數(shù)據(jù)包捕獲與解析分解

1、數(shù)據(jù)包捕獲與解析課程設計報告學生姓名：董耀杰學 號：1030430330指導教師:江珊珊數(shù)據(jù)包捕獲與分析摘 要 本課程設計通過Ethereal捕捉實時網絡數(shù)據(jù)包，并根據(jù)網絡協(xié)議分析流程對數(shù) 據(jù)包在TCP/IP各層協(xié)議中進行實際解包分析，讓網絡研究人員對數(shù)據(jù)包的認識上升到 一個感性的層面,為網絡協(xié)議分析提供技術手段。最后根據(jù)Ethereal的工作原理，用Visual C+編寫一個簡單的數(shù)據(jù)包捕獲與分析軟件。關鍵詞 協(xié)議分析；Ethereal；數(shù)據(jù)包；Visual C4- +1引言本課程設計通過技術手段捕獲數(shù)據(jù)包并加以分析，追蹤數(shù)據(jù)包在TCP/IP各層的封 裝過程，對于網絡協(xié)議的研究具有重要的意義

2、。Ethereal是當前較為流行的圖形用戶接 口的抓包軟件，是一個可以用來監(jiān)視所有在網絡上被傳送的包，并分析其內容的程序。它 通常被用來檢查網絡工作情況，或是用來發(fā)現(xiàn)網絡程序的bugso通過ethereal對TCP、 UDP、SMTP、telnet和FTP等常用協(xié)議進行分析，非常有助于網絡故障修復、分析以及 軟件和協(xié)議開發(fā)。，它以開源、免費、操作界面友好等優(yōu)點廣為世界各地網絡研究人員 使用為網絡協(xié)議分析搭建了一個良好的研究平臺。1.1 課程設計的內容(1)掌握數(shù)據(jù)包捕獲和數(shù)據(jù)包分析的相關知識；(2)掌握Ethreal軟件的安裝、啟動，并熟悉用它進行局域網數(shù)據(jù)捕獲和分析的功能； (3)設計一個簡

3、單的數(shù)據(jù)包捕獲與分析軟件。1.2 課程設計的要求(1)按要求編寫課程設計報告書，能正確闡述設計結果。(2)通過課程設計培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，認真的工作作風和團隊協(xié)作精神。(3)學會文獻檢索的基本方法和綜合運用文獻的能力。(4)在老師的指導下，要求每個學生獨立完成課程設計的全部內容。1.3 課程設計平臺Windows XP； Visual C+ +2用Visual C+設計一個簡單的數(shù)據(jù)包捕獲和分析軟件2.1 Visual C+簡介VisualC+ +即VC,微軟公司出品的高級可視化計算機程序開發(fā)工具。他提 供了一套開發(fā)環(huán)境：Visual Studio, Visual Studio本身包括一個

4、文本編輯器、資源 編輯器、工程編譯工具、一個增量連接器、源代碼瀏覽器、集成調試工具，以及 一套聯(lián)機文檔，借助這套工具，用戶可以隨心所欲地開發(fā)出各種功能的應用軟件 以及借助OpenGL和DirectX技術開發(fā)游戲軟件。Visual C+可以識別C/C+并編 譯，支持MFC類庫，并提供了一系列模板，常用的MFC AppWizard（EXE/DLL）,MFC ActiveXControl Wizard, Win32 Application, Win32Console Application, ATLCOMAppWi zardo這種可視化編程環(huán)境可以令程序員花更多精力在程序功能的實現(xiàn)上，而不是 底層的

5、建設上，這就大大加快了程序開發(fā)速度和效率，這也是Visual C+一個顯著 的特點。利用Visual C+編譯出的程序空間小，運行快，比其他的編譯工具編譯出 的軟件占據(jù)較多優(yōu)勢?，F(xiàn)在常用的版本有Visual C+6.0/.Net/2005|5|o2.2 WinPcap 簡介WinPcap是一個在Windows操作系統(tǒng)下的免費、公開的用于直接訪問網絡的開發(fā)工 具包（編程APDo大多數(shù)Windows網絡應用程序都是通過Winsock API （Windows套接 口）這類高級編程接口訪問網絡的。這種方法允許在網絡上進行簡單的數(shù)據(jù)傳送，因為 操作系統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧實現(xiàn)軟件會處理底層細節(jié)（協(xié)議操

