WinPcap编程渐进教程

原文出处：http://winpcap.polito.it/docs/man/html/index.html

作者:
Loris Degioanni ([email protected]), NetGroup, Politecnico di Torino http://winpcap.polito.it

译者:
记忆碎片 ([email protected]) http://www.s8s8.net

概述：
这篇教程将会指引读者逐步了解WinPcap编程, 从简单的基础函数(获取网络接口列表, 捕捉数据包)到更高级的内容(处理发送队列, 网络流量统计). 教程中包括一些代码片断, 以及一些简单但完整的例子, 读者可以参考这些例子更好的理解教程的内容. 这些例子全部用C语言写成, 所以基本的C语言编程知识是必要. 同时, 因为这篇教程的内容是与底层网络紧密相连的, 所以笔者假设读者已经具备有关网络和协议的相关知识.

译者的话：
WinPcap是一套免费的, 基于Windows的网络接口API, 它在底层网络操作方面对程序员很有帮助. 这篇文档翻译自 "WinPcap Documentation 3.0" 中的 "WinPcap tutorial: a step by step guide to program WinPcap" 一部分. 这篇教程对初学者的帮助很大, 尤其是简短清晰的例子, 但这篇教程只是整个文档的一小部分, 我认为你仍然需要参考文档的其它部分来了解各种结构等信息. 教程中注有前缀 "Y-" 的部分是译者为了让读者更明白作者的意思添加的, 原文中没有.

1. 获取网络接口列表

通常, 一个基于WinPcap的应用程序所要做的第一件事, 就是获得适合的网络接口的列表. Libpcap中的pcap_findalldevs()函数就是干这活的: 这个函数然回一个pcap_if结构的列表, 每个元素都记录了一个接口的信息. 其中, name和description以人类可以阅读的形式, 记录了设备的信息.
下面的源代码输出可用的网络接口的列表, 并且在没有找到任何借口的情况下输出错误信息：


代码  

＃i nclude "pcap.h"
main()
{
pcap_if_t *alldevs;
pcap_if_t *d;
int i=0;
char errbuf[PCAP_ERRBUF_SIZE];

/* 取得列表 */
if (pcap_findalldevs(&alldevs, errbuf) == -1)
{
fprintf(stderr,"Error in pcap_findalldevs: %s/n", errbuf);
exit(1);
}

/* 输出列表 */
for(d=alldevs;d;d=d->next)
{
printf("%d. %s", ++i, d->name);
if (d->description)
printf(" (%s)/n", d->description);
else
/* Y- 没有有效的描述 */
printf(" (No description available)/n");
}

if(i==0)
{
/* Y- 没有有效的接口, 可能是因为没有安装WinPcap */
printf("/nNo interfaces found! Make sure WinPcap is installed./n");
return;
}

/* 我们不再需要列表了, 释放 */
pcap_freealldevs(alldevs);
}





我们来看看这段代码.

首先, 和其他的libpcap函数一样, pcap_findalldevs(), 有一个错误缓冲区(errbuf)参数. 这个参数是一个字符串指针, 一旦发生错误,libpcap将会在这里填入错误描述. 然后, 请注意, pcap_findalldev系统下的s()函数同时也被UNIX下的libpcap所支持, 但是并不是所有的操作系统都支持"网络接口描述"(description)这一项. 所以, 如果我们想写一个可以移植的的应用程序,那么我们必须要为描述为"空"(null)的情况做好准备：遇到这种情况我们就输出一个"没有有效的描述"的消息.

最后我们通过pcap_freealldevs()函数来释放接口列表.

