pcap_setfilter()

  3. 脱机方式截取数据

  及读取存储在营盘上的文件。有两个Pcap_open_offline()和Pcap_offline_read().

  4. 本地网络设置检测部分

  主要检测网络设置的函数有几个,包括Pcap_lookupdev() pcap_lookupnet()等。 因为前面提过,Libpcap可移植。所以各种平台的Socket借口都是兼容的。

  5. 主程序

  都在Pcap.c中,该文件定义了读取数据的统一接口函数pcap_next(),调用此函数获取下一个数据包。

  5.4 Snort调用Libpcap

  在Snort运行启动时,Snort调用Libpcap库。当调用libpcap函数并初始化接口时,进入截取数据的循环模块—pcap循环。

  在这个主循环—Pcaploop(),当网卡从网络介质上接收数据开始,Pcap_loop便对采集来的每个数据包都ProcessPacket()函数处理,如果出错或达到指定的处理包数就退出。(相关代码如下)

  具体就是,Pcap_loop()最后根据数据链路类型来选择数据包,然后由ProcessPacket()来进行协议分析,实施信息流的匹配。

  如:ProcessPaceket函数调用DecodeEthPkt函数来对以太网数据进行解码。其中DecodeEthPkt()函数再调用子函数Decode IP来对IP协议进行解码……

  Libpcap函数功能列举:

  Pcap_open_live(): 获得数据包通用句柄。

  Pcap_lookup_dev(): 指向网络可用设备。

  Pcap_looknet(): 初步判断网络设备本身的IP & netmask。

  Pcap_Dump(): 基于TCPDump的,将网络数据包保存成文件。

  程序部分代码如下:

  /* Read all packets on the device. Continue until cnt packets read */

  pcap_loop(pcap_t *p, int cnt, pcap_handler callback, u_char *user)

  {

  register int n;

  for (; { //for循环

  if (p->sf.rfile != NULL) {

  n = pcap_offline_read(p, cnt, callback, user);

  } else {

  // XXX keep reading until we get something

  do {

  n = p->read_op(p, cnt, callback, user);

  } while (n == 0);

  }

  if (n <= 0)

  return (n); //遇错误,返回

  if (cnt > 0) {

  cnt -= n;

  if (cnt <= 0)

  return (0); //达到制定数量,返回

  }

  }

  }

  pcap_loop()有几个重要参数:

  参数是pv.pkt_cnt,表示总共要捕捉的包的数量。在main函数初始化时,缺省设置为-1,成为永真循环,一直捕捉直到程序退出:

  /* initialize the packet counter to loop forever */

  pv.pkt_cnt = -1;

  或者在命令行中设置要捕捉的包的数量。ParseCmdLine函数的调用中,遇到参数n,重新设定pv.pkt_cnt的值。ParseCmdLine中相关语句如下:

  case 'n': /* grab x packets and exit */

  pv.pkt_cnt = atoi(optarg);

  Snort.c主程序中,Pcap_loop()函数有两种提取数据模式:

  打开网卡和打开文件。

  /* get the device file descriptor,打开网卡接口 */

  pd = pcap_open_live(pv.interface, snaplen,

  pv.promisc_flag ? PROMISC : 0, READ_TIMEOUT, errorbuf);

  或者

  /* open the file,打开文件 */

  pd = pcap_open_offline(intf, errorbuf);

  只有以上两种返回情况。

  Snort把真实的数据包存储在内存中指针指向的数据结构中。在decode.h中,定义了所有Snort要使用到的数据结构,包括 Tcp,Ip,以太桢,vlan桢等。Snort的这些结构将指针指向截获的包上来代表相应的协议。如指向以太桢用数据指针使用_EthrHdr头。

  数据结构:

  Typededf struct _etherhdr

  {

  u_int8_t ether_dst[6]; //目的地址;

  u_int8_t ether_src[6]; //源地址;

  u_int16_t ether_type; //协议类型;

  }

  typedef struct _Tcphdr

  {

  u_int16_t th_sport; //源端口;

  u_int16_t th_dport; //目端口;

  u_int32_t th_seq; //sequence number;

  u_int32_t th_ack; //acknowledgement number;

  u_int8_t th_offx2; //offset and reserved;

  u_int8_t th_flags; //flags;

  u_int16_t th_win; //window;

  u_int16_t th_sum; //checksum;

  u_int16_t th_urp; //urgent pointer;

  }

  小结

  网络数据的截取是入侵检测系统的基础。本节从网络数据截取机制开始讲,讲述了常见的两种机制。重点讲述了Libpcap库的网络数据包截取机制.

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