TCP网络流量回放工具TCPReplay使用说明

[摘要] : 本文总结了tcpreplay的安装使用经验. 我是在cygwin上试验的.
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    1. 什么是tcpreplay
    2. 安装指南
    3. 使用指南
    .   3.1 tcpprep(pcap pre-processor)
    .       3.1.1 根据报文源IP确定client/server报文
    .       3.1.2 使用自动模式确定client/server报文
    .   3.2 tcprewrite
    .       3.2.1 tcprewrite的一个例子
    .       3.2.2 修改2层头
    .       3.2.3 修改3层头
    .       3.2.4 修改4层头
    .       3.2.5 修改5-7层数据
    .   3.3 tcpreplay


1. 什么是tcpreplay

引用一段tcpreplay官方网站(http://tcpreplay.synfin.net/trac/)的话来解释什么是
tcpreplay[1]:

#摘自tcpreplay官方网站(http://tcpreplay.synfin.net/trac/):
|Tcpreplay is a suite of BSD licensed tools written by Aaron Turner for UNIX
|(and Win32 under Cygwin) operating systems which gives you the ability to use
|previously captured traffic in libpcap format to test a variety of network
|devices. It allows you to classify traffic as client or server, rewrite Layer
|2, 3 and 4 headers and finally replay the traffic back onto the network and
|through other devices such as switches, routers, firewalls, NIDS and IPS's.
|Tcpreplay supports both single and dual NIC modes for testing both sniffing
|and inline devices. 

简单的说, tcpreplay是一种pcap包的重放工具, 它可以将用ethreal, wireshark工具抓
下来的包原样或经过任意修改后重放回去. 它允许你对报文做任意的修改(主要是指对2层
, 3层, 4层报文头), 指定重放报文的速度等, 这样tcpreplay就可以用来复现抓包的情景
以定位bug, 以极快的速度重放从而实现压力测试.

tcpreplay本身包含了几个辅助工具, 用于准备发包的cache, 重写报文等:

    * tcpprep - 简单的说就是划分哪些包是client的, 哪些是server的, 一会发包的
    时候client的包从一个网卡发, server的包可能从另一个网卡发.
    * tcprewrite - 简单的说就是修改2层, 3层, 4层报文头部. 
    * tcpreplay - 真正发包, 可以选择主、从网卡, 发包速度等.
    * tcpbridge - bridge two network segments with the power of tcprewrite 

2. 安装指南

tcpreplay官方提供的下载地址为: http://tcpreplay.synfin.net/trac/wiki/Download,
由于tcpreplay依赖libpcap库,
所以安装tcpreplay之前必须先安装libpcap(在windows下为winpcap), 否则
./configure的时候你会得到提示说libpcap库没有安装.

linux下的依赖库libpcap由tcpdump工程组开发, 好像也是个开源工程, 可以到
http://www.tcpdump.org/下载到, 可以用源码安装, 貌似比较简单. 

windows(包括cygwin) 下的依赖库winpcap则必须到 winpcap的官方网站上去下载:
http://www.winpcap.org/install/default.htm. winpcap是libpcap在windows上的移植,
这个貌似不是开源的, 所以你只能得到一个静态库和编程接口"WpdPack_4_1_2.zip",
解压缩后可以得到文件夹"WpdPack", 将该文件夹拷贝到cygwin的根目录,
即可完成winpcap的安装, 在 "./configure"
的时候选上参数--with-libpcap=/wpdpack(我自己试验过,
貌似没有这个参数也可以成功, 不过还是建议加上这个参数)[2]:

#winpcap的安装过程:
|$ unzip WpdPack_4_1_2.zip
|$ cp -r WpdPack/ / (安装tcpreplay的依赖winpcap, 即把WpdPack拷贝到根目录下.)

