基于Java_使用Jpcap接口抓包(非常详细保姆级教程)

前言

本学期学习了《计算机网络》专业课程，老师布置了课程设计大作业，作业要求如下：

• 使用 JPCAP或 wireshark等抓包，可以使用JAVA、PYTHON或C++写代码对数据进行分析，最后可视化显示;
  本文只实现了使用 Java语言的jpcap接口 在 IDEA环境下抓取数据包的功能

一、Java搭建 winpcap开发环境

在抓包开始前，需要在Java中搭建winpcap开发环境;

1. 名词解释

1.1 winpcap

• winpcap就是一个更加底层的系统, 通过这个软件可以在window平台下实现直接的网络编程;
• 但是要注意的是winpcap的实现是使用C/C++实现的, 所以我们就需要一个中间件来实现从C到Java的转化;

1.2 jpcap

• jpcap简单来说就是对于winpcap一层封装 作为一个中间件，调用winpcap，提供一个接口，使Java实现对数据链路层的控制;
• 这样现实了平台的无关性;

1.3 网卡

• 无论在什么操作系统下，我们要发送数据报到网络上，就离不开这样一个东西：网卡 网卡是工作在数据链路层
• 涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码以及数据缓存的功能等
• 无论什么数据报从网络发送到本机，都是通过网卡再保存到本地的缓冲区上 所以我们在网络编程抓包的时候，首先要确定就是从哪块网卡上抓包

2. 搭建开发环境

2.1 安装winpcap

下载安装包
地址：https://www.winpcap.org/
完成之后，安装到Windows的电脑中即可

2.2 设置Jpcap.dll

特别注意：64位的系统要下载64位的对应的DLL;
但是官网上提供的下载是32位系统的！！
我在百度网盘上传了一份64位的:
链接：https://pan.baidu.com/s/19xiD0N2UfuV0C0VhALJqLQ 提取码：ley0
下载到本地之后，将Jpcap.dll放到JDK安装路径下的 /jre/bin 目录下;

2.3 导入jar包

使用IDEA新建一个普通的Java项目,导入Jar包
打开项目的项目结构,将刚才下载Jar包添加到项目结构的库中,如下图:

以上内容参考博客 https://blog.csdn.net/wchstrife/article/details/79922073

3. 测试demo

在进行了开发环境的搭建后，就让我们用一个简单的程序试试是否能显示网卡吧

3.1 代码实现

• 如下图:

import jpcap.JpcapCaptor;
import jpcap.NetworkInterface;

public class JpcapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        /*-------第一步,显示网络设备列表-------- */
        // 获取网络接口列表，返回你所有的网络设备数组,一般就是网卡;
        NetworkInterface[] devices = JpcapCaptor.getDeviceList();
        int k = -1;
        // 显示所有网络设备的名称和描述信息;
        // 要注意的是,显示出来的网络设备在不同网络环境下是不同的,可以在控制台使用 ipconfig /all命令查看;
        for (NetworkInterface n : devices) {
            k++;
            System.out.println("序号 " + k + "   " + n.name + "     |     " + n.description);
            System.out.println(“------------------------------------------------”);
        }
    }
}

3.2 网卡分析

• 当使用以太网接口时，网卡序号为 0 -10，以太网对应的网卡为序号7

• 当拔掉网线，使用无线wife网络时，网卡序号变成了 0 -9，以太网对应的网卡消失了

• 如上，显示出来的网络设备在不同网络环境下是不同的，可以在控制台使用 ipconfig /all命令查看，如下图：

如果你也可以像上面代码一样显示出网络设备的信息，那就恭喜你搭建网络环境成功啦！接着进行下一步吧！

二、连接网卡

1. 获取网络接口列表

要想从网络中捕获数据包，第一件必须要做的事就是获取本机的网络接口列表

• Jpcap提供了方法JpcapCaptor.getDeviceList()完成这个任务，该方法返回一组NetworkInterface对象
• NetworkInterface接口对象包含了对应网络接口的一些信息，例如：名称、描述、IP以及MAC地址以及数据链路层名称和描述

获取网络接口的代码就是上面的JpcapDemo代码，大家可以回头看看，为了节省篇幅这里就不贴啦

2. 打开网络接口

一旦有了网络接口列表就可以从选定用于捕获数据包的网络接口，可以使用方法JpcapCaptor.openDevice()来打开指定的网络接口,注意此并未开始捕获数据包。

