Linux下使用libpcap实现抓包

1. 背景

学习PF_RING的过程中，发现对libpcap进行重载。所以回到基础再次学习了一下pcap抓包原理。

2. 相关知识

2.1 原理

这篇文章写的就非常清晰《libpcap实现机制及接口函数》

这里实现的包捕获机制是在数据链路层增加一个旁路处理，并不干扰系统自身的网路协议栈的处理，对发送和接收的数据包通过Linux内核做过滤和缓冲处理，最后直接传递给上层应用程序。因此libpcap在捕获到达网卡的数据包后绕开了传统linux协议栈处理，直接使用链路层PF_PACKET协议族原始套接字方式向用户空间传递报文。

2.2 常用接口

• pcap_lookupdev()：函数用于查找网络设备，返回可被 pcap_open_live() 函数调用的网络设备名指针。
• pcap_lookupnet()：函数获得指定网络设备的网络号和掩码。
• pcap_open_live()：函数用于打开网络设备，并且返回用于捕获网络数据包的数据包捕获描述字。对于此网络设备的操作都要基于此网络设备描述字。
• pcap_compile()： 函数用于将用户制定的过滤策略编译到过滤程序中。 pcap_setfilter()：函数用于设置过滤器。
• pcap_loop()：函数 pcap_dispatch() 函数用于捕获数据包，捕获后还可以进行处理，此外 pcap_next() 和pcap_next_ex() 两个函数也可以用来捕获数据包。
• pcap_close()：函数用于关闭网络设备，释放资源。

2.3 编程思路

打开网络设备 > 设置过滤规则 > 捕获数据 > 用户态处理 > 关闭网络设备

3. 简单实例

class mod_pcap() 直接以类的风格实现了三板斧函数：setup、dispatch、teardown。

#ifndef  _MOD_PCAP_H_
#define  _MOD_PCAP_H_

#include 
#include 

class mod_pcap
{
private:
    std::string _dev;
    pcap_t *_pcap = NULL;

    int _c_snaplen = 64 * SIZE_KB;
    int _c_promisc = 0;
    int _c_to_ms   = 100;
    char _errbuf[PCAP_ERRBUF_SIZE] = {0};

public:
    ~mod_pcap()
    {
        teardown();
    }

    int setup(const std::string &dev,
              const std::string &filter)
    {
        int res = -1;
        struct bpf_program fp;

        _dev = dev;
        _pcap = pcap_open_live(dev.c_str(), _c_snaplen, _c_promisc, _c_to_ms, _errbuf);
        if (!_pcap) {
            printf("pcap_open_live: %s, [%s]\n", dev.c_str(), _errbuf);
            return -1;
        }

        res = pcap_compile(_pcap, &fp, filter.c_str(), 0, PCAP_NETMASK_UNKNOWN);
        if (0 != res) {
            printf("pcap_compile: %s, [%s]\n", filter.c_str(), _errbuf);
            return -1;
        }
        printf("pcap_compile: %s, %s\n", dev.c_str(), filter.c_str());

        res = pcap_setfilter(_pcap, &fp);
        if (0 != res) {
            printf("pcap_setfilter\n");
            return -1;
        }
        return 0;
    }

    int dispatch(pcap_handler cb, uint8_t *args)
    {
        return pcap_loop(_pcap, 0, cb, args);
    }

    void teardown()
    {
        if (_pcap) {
            (void)pcap_close(_pcap);
            _pcap = NULL;
        }
    }
};

#endif // #ifndef _MOD_PCAP_H_

主函数使用了该接口，在eth0上面抓取UDP报文，打印出抓取长度：

#include "mod_pcap.h"

static void on_handle_pkt(uint8_t *args, const struct pcap_pkthdr *ph, const uint8_t *sp)
{
    printf("Capture: %u, len: %u\n", ph->caplen, ph->len);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    class mod_pcap pcap;

    if (pcap.setup("eth0", "udp") == 0) {
        pcap.dispatch(on_handle_pkt, NULL);
        pcap.teardown();
    }

    exit(EXIT_SUCCESS);
}

4. 结果分析

实验结果如下：
1、使用iperf工具打1KB的payload，小于MTU：

Capture: 1066, len: 1066
Capture: 1066, len: 1066
Capture: 1066, len: 1066
Capture: 1066, len: 1066
Capture: 1066, len: 1066
Capture: 1066, len: 1066
Capture: 1066, len: 1066
Capture: 1066, len: 1066
Capture: 1066, len: 1066
Capture: 1066, len: 1066
Capture: 1066, len: 1066
Capture: 1066, len: 1066

2、使用iperf工具打8KB的payload，大于MTU，libpcap是按数据帧为单位抓取的：

Capture: 1514, len: 1514
Capture: 1514, len: 1514
Capture: 1514, len: 1514
Capture: 1514, len: 1514
Capture: 1514, len: 1514
Capture: 834, len: 834
Capture: 1514, len: 1514
Capture: 1514, len: 1514
Capture: 1514, len: 1514
Capture: 1514, len: 1514
Capture: 1514, len: 1514
Capture: 834, len: 834
Capture: 1514, len: 1514
Capture: 1514, len: 1514
Capture: 1514, len: 1514
Capture: 1514, len: 1514
Capture: 1514, len: 1514
Capture: 834, len: 834

5. 总结

本文提供了快速上手测试的一个demo，方便大家理解libpcap抓包的效果。