#tcpreplay的安装过程:
|$ ./autogen.sh (Subversion checkouts only) 
|$ ./configure --with-libpcap=/wpdpack
|$ make 
|# make test (Note: tcprewrite tests are currently broken on Cygwin/Win32) 
|# make install 

3. 使用指南

到此为止, 你机器上的tcpreplay已经可以使用了, 具体怎么用, 网上的攻略也很多, 但
最权威的使用指南当然是官网的Online Manual:
http://tcpreplay.synfin.net/trac/wiki/manual, 前面简单地介绍了tcpreplay内嵌的
几个工具的用途, 下面给出一个我用过的一个例子, 仅供更好的理解Online Manual:

以前的版本貌似可以用一个命令把pcap包直接经过修改发出去, 但是3.0以后的
tcpreplay不支持这样了, 发包前先得用tcpgrep建立一个cache, 再用tcprewite修改包的
信息, 最后用tcpreplay发出去:

建立cache文件的作用解释，主要是加速报文的发送，cache文件中存放着pcap文件中每个
帧的编号和时间戳等信息，以达到tcpreplay回放时可以更加快速的发送报文的目的。

3.1 tcpprep(pcap pre-processor)

tcpprep工具会生成一个cache文件, 里面保存着哪些包将从主网口发出去, 哪些包将从从
网口发出去. 举个例子, 如果你用wireshark抓了一个pcap文件, 里面可能既有A地址发给
B地址的包, 也有B地址发给A址的包, 用tcpprep工具可以指定从A到B的包从主网卡发出, 
从B到A的包从次网卡发出.

3.1.1 根据报文源IP确定client/server报文

#tcpprep的用法举例, 根据源IP:
| $ tcpprep -c 172.22.64.2/24 -i mgcp.pcap -o mgcp.cach

上面的命令指定所有源IP为172.22.64.2/24的包, 都将从主网卡发出, 其它的从次网卡发
出. 输入文件是mgcp.pcap, 输出文件为mgcp.cach.

3.1.2 使用自动模式确定client/server报文

#tcpprep的用法举例, 自动模式:
| $ tcpprep -a client -i mgcp.pcap -o mgcp.cach

上面的命令采用自动/client模式指定分包模式. 自动模式这里按我的理解解释一下:
tcpprep在自动模式下认为有下面行为的IP为client端: 1.发TCP SYN包的一方, 2.发DNS 
包的一方, 3. 收入到 ICMP-Port Unreachable的一方. 认为有下面行为的一方为server 
端: 1.发TCP Syn/Ack的一方, 2.发DNS应答的一方, 3.发ICMP-Port Unreachable的一方.
而被认定为server的那一方发的那些包, 将从主网卡发出, 被认定为client的包则从次网
卡发出. 而自动/client模式将所有没有认出的包都归为client, 同理自动/server模式将
没有认出的包都归为server.这种模式貌似不如按IP地址分类的方式好用.

tcpprep还有很多其它指定发送方向的方式, 详情请阅Online Manual或man手册.

3.2 tcprewrite

简单地说, tcprewrite就是改写pcap包里的报文头部, 包括2层, 3层, 4层, 5-7层. 从3.0
版本以后, 所有改写pcap报文头的操作都从tcpreplay中移到了tcprewrite里了.

使用tcprewrite对packet进行修改可以有两个方法, 一种方法是一次修改一项, 生成一个
文件, 再拿这个文件作为输入文件..., 直到完成最后的修改, 如:

tcprewrite --option1=xxx -c input.cach -i input.pcap -o 1.pcap
tcprewrite --option2=xxx -c input.cach -i 1.pcap -o 2.pcap
...
tcprewrite --optionN=xxx -c input.cach -i N-1.pcap -o N.pcap

还有一种方法是一古脑的把所有的选项放到一个命令里完成, 如:

tcprewrite --option1=xxx --option2=xxx ... --optionN=xxx -i input.pcap -c input.cach -o out.pcap

两种方法都是可行的, 也各有利弊. 第一方法明了, 但是复杂, 第二种方法简单但不容易
理解. 我的建议是先用第一种方法做试验, 容易调试, 等修改成功了以后再把所有的选项
合到一起, 在实际使用的时候用第二种方法. 下面我先给出一个例子, 然后再逐个分析一
下用tcprewrite是如何修改二层, 三层, 四层, 5-7层头的, 以便理解tcprewrite的工作原
理.

3.2.1 tcprewrite的一个例子

tcpreplay只保证能把包送出去, 至于包真正能到达的地址, 我认为还是根据原来的包的
IP和mac. 如果是在同一网段, 可能需要把mac地址改成测试设备的mac, 如果需要经过网
关, 就得将IP地址改为测试设备的IP以及端口号.

tcprewrite的基本格式是(请注意命令中是没有换行符的, 只为了阅读的方便添加了换行
符): 详请可以用tcprewrite ?命令查询详情.