2.1 代码实现

• 代码如下:

		/*--------第二步,选择网卡并打开网卡连接--------*/
        // 选择网卡序号;
        // 注意!每台设备连接网络的网卡不同,选择正确的网卡才能捕获到数据包;
        System.out.println("请输入你想要监听的网卡序号: ");
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int index = sc.nextInt();
        
		JpcapCaptor jpcap = null;// 声明一个JpcapCaptor全局实例变量 jpcap;
        // 打开网卡连接,此时还未开始捕获数据包;
        try {
            jpcap = JpcapCaptor.openDevice(devices[index], 1512, true,5000);// 捕获时间为5s
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("抓取数据包时出现异常!!");
        }

2.2 方法解释

静态方法 static JpcapCaptor openDevice (NetworkInterface interface, int snaplen, boolean promisc, int to_ms):
创建一个与指定设备的连接并返回该连接。调用该方法必须指定下列参数：

• interface：要打开连接的设备的实例；
• snaplen：这个是比较容易搞混的一个参数。其实这个参数不是限制只能捕捉多少数据包，而是限制每一次收到一个数据包，只提取该数据包中前多少字节；
• promisc：设置是否混杂模式。处于混杂模式将接收所有数据包，若之后又调用了包过滤函数 setFilter() 将不起任何作用 (后面会介绍)；
• to_ms：指定捕获数据包超时的时间；这个参数主要用于 processPacket()方法 (后面会介绍);

三. 捕获数据包

• 上面的第二步结束后,我们获得了JpcapCaptor类的对象 jpcap,这是我们连接的网卡;
• 一旦获得了JpcapCaptor实例就可以用来捕获来自网络接口的数据包;
• 使用 JpcapCaptor实例来捕获数据包主要有两种方法：回调（callback）以及逐个捕获（one-by-one）;

1. 逐个捕获（one-by-one）

• 使用 JpcapCaptor.getPacket()方法来捕获数据包;这是 JpcapCaptor实例中四种捕捉包的方法之一;
• 每次调用 getPacket()只是简单返回一个捕获的数据包，可以循环使用 getPacket()方法连续捕获的数据包;
• 受到 to_ms参数影响, 超时则停止抓包, 若未抓到包则返回 null;
• 源码放在 我的Github仓库

1.1 只捕获一次

• 部分代码如下:

	/*--------第三步,捕获数据包--------*/
  	// Packet getPacket() 捕捉并返回一个数据包。这是 JpcapCaptor实例中四种捕捉包的方法之一;
  	// 受到 to_ms参数影响,但一次只抓一个包并返回,或者超时返回 null;
  	// 将抓到的包传给 Packet类的一个对象 packet;
  	Packet packet = jpcap.getPacket();
  	System.out.println(packet);

• 我选择的序号是4,因为我是该网卡连接了网络,; 捕获结果如下:

注意!上面的捕获可能会返回 null,是因为 to_ms参数设置太小,导致未捕获到数据包;

1.2 连续捕获

• 代码如下:

   	// 捕获四个数据包;
   	int i = 0;
   	while (i < 4) {
    Packet packet = jpcap.getPacket();
    System.out.println(packet);
    i++;// 捕获四个数据包
    }

• 捕获结果如下:

好啦!到这一步你就可以成功的捕获数据包了,但是只能逐个捕获数据包;
那如何进行一段时间的捕获呢,那就要使用下面的 回调啦!

2. 回调（callback）

2.1 实现的细节：

(1) 首先定义一个实现 PacketReceiver接口的类;

• PacketReceiver 接口中只定义了一个 receivePacket()方法;

• Void receivePacket (Packet p):
  * 实现类中的处理接收到的 Packet对象的方法。每个Packet对象代表从热指定网络接口上抓取到的数据包;
  * 开始接收数据包后,当接收到数据包时就会回调实现 PacketReceiver接口的类的 receivePacket的方法，使之处理接收到的数据包;

(2) 然后在主方法中调用 processPacket() 方法捕获数据包;

• processPacket()或 loopPacket()方法可以指定捕获的数据包的数量,两种方法非常相似;
• 通常建议使用 processPacket()，因为它支持超时以及非阻塞模式,而 loopPacket()并不支持,不受 to_ms参数影响;

• int processPacket(int count, PacketReceiver handler):
  * 参数1: 解释 一次接收包的个数（个数到时到产生回调）捕捉指定数目的数据包，并交由实现了 PacketReceiver接口的类的实例(第二个参数)处理; 如果设置为 -1，则表示永远抓下去—方法不会返回；
  * 参数2: 解释 （回调者）事件临听者,必须是实现了 PacketReceiver接口的一个实例对象，抓到的包将调用这个对象中的 receivePacket(Packet packet)方法处理；

注意! processPacket()方法收到to_ms 参数的影响,超时会结束该方法;

2.2 捕获数据包

由于使用了新的抓包方法,所以重新贴了一个全部的实现代码,过程和上面是一样的;
*部分代码如下,为节省篇幅,源码统一放在 我的Github仓库

import ...