6、作、流程重組等等），并提 供一個類似于讀寫文件的函數(shù)接口。然而，有時候“簡便方法”并不能滿足實際需要。有 些程序希望繞過TCP/IP協(xié)議棧，直接處理底層網絡中的通信數(shù)據(jù)，它們需要對網絡進 行底層進行直接訪問，即在沒有類似協(xié)議棧（TCP/IP協(xié)議棧）的實體介入條件下對網絡 進行原始訪問。基于Winsock API編程，應用程序是通過調用操作系統(tǒng)提供的編程接口 訪問TCP/IP協(xié)議棧實現(xiàn)網絡通信的?；赪inPcap編程，網絡程序實際上是繞開操作 系統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧直接通過底層網絡發(fā)送數(shù)據(jù)，因此網絡程序可以實現(xiàn)一些更低級、 更靈活的功能。23建立工程在VC+ 6.0下創(chuàng)建一個單文檔的MFC應

7、用程序，工程名：Sniffer如圖3-1->圖3-2->圖 3-3 o文件工程|工作區(qū)|其它文巖|&ZL COM AppWIZMd皂 RcM)rcc Type WizardJ Custom AfypWcardDatabase Project 綣 DevStadio Addin Wizard 底 ExtendM S<(xed Proc Wizard SISAP1 Extension Wiz 神。Mokcfilc統(tǒng) MFC ActiveX CofitrolWsirdMFCAppWizard (diq SjMFCAppWizard (exe) XNcw Databaw Wi

8、zard Vf IRIHty Prtjed3V/1n32 AppKc«ion二Condole ApplicoliiMi<| Win32 Dynamic-Link Libraryhj Win32 Slafic LibraryI«sfliiioc)-C-Czfi：|EATCPPR(MECB8»l«c< .6 B倉蛭新工傕區(qū)r &澆加主現(xiàn)花.小片r ohMl"k,I3圖2-1建立工程你言愛創(chuàng)法的應用程序莢型?佝單個文檔M穿走文檔?；緦υ捒谖脵z查看體系結構支持?L你再愛你的貨源使用什么語言？| (APPWZCHS.DLL圖22選中

9、單文檔AppVAzard creates the following glasses for vpy；CSniHerViewCSniffcrApp CMainFramc CSnlfferDocL分類名：Header lile：CSnlfferViewSnlflerVlew.hBase class:CView3Implementation file:SnlffcrVicw.cpp圖2-3自動生成的類列表到 /devel.htm 下載 WinPc叩 4.02.zip,然后解壓,解壓縮就可 以看見 Includelib ；在 HProject->Set

10、tingsn 標簽欄中選擇"C/C+”，在"Preprocessordefinitions”的輸入框里添力口"WPCAP”；再選擇“Link”,在"Object/library modules”的輸入 框里添加"wpcap.lib "o然后再設置VC+環(huán)境變量：選擇Tools->options->Directories的 include里面加入下載的winpcap開發(fā)包解壓以后的include文件選擇 Tools->options->Directories的lib里面加入下載的winpc叩開發(fā)包解壓以后的lib

11、文件夾 。2.4 進行界面的設計工程建好了，下面進行界面的設計：首先，對菜單欄進行修改，去掉原來單文檔所自帶的“文件”、“編輯”菜單選項，保 留“查看”和“幫助”，新建“文件”，下面有“開始抓包(ID_FILE_START) ”、“停止抓包 (ID_FILE_STOP) ”、“退出(ID_APP_EXIT) ”三個菜單選項。再建“適配器”菜單，下 面有“選擇適配器(ID_ADP_CHOOSE) ”選項，并對每個新建的選項進行注釋說明。如 圖 3-4：(喬n適配器查看幫助=1I 開始抓包 停止抓包 退出 !S圖2-4菜單欄然后，打開Sniffer.rc文件，對工具欄進行修改。自做了一個工具欄圖片

12、Toolbarl.bmp 來代替原來工程的Toolbar.bmp,然后將多余的復制粘貼等工具按鈕信息刪除掉，回到 界面處，再對每個按鈕圖標進行id設置。如圖：從左向右依次是: 開始抓包、停止抓包、選擇適配器、幫助圖標按鈕。最后，新建一個選擇適配器的基本對話框，ID標識為IDD_ADP_DIALOG,雙擊此 對話框新建一個類：CAdpterDlgo在此基本對話框上拖入一個Tree Contrl控件和List Contrl控件，對控件屬性界面進行調整，打開類向導，將Tree Contrl成員變量設置為： m_treeCtrl, List Contrl 成員變量設置為 mistCtrl。如圖 3-5