现在让我们编译并运行我们的第一个WinPcap程序. 如果你使用UNIX或者Cgywin的话, 你只需要以下命令：

gcc -o testaprog testprog.c -lpcap

在Windows环境中(Y - 如果你使用Microsoft Visual C++), 你需要建立一个工程, 按照"Using WinPcap in your programs " 一节中说明来做.
不过, 我仍然建议你参照Winpcap开发者包(WinPcap developer's pack)中的例子, 那些例子包括了所以配置完善的工程, 以及全部你所需要的库和包含文件.
(Y - 你可以在本章最后找到Microsoft Visual C++ 的配置方法)

假设现在你已经成功编译了程序, 我们就来运行它. 在我的WinXP工作站上, 输出结果是：
1. {4E273621-5161-46C8-895A-48D0E52A0B83} (Realtek RTL8029(AS) Ethernet Adapter)
2. {5D24AE04-C486-4A96-83FB-8B5EC6C7F430} (3Com EtherLink PCI)

就如你所看到的, 网络接口的名称(当打开这个接口时, 需要传递这个名称给libpcap库)在windows环境下几乎是没有办法读懂的(Y-严重同意), 所以输出一个描述对于你的用户来说是非常有帮助的.


附注： Microsoft Visual C++ 工程的设置

1. 下载并安装 WinPcap, 推荐的版本是3.0
2. 从 http://winpcap.polito.it 下载 WinPcap Developer's Pack 并解压缩
3. 用 Microsoft Visual C++ 建立一个空工程 (empty project)
4. 复制源代码
5. 把 Winpcap Developer's Pack 中的 Includes 目录添加为新的包含文件目录
6. 添加库 wpcap.lib 和 wsock32.lib

 

 

 

 

 

 

2. 获取设备的高级信息

上一课我们介绍了如何获取一个设备的基本信息(比如设备名称和设备描述). 实际上, WinPcap 也可以为我们提供关于接口的更多信息. 由 pcap_findalldevs() 函数返回的 pcap_if 结构也包含了一个 pcap_addr 结构的列表, 它记录了以下信息:
1. 接口的地址列表
2. 接口的掩码列表 (与地址列表一一对应)
3. 接口的广播地址列表 (与地址列表一一对应)
4. 目标地址列表 (与地址列表一一对应)

下面例子中的 ifprint() 函数将会输出 pcap_if 结构的全部内容. 它包括了 pcap_findalldevs() 函数所返回的所有元素. ( Y- 全部有效接口)

代码  


/*
* Copyright (c) 1999 - 2002
* Politecnico di Torino. All rights reserved.
*
* Redistribution and use in source and binary forms, with or without
* modification, are permitted provided that: (1) source code distributions
* retain the above copyright notice and this paragraph in its entirety, (2)
* distributions including binary code include the above copyright notice and
* this paragraph in its entirety in the documentation or other materials
* provided with the distribution, and (3) all advertising materials mentioning
* features or use of this software display the following acknowledgement:
* ``This product includes software developed by the Politecnico
* di Torino, and its contributors.'' Neither the name of
* the University nor the names of its contributors may be used to endorse
* or promote products derived from this software without specific prior
* written permission.
* THIS SOFTWARE IS PROVIDED ``AS IS'' AND WITHOUT ANY EXPRESS OR IMPLIED
* WARRANTIES, INCLUDING, WITHOUT LIMITATION, THE IMPLIED WARRANTIES OF
* MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
*/

＃i nclude "pcap.h"
#ifndef WIN32
＃i nclude
＃i nclude
#else
＃i nclude
#endif

void ifprint(pcap_if_t *d);
char *iptos(u_long in);

int main()
{
pcap_if_t *alldevs;
pcap_if_t *d;
char errbuf[PCAP_ERRBUF_SIZE+1];

/* 获得设备列表 */
if (pcap_findalldevs(&alldevs, errbuf) == -1)
{
fprintf(stderr,"Error in pcap_findalldevs: %s/n",errbuf);
exit(1);
}

/* 遍历所有元素 */
for(d=alldevs;d;d=d->next)
{
ifprint(d);
}

return 1;
}

/* Print all the available information on the given interface */
void ifprint(pcap_if_t *d)
{
pcap_addr_t *a;