#tcprewrite的格式:
|$ tcprewrite --enet-smac=host_src_mac,client_src_mac   \
|              --enet-dmac=host_dst_mac, client_dst_mac \
|              --endpoints=host_dst_ip:client_dst_ip    \
|              --portmap=old_port1:new_port1,old_port2, new_port2 \
|              -i input.pcap -c input.cach -o out.pcap

解释一下, 该命令的输入参数是input.pcap和input.cach文件, 结果将另存为out.pcap文
件. 该命令将所有input.pcap包里的主机包(由input.cach文件指定哪些包是主机包, 哪些
包是客户端包)的源mac地址, 目的mac地址, 目的IP地址分别改为 :host_src_mac,
host_dst_mac和host_dst_ip, 客户端包源mac地址, 目的mac地址, 目的IP地址分别改为
:client_src_mac, client_dst_mac和client_dst_ip, 将端口号由old_port1改为
new_port1, 将端口号由old_port2改为new_port2.

#tcprewrite的用法举例:
|$ tcprewrite --enet-smac=11:22:22:22:22:22,22:22:22:22:22:22   \
|             --enet-dmac=11:11: 11:11:11:11,22:11:11:11:11:11  \
|             --endpoints=192.168.0.1:192.168.0.11              \
|             --portmap=5070:5061,9060:5060                     \
|             -i success.pcap -o out.pcap -c success.cach

该命令将修改后的包, 主机包的二层, 三层, 四层头分别为: 11:22:22:22:22:22,
192.168.0.1, 5061, 客户端包的二层, 三层, 四层头分别为: 22:22:22:22:22:22,
192.168.0.11, 5060.

3.2.2 修改2层头

1)  修改MAC地址

如果不指定cache文件, 将把所有包的源mac地址和目的mac地址都改写成
00:44:66:FC:29:AF和00:55:22:AF:C6:37:

    $ tcprewrite --enet-dmac=00:55:22:AF:C6:37 --enet-smac=00:44:66:FC:29:AF --infile=input.pcap --outfile=output.pcap

指定cache文件后, 将server包的目的/源mac地址改写成
00:44:66:FC:29:AF/00:66:AA:D1:32:C2, 将client的目的/源mac地址改成:
00:55:22:AF:C6:37/00:22:55:AC:DE:AC, 注意是server地址在前.

    $ tcprewrite --enet-dmac=00:44:66:FC:29:AF,00:55:22:AF:C6:37 --enet-smac=00:66:AA:D1:32:C2,00:22:55:AC:DE:AC --cachefile=input.cache --infile=input.pcap --outfile=output.pcap

2)  修改802.1q VLAN

经常客户的抓包带有VLAN头域, 这些包如果不去掉VLAN头是没有办法在自己的交换机上
replay的, tcprewrite提了去掉或添加VLAN的方法:

去掉vlan很简单:

    $ tcprewrite --enet-vlan=del --infile=input.pcap --outfile=output.pcap

添加vlan也很简单, 下面的命令将VLAN tag设成40, CFI设成1, VLAN priority设成4. 

    $ tcprewrite --enet-vlan=add --enet-vlan-tag=40 --enet-vlan-cfi=1 --enet-vlan-pri=4 --infile=input.pcap --outfile=output.pcap

3)  修改二层协议名:

好像是将Ethernet协议头转成Cisco HDLC或其它二层协议? 这部分没有真正用过, 需要的
人自行参考[2].

