网络通信在今天的信息时代中扮演着至关重要的角色，而对网络数据包进行捕获与分析则是网络管理、网络安全等领域中不可或缺的一项技术。本文将深入介绍基于原始套接字的网络数据包捕获与分析工具，通过实时监控网络流量，实现抓取流量包内的FTP通信数据，并深入了解数据传输的细节，捕捉潜在的网络问题以及进行安全性分析。
原始套接字是一种底层的网络编程方式，允许程序直接访问网络协议栈，无需操作系统进行任何处理。在Windows平台，可以通过SOCK_RAW套接字类型来创建原始套接字。本文的代码示例基于Winsock2库实现，允许我们以最底层的方式捕获网络数据包。
Winsock2库与套接字初始化
在使用原始套接字之前，我们首先需要初始化Winsock2库。Winsock2提供了在Windows平台上进行套接字编程所需的函数和结构。代码中的WSAStartup函数完成了Winsock2库的初始化工作。
#include <winsock2.h>
#include <stdio.h>
#include <mstcpip.h>
#pragma comment(lib, "Advapi32.lib")
#pragma comment (lib, "ws2_32")
WSADATA wsa;
if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsa) != 0)
return -1;数据包结构解析
接着我们需要定义数据包结构，常见的协议头结构：IP（Internet Protocol）头、TCP（Transmission Control Protocol）头和UDP（User Datagram Protocol）头。如果想要解析TCP/UDP头则需要先来解析IP头，并依次向下解析。
IP头
IP头是互联网通信中用于标识数据报的头部信息。下面是IP头的结构：
代码语言：javascript复制typedef struct _IPHeader {
UCHAR iphVerLen; // 版本号和头长度（各占4位）
UCHAR ipTOS; // 服务类型
USHORT ipLength; // 封包总长度，即整个IP报的长度
USHORT ipID; // 封包标识，惟一标识发送的每一个数据报
USHORT ipFlags; // 标志
UCHAR ipTTL; // 生存时间，即TTL
UCHAR ipProtocol; // 协议，可能是TCP、UDP、ICMP等
USHORT ipChecksum; // 校验和
ULONG ipSource; // 源IP地址
ULONG ipDestination; // 目标IP地址
} IPHeader, *PIPHeader;在IP头中，我们可以获取到源IP地址、目标IP地址、数据包长度、生存时间（TTL）、协议类型等信息。IP头的版本号和头长度字段结合在一起，占4位，用于表示IP协议的版本和IP头的长度。协议字段指示了数据包中的上层协议类型，例如TCP、UDP或ICMP。
TCP头
TCP是一种面向连接的协议，它提供可靠的、字节流的通信。TCP头包含了一系列关键的信息，用于控制数据传输的各个方面。下面是TCP头的结构：
代码语言：javascript复制typedef struct _TCPHeader {
USHORT sourcePort; // 16位源端口号
USHORT destinationPort; // 16位目的端口号
ULONG sequenceNumber; // 32位序列号
ULONG acknowledgeNumber; // 32位确认号
UCHAR dataoffset; // 高4位表示数据偏移
UCHAR flags; // 6位标志位
USHORT windows; // 16位窗口大小
USHORT checksum; // 16位校验和
USHORT urgentPointer; // 16位紧急数据偏移量
} TCPHeader, *PTCPHeader;TCP头中的源端口号和目的端口号标识了数据包的发送和接收方。序列号和确认号用于维护连接的状态。标志位字段包括了TCP协议中的各种控制信息，如SYN、ACK、FIN等。窗口大小表示接收方当前愿意接收的数据量。
UDP头
UDP是一种无连接的协议，它提供了简单的、不可靠的数据传输。UDP头相比TCP头较为简单，但同样包含了一些关键的信息。下面是UDP头的结构：
代码语言：javascript复制typedef struct _UDPHeader {
USHORT sourcePort; // 源端口号
USHORT destinationPort; // 目的端口号
USHORT len; // 封包长度
USHORT checksum; // 校验和
} UDPHeader, *PUDPHeader;UDP头中的源端口号和目的端口号同样标识了数据包的发送和接收方。封包长度字段表示UDP包的总长度，包括UDP头和数据部分。校验和字段用于检测数据包的完整性。
创建原始套接字
使用socket函数创建原始套接字，指定协议为IPPROTO_IP，表示接收所有的IP包。
SOCKET SockRaw = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_IP);绑定本地IP地址
为了接收网络数据包，我们需要绑定本地IP地址。通过gethostbyname函数获取本地主机名，并使用bind函数绑定套接字与本地地址。
struct hostent* pHost;
gethostname(szHostName, 56);
if ((pHost = gethostbyname(szHostName)) == NULL)