13、：圖2-5選擇適配器對話框2.5 程序設計思想本程序中，主要有四種類型的類,主控類：CMainFrame,視圖類：CCapPackView> CProTreeView,對話框類：CAdpterDlg以及報文類。圖3-6為整體的類之間的調用流程 圖。ARPGramRARPGram IPGram7yEtherHead< 一文內容yGetServiceO 獲取協(xié)議類型GetMacDestAddr()包目的1人。地址GetDestAddr() 獲取目的IPGetDestAddr() 獲取口的IP點擊：文件* 開始抓包GetMacSrcAddrO 包源MAC地址GetSrcHdwAddrO包

14、發(fā)送方MACGet Dest Hd w Ad d r() 包接收方MACGetType() 獲取睚據(jù)包類型點擊：適配器*選 擇適配器OnlnitialUpdateO界面設理OnlnitDialogO OnClickAdpTreeO 選中適配器故示所有抓到的包 的荷要信息類： CProTreeViewCAdpterDlg jjrOnOK()點擊按鈕，綁定網GetSrcPrtAddrO 包發(fā)送方IP(CMainFrame通知 ProTreeViewl 刷新為新選中的報GetDestPrt Addr()1包接收方IP啟動收包線程點擊：退出類：CGppPackViewOnlnitialUpdateO界

15、面設置OnPacketSelect() 以樹形結構顯示選 中的包的具體信息圖26總體類調用流程圖CMainFrame,是用于主控的類，它起到分區(qū)、處理消息、傳遞消息的功能。將用 戶區(qū)分為兩個視圖，點擊菜單里的按鈕，觸發(fā)打開適配器對話框或者開始抓包、停止抓 包的動作。圖3-7為CMainFrame類中方法調用流程圖。表3-1 CMainFrame類說明為 CMainFrame函數(shù)成員的說明。表21 CMainFrame類說明CMainFrame 類父類CFrameWnd 類成員函數(shù)參數(shù)功能OnCreateClient()LPCREATESTRUCT將用戶區(qū)分為左右兩個視圖Ipcs, CCreat

16、eContext* pContextProTree View、CapPackViewOnAdpChoose() 消息處理函數(shù)無為適配器對話框初始化值，即點擊 選中適配器按鈕彈出適配器對話框OnFileStart()消息處理函數(shù)無設置抓包狀態(tài)，釋放所有包，清空 內容，啟動收包線程，開始捕獲包。OnFileStopO消息處理函數(shù)無停止抓包OnUpdateFileStar t()消息處理函數(shù)CCmdUI* pCmdUI當在捕獲包時，禁用“抓包”按鈕OnUpdateFileStop()消息處理函數(shù)CCmdUI* pCmdUI當停止捕獲包時,禁用“停止”按鈕成員變量類型含義* Pack ViewCCap

17、PackView顯示所有抓到的包的簡要信息* ProTree ViewCProTreeView顯示選中的包的具體信息,用解析 樹表達*alldevspcapjf_t適配器鏈表*devpcapjf_t適配器鏈表isStartbool是否開始抓包isStopbool是否停止抓包類：CMainFrame圖2-7 CMainFrame類中方法調用流程圖CAdpterDlg：對話框類，此對話框分為兩部分：樹形控件和list控件。當對話框被觸 發(fā)后，樹形控件顯示了本機所有的適配器列表，雙擊選中網卡，list控件顯示其名稱、 描述、子網掩碼、IP地址等信息。點擊確定按鈕即綁定了此網卡，注意虛擬網卡是不能 被

18、綁定的。表3-2為類CAdpterDlg的成員函數(shù)及成員變量的說明。CAdpterDlg類中函 數(shù)調用流程圖如圖3-8所示。表 2-2 CAdpterDlg 類說明CAdpterDlg 類父類CDialog 類成員函數(shù)參數(shù)功能OnlnitDialogO 公有無初始化樹形控件，設置list控件， 讀取適配器并將適配器列表顯示 在樹形控件中。當網卡綁定以后再 次打開此對話框，直接顯示其信 息。續(xù)表2-2：OnClickAdpTree() 消息處理函數(shù)NMHDR*pNMHDR, LRESULT* pResult當雙擊選中網卡時，找到選中的 網卡，設置list控件，并顯示網 卡名稱、描述等信息。OnO