/* 名称 */
printf("%s/n",d->name);

/* 描述 */
if (d->description)
printf("/tDescription: %s/n",d->description);

/* 回环地址 */
printf("/tLoopback: %s/n",(d->flags & PCAP_IF_LOOPBACK)?"yes":"no");

/* IP 地址 */
for(a=d->addresses;a;a=a->next) {
printf("/tAddress Family: #%d/n",a->addr->sa_family);

switch(a->addr->sa_family)
{
case AF_INET:
printf("/tAddress Family Name: AF_INET/n");
if (a->addr)
/* Y- IP 地址 */
printf("/tAddress: %s/n",iptos(((struct sockaddr_in *)a->addr)->sin_addr.s_addr));
if (a->netmask)
/* Y- 掩码 */
printf("/tNetmask: %s/n",iptos(((struct sockaddr_in *)a->netmask)->sin_addr.s_addr));
if (a->broadaddr)
/* Y- 广播地址 */
printf("/tBroadcast Address: %s/n",iptos(((struct sockaddr_in *)a->broadaddr)->sin_addr.s_addr));
if (a->dstaddr)
/* Y - 目标地址 */
printf("/tDestination Address: %s/n",iptos(((struct sockaddr_in *)a->dstaddr)->sin_addr.s_addr));
break;
default:
/* 未知 */
printf("/tAddress Family Name: Unknown/n");
break;
}
}
printf("/n");
}

/* 来自 tcptracert, 把数字IP地址转换为点格式 */
#define IPTOSBUFFERS 12
char *iptos(u_long in)
{
static char output[IPTOSBUFFERS][3*4+3+1];
static short which;
u_char *p;

p = (u_char *)∈
which = (which + 1 == IPTOSBUFFERS ? 0 : which + 1);
sprintf(output[which], "%d.%d.%d.%d", p[0], p[1], p[2], p[3]);
return output[which];
}


3. 打开一个接口并捕捉流量

现在我们已经知道如何获取一个接口的有关信息了, 我们可以来点真家伙了 -- 打开一个接口并捕捉流量. 在这一课里, 我们会编译一个程序, 它将捕捉网络中所有的数据包并输出他们的一些相关信息。我们使用函数 pcap_open_live() 来打开一个捕捉设备. 这里, 我们需要解释一下 snaplen, promisc 和 to_ms 参数.

( Y- 函数原型: pcap_t * pcap_open_live (char *device, int snaplen, int promisc, int to_ms, char *ebuf) )

"snaplen" 参数指定了要捕捉的数据包的部分. 在某些操作系统中 (如 xBSD 和 Win32), 驱动程序提供了只捕捉每个数据包其中一部分的可能性: 这样就降低了要处理的数据的量, 从而提高了捕捉程序的效率. 在例子中, 我们使用一个高出 MTU 最大值的值 (65536) 以确保可以捕捉到成个数据包.

"promisc" 表明接口将会被设置为混杂模式. 一般情况下, 接口只处理目标地址为自己的数据; 到其他主机的数据包将会被忽略. 然而当一个接口处于混杂模式时, 它将会处理全部的流量: 也就是说, 在共享媒介 ( Y- 才疏学浅, 不知道怎么翻译好 ), 例如非交换型以太网 ( Y- 比如基于集线器的网络 )中, WinPcap 可以捕捉到所有主机的数据包. 混在模式是多数捕捉程序的默认模式, 所以我们在例子中也采用这种模式.

"to_ms" 用以设置超时, 单位是毫秒. 一个从接口读取 ( Y- 捕捉) 的操作, (例如 pcap_dispatch() 或者 pcap_next_ex()), 如果没有捕捉到数据包, 那么在超过指定的时间以后就会返回. 进一步说, 如果接口处在静态模式中, to_ms 也定义了静态报告的间隔时间 (参阅 "Gathering Statistics on the network traffic " 以获取更多信息). 设置 to_ms 为 0, 则说明永远不会超时, 如果没有数据包到达, 那么捕捉操作将会永远不会返回, 而将其值设置为 -1 则会立刻返回.