return -1;
addr_in.sin_family = AF_INET;
addr_in.sin_port = htons(0);
memcpy(&addr_in.sin_addr.S_un.S_addr, pHost->h_addr_list[0], pHost->h_length);
if (bind(SockRaw, (PSOCKADDR)&addr_in, sizeof(addr_in)) == SOCKET_ERROR)
return -1;开启混杂模式
通过ioctlsocket函数调用SIO_RCVALL控制代码，开启混杂模式，接收所有的IP包。
DWORD dwValue = 1;
if (ioctlsocket(SockRaw, SIO_RCVALL, &dwValue) != 0)
return -1;实时接收与解析数据包
使用recv函数接收数据包，根据协议类型进行解析。本文示例中仅对TCP和UDP进行了简单的解析，可以根据实际需要扩展解析功能。
while (TRUE)
{
nRet = recv(SockRaw, buff, 1024, 0);
if (nRet > 0)
{
DecodeIPPacket(buff);
}
}解析IP包
根据IP包的协议类型，将数据包传递给相应的解析函数。
代码语言：javascript复制void DecodeIPPacket(char* pData)
{
IPHeader* pIPHdr = (IPHeader*)pData;
// ...
switch (pIPHdr->ipProtocol)
{
case IPPROTO_TCP:
DecodeTCPPacket(pData nHeaderLen, szSourceIp, szDestIp);
break;
case IPPROTO_UDP:
DecodeUDPPacket(pData nHeaderLen, szSourceIp, szDestIp);
break;
}
}解析TCP包与UDP包
根据TCP或UDP包的特征进行解析，例如获取源端口、目标端口等信息。
代码语言：javascript复制void DecodeTCPPacket(char* pData, char* szSrcIP, char* szDestIp)
{
TCPHeader* pTCPHdr = (TCPHeader*)pData;
// ...
}
void DecodeUDPPacket(char* pData, char* szSrcIP, char* szDestIp)
{
UDPHeader* pUDPHdr = (UDPHeader*)pData;
// ...
}实时监控网络流量
通过以上步骤，我们实现了一个简单的网络数据包捕获工具。该工具可以实时监控网络流量，解析TCP和UDP包，并输出源地址、目标地址、端口信息以及TCP的状态等信息，完整代码如下；
代码语言：javascript复制#include <winsock2.h>
#include <stdio.h>
#include <mstcpip.h>
#pragma comment(lib, "Advapi32.lib")
#pragma comment (lib, "ws2_32")
typedef struct _IPHeader // 20字节的IP头
{
UCHAR iphVerLen; // 版本号和头长度（各占4位）
UCHAR ipTOS; // 服务类型
USHORT ipLength; // 封包总长度，即整个IP报的长度
USHORT ipID; // 封包标识，惟一标识发送的每一个数据报
USHORT ipFlags; // 标志
UCHAR ipTTL; // 生存时间，就是TTL
UCHAR ipProtocol; // 协议，可能是TCP、UDP、ICMP等
USHORT ipChecksum; // 校验和
ULONG ipSource; // 源IP地址
ULONG ipDestination; // 目标IP地址
} IPHeader, *PIPHeader;
typedef struct _TCPHeader // 20字节的TCP头
{
USHORT sourcePort; // 16位源端口号
USHORT destinationPort; // 16位目的端口号
ULONG sequenceNumber; // 32位序列号
ULONG acknowledgeNumber; // 32位确认号
UCHAR dataoffset; // 高4位表示数据偏移
UCHAR flags; // 6位标志位
USHORT windows; // 16位窗口大小
USHORT checksum; // 16位校验和
USHORT urgentPointer; // 16位紧急数据偏移量
} TCPHeader, *PTCPHeader;
typedef struct _UDPHeader
{
USHORT sourcePort; // 源端口号
USHORT destinationPort;// 目的端口号
USHORT len; // 封包长度
USHORT checksum; // 校验和
} UDPHeader, *PUDPHeader;
void DecodeTCPPacket(char *pData, char *szSrcIP, char *szDestIp)
{
TCPHeader *pTCPHdr = (TCPHeader *)pData;
printf("[TCP] 源地址: s:] --> 目标地址: s:] 状态: ",
szSrcIP,ntohs(pTCPHdr->sourcePort),szDestIp,ntohs(pTCPHdr->destinationPort));