19、K()消息處理函數(shù)無對選中的網卡進行判斷，不可以 選虛擬網卡也不可不選。OnCancel() 消息處理函數(shù)無關閉對話框成員變量類型含義*devpcap_if_t適配器鏈表*aHdevspcap_if_t適配器鏈表errbufPCAP_ERRBUF_SIZEchar存儲錯誤信息的字符串(CMainFrame / CAdpterDlgalldevs=NULL;dev=NULL;OnlnitDialogO對話框設置，并顯 示適配器列表OnOKO點擊按鈕，綁定網 卡點擊：適配器0選擇適配器OnAdpChooseO 選擇適配器aLldevs=adp.alldevsxdev=adp.dev圖2-8 CAd

20、pterDlg類中函數(shù)調用流程圖CCapPackView,視圖類，主要功能是實現(xiàn)接收從類MainFrm傳遞過來的消息和報 文，將數(shù)據(jù)包的頭部及數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)內容分別保存在CArray數(shù)組中，然后調用報文類IPGram、ARPGram、RARPGram中的函數(shù)，將數(shù)據(jù)包簡要信息顯示于界面。表3-3為CC叩PackView的成員函數(shù)及成員變量的說明。圖3-9為其類中方法調用流程圖。表23 CCapPackVIevv類說明CCapPackView 類父類CListView 類成員函數(shù)參數(shù)功能OnInitialUpdate()公有無設置CapPackView視圖的視圖風 格，設置其列信息。OnPacke

21、tReceive() 消息處理函數(shù)pcap_pkthdr*pkt_header,constu_char*pkCdata顯示所有抓到的包的簡要信息Onltemchanged()消息處理函數(shù)NMHDR* pNMHDR, LRESULT* pResult當點擊列表中某行信息，將向 ProTreeView發(fā)送消息，并傳遞報文 信息。成員變量類型含義indexint序號totalmeniint收到的報文占用總字節(jié)數(shù)timeint流逝的秒數(shù)deltaint一秒內收到的字節(jié)數(shù)/類：CCapPackView 圖2-9 CCapPackView類中函數(shù)調用流程圖CProTreeView,視圖類，主要功能是接收來

22、自于CapPackView的消息，調用消息處 理函數(shù)OnPacketSelect(),在顯示數(shù)據(jù)前清空列表及捕獲的數(shù)據(jù)包。對傳遞過來的報文頭 部和內容進行分析，調用報文類IPGram、ARPGram、RARPGram中的函數(shù)將具體信息 顯示于樹形列表中。表3-4為CProTreeView的成員函數(shù)及成員變量的說明。表24 CProTreeView類說明CProTreeView 類父類CTree View 類成員函數(shù)參數(shù)功能OnInitialUpdate()無設置ProTreeView視圖的視圖風 格，解析樹。OnPacketSelect()消息處理函數(shù)pcap_pkthdr*pkt_head

23、er.constu_char*pkt_data (報文頭部和內容指 針)以樹形結構顯示選中的包的具體 信息。OnClick()NMHDR* pNMHDR.LRESULT* pResult無成員變量類型含義*ipIPGram指向IP報文的指針*etherEtherHead指向以太幀的指針*arpint指向ARP報文的指針*rarpint指向RARP報文的指針2.5程序設計對菜單中的按鈕項分別建立類向導、增加函數(shù)，如“選擇適配器”的消息映射關系為 ON_COMMAND(ID_ADP_CHOOSE, OnAdpChoose), “開始抓包”的消息映射關系為 ON_COMMAND(ID_FILE_ST

24、ART, OnFileStart)； “ 停止抓包”的消息映射關系為 ON_COMMAND(ID_FILE_STOP, OnFileStop)以及菜單項是否禁用的菜單項的狀態(tài)的響 應消息映射關系。這些都是在CMainFrame類里面定義或聲明的，CMainFrame作為一 個主控類，當操作時，其調用其他的對話框類、視圖類，然后再調用報文類。網卡的綁定，為ID_ADP_CHOOSE選擇適配器建立類向導，新建函數(shù)： OnAdpChoose(),打開適配器對話框，并對網卡鏈表進行傳遞。具體代碼如下：void CMainFrame:OnAdpChoose()CAdpterDlg adp;為適配器對話框

