使用Jpcap进行java平台下的ipv6网络抓包

前阵子做网络实验的时候，要求做一个抓包程序，还要能处理ipv6的报文。如此底层的操作，通常我们都认为是C或者C++的分内事，但其实java也可以做到这一点！

java的网络功能

稍微熟悉jdk的人都知道java对于网络的支持基本都在传输层以上，也就是说java代码能操作到的数据最底层也就是面向tcp、udp，动不动 就被封装成“流”或是socket什么的。如果要实现抓包，通常都要涉及到数据链路层的操作。在c或c++，我们可以使用大名鼎鼎的wincap；而在 java平台，现在已经有人将wincap的接口封装成为jar包了，所以我们只需要下载wincap和jpcap，安装后就能直接用java代码操作底 层数据流了

jpcap下载：http://netresearch.ics.uci.edu/kfujii/jpcap/doc/download.html

这里不打算细述jpcap的基本用法，只是记录使用jpcap的一些心得，以及jpcap的一些缺陷和不足

jpcap功能简述

JVM从来没有提供过操作网络底层数据的接口，我估计未来也不会，因为这很明显不是java“应该和擅长做的事情”，不过还好有JNI这个东西，让java的触角可以延伸到许多c++才能做的地方。jpcap的原理说来其实很简单，就是利用JNI以java开发者喜闻乐见的方式封装了wincap的接口， 所以如果你熟悉wincap，相信jpcap只是小菜一碟

jpcap的jar包很小，里面封装的类也不多，如下：

Class Hierarchy

• java.lang.Object
  • jpcap.packet.DatalinkPacket
    • jpcap.packet.EthernetPacket
  • jpcap.packet.IPv6Option
  • jpcap.JpcapCaptor
  • jpcap.JpcapSender
  • jpcap.JpcapWriter
  • jpcap.NetworkInterface
  • jpcap.NetworkInterfaceAddress
  • jpcap.packet.Packet
    • jpcap.packet.ARPPacket
    • jpcap.packet.IPPacket
      • jpcap.packet.ICMPPacket
      • jpcap.packet.TCPPacket
      • jpcap.packet.UDPPacket

类的用法基本上看看文档就知道了，去google一下“jpcap”的教程也有一大把，基本过程如下：

抓取的报文通常都继承了jpcap.packet.Packet 类，可以通过datalink字段获得该Packet的数据链路层帧，也就是jpcap.packet.DatalinkPacket ，从而进行数据链路层的包解析

针对常见的报文，如ARP、IP报文，jpcap都有相应的类，例如IPPacket类就封装了IP报文的各个字段（包括IPV4和IPV6），因此，程序主要的逻辑过程就是用java的instanceof关键字，判断属于哪一类报文，从而进行相应的处理。

一切都很方便！下面重点说一下如何处理ipv6

jpcap for ipv6

从文档可以看出，jpcap对ipv6有一定的支持，提供了不少静态字段和类用于表示ipv6的包，但是在使用过程中，我发现jpcap对于ipv6的支持还是远远不够的（我使用的jpcap版本为0.6），最主要问题就是缺少对隧道IPV6的支持

现在很多地方由于硬件或其他限制，使用的还不是纯粹的ipv6，譬如我宿舍的网络就是使用隧道的，在配置ipv6时必须输入“netsh interface ipv6 isatap set router”命令来设置isatap隧道路由器的地址，否则无法连接到www.kame.net 等网站。如果用ethereal 等软件进行抓包，就可以看出是在ipv4的PDU里面包含了ipv6的报文，例如：

可见是使用了隧道机制的ipv6，在ipv4报文的protocol字段，指明了是“ipv6”

在遇到隧道形式的ipv6时，JPCAP并没有提供相应的封装，抓获的报文是“jpcap.packet.IPPacket”，但JPCAP仅仅将 其解析为ipv4报文，隧道ipv6报文全部被认为是ipv4的载荷。我尝试使用了JPCAP提供的一个demo程序抓取隧道ipv6报文，发现其仍旧无 法正确解析v6的内容。在参考了JPCAP的文档后，发现 JPCAP不能直接提供隧道ipv6的功能，，看来是jpcap的设计者暂时没有考虑到“v6 on v4”的情况，因此只能像wincap那样手动处理字节序列 。