switch (pTCPHdr->flags)
{
case 0x1: printf("TCP_FIN n"); break;
case 0x2: printf("TCP_SYN n"); break;
case 0x4: printf("TCP_RST n"); break;
case 0x8: printf("TCP_PSH n"); break;
case 0x10: printf("TCP_ACK n"); break;
default:printf("None n"); break;
}
// 根据端口号判断协议类型
switch (ntohs(pTCPHdr->destinationPort))
{
case 21:
// 解析FTP的用户名和密码
pData = pData sizeof(TCPHeader);
if (strncmp(pData, "USER ", 5) == 0)
printf("FTP用户名: %s n", pData 4);
if (strncmp(pData, "PASS ", 5) == 0)
printf("FTP密码: %s n", pData 4);
break;
case 80:
printf("%s n", pData sizeof(TCPHeader));
break;
}
}
void DecodeUDPPacket(char *pData, char *szSrcIP, char *szDestIp)
{
UDPHeader *pUDPHdr = (UDPHeader *)pData;
printf("[UDP] 源地址: s:] --> 目标地址: s:] n",
szSrcIP,ntohs(pUDPHdr->sourcePort),szDestIp,ntohs(pUDPHdr->destinationPort));
}
void DecodeIPPacket(char *pData)
{
IPHeader *pIPHdr = (IPHeader*)pData;
in_addr source, dest = {0};
char szSourceIp[32], szDestIp[32];
// 从IP头中取出源IP地址和目的IP地址
source.S_un.S_addr = pIPHdr->ipSource;
dest.S_un.S_addr = pIPHdr->ipDestination;
strcpy(szSourceIp, inet_ntoa(source));
strcpy(szDestIp, inet_ntoa(dest));
// IP头长度
int nHeaderLen = (pIPHdr->iphVerLen & 0xf) * sizeof(ULONG);
switch (pIPHdr->ipProtocol)
{
case IPPROTO_TCP: // 如果是TCP协议,则继续解析
DecodeTCPPacket(pData nHeaderLen, szSourceIp, szDestIp);
break;
case IPPROTO_UDP: // UDP协议的解析
DecodeUDPPacket(pData nHeaderLen, szSourceIp, szDestIp);
break;
}
}
int main(int argc, char* argv[])
{
WSADATA wsa;
if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsa) != 0)
return -1;
// 创建原始套接字,过滤IP数据包
SOCKET SockRaw = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_IP);
// 获取本地IP地址
char szHostName[56];
SOCKADDR_IN addr_in;
struct hostent *pHost;
gethostname(szHostName, 56);
if ((pHost = gethostbyname((char*)szHostName)) == NULL)
return -1;
// 在调用ioctl之前，套节字必须绑定
addr_in.sin_family = AF_INET;
addr_in.sin_port = htons(0);
// 此处的网卡pHost->h_addr_list[0] 不同机器序号不同
memcpy(&addr_in.sin_addr.S_un.S_addr, pHost->h_addr_list[0], pHost->h_length);
printf("绑定IP地址为: %s n", inet_ntoa(addr_in.sin_addr));
if (bind(SockRaw, (PSOCKADDR)&addr_in, sizeof(addr_in)) == SOCKET_ERROR)
return -1;
// 设置SIO_RCVALL控制代码,接收所有的IP包
DWORD dwValue = 1;
if (ioctlsocket(SockRaw, SIO_RCVALL, &dwValue) != 0)
return -1;
// 开始接收封包
char buff[4096];
int nRet;
while (TRUE)
{
nRet = recv(SockRaw, buff, 1024, 0);
if (nRet > 0)
{
DecodeIPPacket(buff);
}
}
closesocket(SockRaw);
WSACleanup();
return 0;
}