3.2.3 修改3层头

从版本3.4.2开始, tcprewrite开始支持ipv6协议(我写这篇文章的时候版本号还是3.4.1呢
, tcpreplay升级蛮快哦^)^). tcprewrite修改IP地址后会自动帮你计算校验和, 这点还是
蛮周到的^)^, 命令行传入IPv6地址的时候要使用方括号, 例如: [2001::dead:beef]或
[2001::/16]

1)  修改目的IP

根据cache文件里的标识, 将server的IP改为10.10.1.1, client的IP改为10.10.1.2:

$ tcprewrite --endpoints=10.10.1.1:10.10.1.2 --cachefile=input.cache --infile=input.pcap --outfile=output.pcap --skipbroadcast 

2)  修改IP地址的网络部分

注: 2)和3)没有验证过

众所周知, IP地址同网络部分和主机部分组成, 下面的命令可以将子网地址为10.0.0.0/8
或192.168.0.0/16的IP改成子网为172.16.0.0/12:

    $ tcprewrite --pnat=10.0.0.0/8:172.16.0.0/12,192.168.0.0/16:172.16.0.0/12 --infile=input.pcap --outfile=output.pcap --skipbroadcast

下面的命令是基于client包或server包修改子网地址:

    $ tcprewrite --pnat=10.0.0.0/8:192.168.0.0/24 --pnat=10.0.0.0/8:192.168.1.0/24 --cachefile=input.cache --infile=input.pcap --outfile=output.pcap --skipbroadcast

3)  修改IP头的其它部分:

修改IPv4头的TOS为50

    $ tcprewrite --tos=50 --infile=input.pcap --outfile=output.pcap

将IPv6头Traffic Class值改为33

    $ tcprewrite --tclass=33 --infile=input.pcap --outfile=output.pcap


修改Flow Label field:

    $ tcprewrite --flowlabel=67234 --infile=input.pcap --outfile=output.pcap

3.2.4 修改4层头

和修改IP头一样, 修改4层头的时候tcpwrite会自动计算校验和, 这个就不需要担心了.

1)  修改端口号

将80端口号改为8080, 22改为8022:

    $ tcprewrite --portmap=80:8080,22:8022 --infile=input.pcap --outfile=output.pcap

2)  强制计算传输层校验和:

有些应用可能不计算传输层的校验和, 可以让tcpwrite强制计算一下:

    $ tcprewrite --fixcsum --infile=input.pcap --outfile=output.pcap

3.2.5 修改5-7层数据

tcpwrite对5-7层的修改非常有限, 顶多也就是抓包没有抓全, 中间的应用层数据丢了.
tcpwrite将没有抓到的数据补成全0, 或者修改tcp/udp的长度字节, 或者将该包丢弃. 有
需要的直接参考官方资料吧.[2]

3.3 tcpreplay

在linux下, 用ifconfig命令可以获得接口的名字, 但在cygwin下必须用下面的命令获得
接口的名字:

#在cygwin下获得接口的名字:
| $ tcpreplay --listnics

#结果可能如下所示:
| $ tcpreplay --listnics
| Available network interfaces:
| Alias   Name    Description
| %0      \Device\NPF_GenericDialupAdapter
|         Adapter for generic dialup and VPN capture
| %1      \Device\NPF_{6B508B29-B3E3-4D0B-892F-02914AC9A668}
|     Intel(R) 82566DM Gigabit Network Connection (Microsoft's Packet
|     Scheduler) 
| %2      \Device\NPF_{CBCE38CA-1FAD-4AEB-89DF-FD2D8EF861FA}
|     D-Link DFE-530TX PCI Fast Ethernet Adapter (rev.C)
|     (Microsoft's Packet Scheduler) 
| %3      \Device\NPF_{ABB813FE-3C51-49A3-8146-16CD2C4507C3}
|     D-Link DFE-530TX PCI Fast Ethernet Adapter (rev.C)
|     (Microsoft's Packet Scheduler) 

从中可以看出这台机器有两块网卡, 一块叫做%1, 另一块叫做%2. 下面就可以指定网卡
重发包了:

#用tcpreplay发包:
| $ tcpreplay -c mgcp.cach -i %1 -I %2 out.pcap

这条命令是把out.pcap包, 按照mgcp.cach里划分的主机包和客户端包的方式, 将主机包
从网卡%1发出去, 将客户端包从网卡%2发出去.

[参考资料]

[1] tcpreplay官方网站:  http://tcpreplay.synfin.net/trac/
[2] tcpreplay官方网站:  http://tcpreplay.synfin.net/wiki/manual
[3] winpcap官方网站:  http://www.winpcap.org
[4]巧用Tcpreplay让攻击流量瞒天过海,
http://news.newhua.com/news1/safe_product/2007/1116/0711169442155I34A78I25B09B5752K.html