JPCAP中每个Packet的子类都有一个字段是data[]，可以获得报文载荷，例如 jpcap.packet.IPPacket.data[]获得的就是IP报文的载荷。处理比特位对java来说是弱项，很多方面不如c或c++那样方 便，但撇开效率不谈，仍然是有办法做到的，只要掌握一些java环境下的字节移位操作即可。下面是我的程序实例：

 

 /**
      * 由于jpcap未提供隧道ipv6的封装，故专门写一函数，针对ipv4中作为负荷的ipv6内容的字节流进行解析
      * @param ipp
      * @return
      */
     private  DefaultMutableTreeNode parseTunnelIpv6(IPPacket ipp){
         byte [] ipv6byte = ipp.data;
         if (ipv6byte.length <= 40 ){
             return   null ;
         }

         DefaultMutableTreeNode ipv6Node = new  DefaultMutableTreeNode( "隧道IPv6报文" );

         //version
         int  version = ipv6byte[ 0 ]>>> 4 ;
         ipv6Node.add(new  DefaultMutableTreeNode( "版本（version）：" + version));

         //Traffic Class
         int  trafficClass = ipv6byte[ 0 ]<< 4  + ipv6byte[ 1 ]>>> 4 ;
         ipv6Node.add(new  DefaultMutableTreeNode( "通信流类别（Traffic Class）：" + trafficClass));

         //flow label
         String flowLabel = "0x"  + (ipv6byte[ 1 ] &  0x0f ) + (ipv6byte[ 2 ]>>> 4 ) +  (ipv6byte[ 2 ]&  0x0f ) + (ipv6byte[ 3 ]>>> 4 ) + (ipv6byte[ 3 ]&  0x0f );
         ipv6Node.add(new  DefaultMutableTreeNode( "流标签（Flow Label）：" + flowLabel));

         //Payload
         int  payloadLength = ipv6byte[ 4 ]<< 8  + ipv6byte[ 5 ]& 0xff ;
         ipv6Node.add(new  DefaultMutableTreeNode( "有效载荷长度（Payload Length）：" + payloadLength));

         //next header
         int  nextHeader = ipv6byte[ 6 ]& 0xff ;
         DefaultMutableTreeNode nextHeaderNode = this .getIpv6NextHeader(( short )nextHeader);
 //      nextHeaderNode.add(this.getIpv6Option(ipv6byte[6]));
         ipv6Node.add(nextHeaderNode);


         //hop limit
         int  hopLimit = ipv6byte[ 7 ]& 0xff ;
         ipv6Node.add(new  DefaultMutableTreeNode( "跳数限制（Hop Limit）：" + hopLimit));

         //source address
         byte [] sourceAddByte = Arrays.copyOfRange(ipv6byte,  8 ,  24 );
         String sourceAdd;
         try  {
             sourceAdd = InetAddress.getByAddress(sourceAddByte).toString();
         } catch  (UnknownHostException e) {
             // TODO Auto-generated catch block
             e.printStackTrace();
             sourceAdd = "0::0" ;
         }
         ipv6Node.add(new  DefaultMutableTreeNode( "源地址（Source Address）：" + sourceAdd));

         //target address
         byte [] destAddByte = Arrays.copyOfRange(ipv6byte,  24 ,  40 );
         String destAdd;
         try  {
             destAdd = InetAddress.getByAddress(destAddByte).toString();
         } catch  (UnknownHostException e) {
             // TODO Auto-generated catch block
             e.printStackTrace();
             destAdd = "0::0" ;
         }
         ipv6Node.add(new  DefaultMutableTreeNode( "目的地址（Destination Address）：" + destAdd));