// 类 Receiver实现了 PacketReceiver接口的 receivePacket()方法;
class Receiver implements PacketReceiver {
    @Override
    // 重写 PacketReceiver接口中的 receivePacket()方法;
    // 实现类中的处理接收到的 Packet 对象的方法,每个 Packet对象代表从指定网络接口上抓取到的数据包;
    // 抓到的包将调用这个 PacketReceiver对象中的 receivePacket(Packet packet)方法处理；
    public void receivePacket(Packet packet) {
        System.out.println(packet);// 直接将捕获的包输出,不做任何处理;
    }
}
// 主方法;
public class JpcapProcess {
    public static void main(String[] args) {

		......

        //第二步,监听选中的网卡;
        try {
            // 参数一:选择一个网卡，调用 JpcapCaptor.openDevice()连接，返回一个 JpcapCaptor类的对象 jpcap;
            // 参数二:限制每一次收到一个数据包，只提取该数据包中前1512个字节;
            // 参数三:设置为非混杂模式,才可以使用下面的捕获过滤器方法;
            // 参数四:指定超时的时间;

            JpcapCaptor jpcap = JpcapCaptor.openDevice(devices[index], 1512, true, 6000);

        //第三步,捕获数据包;
            /* 调用 processPacket()方法, count = -1对该方法无影响,主要受 to_ms控制,
            	改成其他数值则会控制每一次捕获包的数目;*/
            // 换而言之,影响 processPacket()方法的因素有且只有两个,分别是count 和 to_ms;
            // 抓到的包将调用这个 new Receiver()对象中的 receivePacket(Packet packet)方法处理；
            jpcap.processPacket(5, new Receiver());
            
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
            System.out.println("抓取数据包时出现异常!!");
        }
    }
}

需要注意的是,如果使用上面代码未捕获到数据包,则需要检查网卡是否选择正确;
或者检查to_ms参数是否太小,导致还没开始捕获就超时了;

• 输出结果如下:

• 解释,在源码中,设置count = 5, to_ms = 6000,在正常情况下,6000ms 可以捕捉到很多的数据包,但控制台只输出了5个,是因为count = 5 限制了只能捕获5个;
• 同理,如果设置 count = -1,理论上可以无限制的捕获数据包,但是因为有to_ms参数的限制,并不可以无限制的捕获数据包;

四. 过滤数据包

1. 设置捕获过滤器:

• 在Jpcap中可以设置过滤器使得 Jpcap不捕获不需要的数据包;
• 例如：如果仅仅只需捕获TCP/IPv4数据包，就可以设置过滤器，其方法如下例所示：

	// 注意!混杂模式要设置为false, setFilter()方法才能有效;
	JpcapCaptor jpcap = JpcapCaptor.openDevice(devices[index], 65535, false, 20);
	// 在捕获前先设置过滤;
	jpcap.setFilter("ip and tcp", true);
	jpcap.processPacket(5, new Receiver());

• 过滤器表达式 “ip and tcp” 表示 “只保留 IPv4并且 TCP数据包，并将其交付给应用” ;
• 过滤器的设置可以减少所需要处理的数据包并且提高应用的性能;

2. 输出结果

• 将setFilter()方法 添加到上面的源码中后,输出结果如下图:

• 显示的就只有协议字段为6的TCP数据包,说明过滤成功;

总结

这份大作业需要挺多的时间去完成的，只能一部分一部分去啃。
这篇博客也只是解决了如何从网卡中捕捉并过滤数据包,但还未能对捕获到的数据包进行分析和可视化。
剩下的这些内容就等下一篇博客吧!
最后,如果这篇博客对你有帮助的话,就给我点赞吧!如果有我表述的不清楚或者错误的地方，欢迎在评论区一起讨论、批评指正。拜拜！