25、初始化值adp.mainFrm=this;adp.alldevs=this->alldevs;adp.dev=this->dev;if(adp.DoModal()=IDOK)將適配器信息返回this->alldevs=adp.alldevs;this->dev=adp.dev;適配器對話框的數(shù)據(jù)初始化：在類向導中為類CAdpterDlg添加WMNITDIALOG 消息，并添加默認函數(shù)：OnlnitDialog,點擊“Edit Code”對函數(shù)進行編輯。Pcap提供 cap_findAlldevs()這個函數(shù)來實現(xiàn)些功能，返回一個pcap_if結構的鏈表，鏈表的每項 內容

26、都含有全面的網卡信息，網卡名稱和網卡描述，特別是pcap_find疝devs。這個函數(shù) 返回的每個pc叩_if結構體都同包含一個pcap_addr結構的列表，它包含：一個地址列 表，一個掩碼列表，一個廣播地址列表和一個目的地址列表。Tree Contrl建立類向導，增加OnClickAdpTree。，實現(xiàn)雙擊網卡，在List Contrl 中顯示網卡具體信息，要注意的是顯示網卡詳細信息時，調用DeleteAHItems()刪除原來 內容。捕獲包并顯示數(shù)據(jù)包的簡要信息規(guī)劃捕獲包和分析數(shù)據(jù)包的界面，我準備將視圖分 為左右兩部分，左邊為一個ListView ,右邊為一個Tree View。所以新建兩

27、個類 CapPackView(繼承 CListView)> ProTreeView (繼承 CTreeView)o CapPackView 負責顯 示所有抓到的包的簡要信息，ProTreeView負責顯示選中的包的具體信息。在主窗口按下開始抓包按鈕時，啟動捕獲包線程ReceivePacket ,調用 pcap_openive(dev->name,65536,l,1000,errbuf)打開網卡，在這里第三個參數(shù)設置為1 代表將適配器設置為混雜模式，捕獲所有流經此適配器的數(shù)據(jù)包。網卡一旦打開，就可 以調用pcapoop()進行數(shù)據(jù)的捕獲。每次捕獲到數(shù)據(jù)包時，libpc叩都會自動調用回

28、調函 數(shù)pcap_handle (),在回調函數(shù)里，PostMessage ()向CapPackView發(fā)送消息，通知 C叩PackView處理收到的包。在這里，使用的是自定義消息來實現(xiàn)的，即首先自定義消 ,#define WM_MESSAGE_PACKET_RECEIVE WM_USER+1,類 CCapPackView 頭文件 中聲明消息的數(shù)據(jù)包處理函數(shù)：afx_msg void OnPacketReceive(const struct pcap_pkthdr *pkt_header, const u_char *pkt_data)oCapPackView收到消息，調用OnPacketRe

29、ceive ()將將所捕獲包的內容復制下來, 并保存到CArray數(shù)組中，然后對包的類型進行判斷，當為IP數(shù)據(jù)包時，調用類IPGram 中的函數(shù)GetSrcAddr。(獲取IP數(shù)據(jù)包的源IP地址)，GetDestAddr()(獲取IP數(shù)據(jù)包 的目的IP地址)，ip.GetSer，ice()(得到IP數(shù)據(jù)包的協(xié)議類型)，將這些信息及數(shù)據(jù)包的 長度等顯示到界面。類似的，如果數(shù)據(jù)包為ARP或RARP類型，則相應的調用類 ARPGram、RARPGram 中的 GetSrcPrtAddr。、GetDestPrtAddr(), GetSrcPrtAddr() > GetDestPrtAddr()等

30、函數(shù)，并將信息逐行顯示于界面。選中CapPackView中的某條信息，將數(shù)據(jù)包的具體信息顯示于ProTreeView中。定 義響應操作 的消息#define WM_MESSAGE_PACKET_SELECT WM_USER+2 ,在類 CProTreeView 頭文件中聲明消息的處理函數(shù):afx_msg void OnPacketSelect(const struct pcap_pkthdr *pkt_header, const u_char *pkt_data);在類 CCpPackView 中，調用 PostMessage ()通知ProTreeView刷新為新選中的報文內容。類CProTreeView接收到消息后，調用OnPacketSelect。，對數(shù)據(jù)包進行分析，首先 解析以太幀，調用類EtherHead中的函數(shù)GetMacDestAddr。(獲取目的MAC地址)、 GetMacSrcAddr()(獲取源MAC地址)。然后根據(jù)數(shù)據(jù)包類型的不同，調用IP數(shù)據(jù)包、 ARP數(shù)據(jù)