代码  

＃i nclude "pcap.h"

/* 数据包处理函数声明 */
void packet_handler(u_char *param, const struct pcap_pkthdr *header, const u_char *pkt_data);

main()
{
pcap_if_t *alldevs;
pcap_if_t *d;
int inum;
int i=0;
pcap_t *adhandle;
char errbuf[PCAP_ERRBUF_SIZE];

/* 获取设备列表 */
if (pcap_findalldevs(&alldevs, errbuf) == -1)
{
fprintf(stderr,"Error in pcap_findalldevs: %s/n", errbuf);
exit(1);
}

/* 数据列表 */
for(d=alldevs; d; d=d->next)
{
printf("%d. %s", ++i, d->name);
if (d->description)
printf(" (%s)/n", d->description);
else
printf(" (No description available)/n");
}

if(i==0)
{
printf("/nNo interfaces found! Make sure WinPcap is installed./n");
return -1;
}

printf("Enter the interface number (1-%d):",i);
scanf("%d", &inum);

if(inum < 1 || inum > i)
{
printf("/nInterface number out of range./n");
/* 释放设备列表 */
pcap_freealldevs(alldevs);
return -1;
}

/* 转到选择的设备 */
for(d=alldevs, i=0; i< inum-1;d=d->next, i++);

/* 打开设备 */
if ( (adhandle= pcap_open_live(d->name, //设备名
65536, // 捕捉完整的数据包
1, // 混在模式
1000, // 读入超时
errbuf // 错误缓冲
) ) == NULL)
{
/* Y- 打开失败*/
fprintf(stderr,"/nUnable to open the adapter. %s is not supported by WinPcap/n");
/* 释放列表 */
pcap_freealldevs(alldevs);
return -1;
}

printf("/nlistening on %s.../n", d->description);

/* 我们已经不需要设备列表了, 释放它 */
pcap_freealldevs(alldevs);

/* 开始捕捉 */
pcap_loop(adhandle, 0, packet_handler, NULL);

return 0;
}


/* 处理数据包的回调函数*/
void packet_handler(u_char *param, const struct pcap_pkthdr *header, const u_char *pkt_data)
{
struct tm *ltime;
char timestr[16];

/* 转换时间戳为可以阅读的格式 */
ltime=localtime(&header->ts.tv_sec);
strftime( timestr, sizeof timestr, "%H:%M:%S", ltime);

printf("%s,%.6d len:%d/n", timestr, header->ts.tv_usec, header->len);

}




一旦接口被打开, pcap_dispatch() 或者 pcap_loop() 函数将会开始捕捉. 这两个函数非常相似, pcap_dispatch() 将会在超时后直接返回, 而 pcap_loop() 则一定要等到一定数量的数据包被处理了以后才会返回 (Y- 第二个参数指定了要处理的数据包的数量, 0 为无限, 在这里, 我们设置的超时对 pcap_loop() 不起作用.) 在本例中, pcap_loop() 已经足够我们使用了, 而 pcap_dispatch() 一般应用在更复杂的程序里.

这两个函数都有一个回调参数, 只想一个处理数据包的函数, 如本例中的 packet_handler. 每当有新的数据包到来的时候, libpcap将会调用这个函数来处理数据包, libpcap也会提供这个数据包的一些信息: 一个首部, 包含了时间戳和长度信息 (Y-header 参数); 真实数据包 (Y- pkt_data参数), 包括各种协议首部. 请注意, MAC CRC一般不会出现, 因为当设备(网卡)进行帧确认操作时, 它就已经被移除了. 同时, 大部分网卡将会丢弃错误的 CRC, 所以 WinPcap 基本上也不能捕捉他们.

上面的例子只输出每个数据包时间戳以及长度 (来自 pcap_pkthdr header).