         return  ipv6Node;
     }

/** * 由于jpcap未提供隧道ipv6的封装，故专门写一函数，针对ipv4中作为负荷的ipv6内容的字节流进行解析 * @param ipp * @return */ private DefaultMutableTreeNode parseTunnelIpv6(IPPacket ipp){ byte[] ipv6byte = ipp.data; if(ipv6byte.length <=40){ return null; } DefaultMutableTreeNode ipv6Node = new DefaultMutableTreeNode("隧道IPv6报文"); //version int version = ipv6byte[0]>>>4; ipv6Node.add(new DefaultMutableTreeNode("版本（version）："+ version)); //Traffic Class int trafficClass = ipv6byte[0]<<4 + ipv6byte[1]>>>4; ipv6Node.add(new DefaultMutableTreeNode("通信流类别（Traffic Class）："+ trafficClass)); //flow label String flowLabel = "0x" + (ipv6byte[1] & 0x0f) + (ipv6byte[2]>>>4) + (ipv6byte[2]& 0x0f) + (ipv6byte[3]>>>4) + (ipv6byte[3]& 0x0f); ipv6Node.add(new DefaultMutableTreeNode("流标签（Flow Label）："+ flowLabel)); //Payload int payloadLength = ipv6byte[4]<<8 + ipv6byte[5]&0xff; ipv6Node.add(new DefaultMutableTreeNode("有效载荷长度（Payload Length）："+ payloadLength)); //next header int nextHeader = ipv6byte[6]&0xff; DefaultMutableTreeNode nextHeaderNode = this.getIpv6NextHeader((short)nextHeader); // nextHeaderNode.add(this.getIpv6Option(ipv6byte[6])); ipv6Node.add(nextHeaderNode); //hop limit int hopLimit = ipv6byte[7]&0xff; ipv6Node.add(new DefaultMutableTreeNode("跳数限制（Hop Limit）："+ hopLimit)); //source address byte[] sourceAddByte = Arrays.copyOfRange(ipv6byte, 8, 24); String sourceAdd; try { sourceAdd = InetAddress.getByAddress(sourceAddByte).toString(); } catch (UnknownHostException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); sourceAdd = "0::0"; } ipv6Node.add(new DefaultMutableTreeNode("源地址（Source Address）："+ sourceAdd)); //target address byte[] destAddByte = Arrays.copyOfRange(ipv6byte, 24, 40); String destAdd; try { destAdd = InetAddress.getByAddress(destAddByte).toString(); } catch (UnknownHostException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); destAdd = "0::0"; } ipv6Node.add(new DefaultMutableTreeNode("目的地址（Destination Address）："+ destAdd)); return ipv6Node; }

里面的关键部分是对字节的移位操作，分以下几个步骤：

1. 获得负载信息，每个Package类都有一个“字节数组”字段data[]，包含了报文的负载，如：byte[] ipv6byte = ipp.data;
2. 然后根据ipv6的报头结构，逐个处理data里面的字节
3. 比如头四位是报文的version字段，可以这样处理：int version = ipv6byte[0]>>>4; 关键是搞清楚java里面的右移操作符，“>>>”是指右移并补0，而“>>”则是补1，需要一些基本的计算机组成原理的知识
4. 紧接着，是八个比特位的“trafficClass”字段，需要把data[0]的后四位跟data[1]的前四位拼起来：int trafficClass = ipv6byte[0]<<4 + ipv6byte[1]>>>4;
5. 还有一个需要注意的地方，就是java里面byte类型是有符号的，即字节的最高位是符号位。而ip报文是无符号的，所以要手动转换一下，如：int nextHeader = ipv6byte[6]&0xff; 否则可能得到一个负号的int

其他的字段同理可得

附一张截图，我自己做的一个抓包程序抓到的隧道ipv6报文

最后是广告时间，推荐一个MyEclipse平台下的SWING开发插件：M4M。如果你用过NetBean，应该对里面的GUI开发工具印象深 刻，可以支持拖拽和自动对齐，感觉已经很接近VC，至少比以往的java GUI开发工具好很多。但是NetBean开发出来的GUI代码不能在Eclipse里面用，现在有了M4M，也一样可以实现这种方便的开发模式了，至少 对我这种GUI傻瓜来说，方便了不少

小结

JPCAP由于对隧道ipv6的支持不够，必须手工进行解析，那样如果使用隧道机制，则对于所有上层协议的解析都要手工进行，jpcap里面的“TCPPacket，UDPPacket”等类就作废了，希望以后的版本可以解决这个问题