TDI网络过滤驱动应用

在前面的文章中，我们分析了TDI网络过滤驱动的基本开发框架以及TDI网络过滤驱动框架下面防火墙实例tdifw的实现，可以参考：

1. TDI网络过滤驱动开发指南。
2. TDI网络过滤驱动之tdifw实现原理分析。

对于TDI网络过滤驱动下面的防火墙应用，是TDI驱动最简单的一种应用场景，我们只需要对TDI_CONNECT，tdi_event_connect，tdi_send_datagram和tdi_event_receive_datagram消息/回调进行防火墙规则处理即可。

下面我们分析一下TDI网络过滤驱动的其他应用，包括：

1. 进程流量限定。
2. DNS重定向代理。
3. TCP重定向代理。

这些例子相比TDIFW防火墙将会复杂很多，例如最简单的流量限定。我们需要对发送和接收数据进行限流操作的话，需要对发送的IRP以及接收的数据进行缓存和挂起操作，当低于流量限定的时候再激活操作。整个过程涉及到数据接收的TDI请求重注入，相比防火墙的拦截来说要复杂很多。

1. 技术概览

我们先来看一下整个TDI网络驱动应用的框架，如下：

在上述框架中：

1. 应用程序发起的网络请求或者底层来的网络数据包都先放入IoQueue队列中，然后将整个数据置于PENDING状态。
2. 将数据包通过RequestQueue队列来进行其他处置，例如可以如下：
   1. 将数据包通过IRP请求传递给用户层，让用户层计算流量或者进行UDP转发（TCP连接转发）等。
   2. 可以在RequestQueue延迟完成数据包的传递，达到流量限定的目的。
   3. 在用户的进行数据包的DUMP（类似TCPDUMP工具进行网络抓包）。

2. 数据包的抓取

通过上面我们得知，TDI驱动有一个重要的操作，就是需要对网络数据包进行抓取，将数据包抓取到用户层，提供给用户层做各种分析。对于TCP数据我们有如下消息可以采集：

1. IRP_MJ_CREATE：创建地址对象和连接对象。
2. TDI_SEND：采集TCP/UDP数据被发送的事件，我们可以从IRP中提取发送的数据，用来采集本机发出去的数据。
3. TDI_RECEIVE：采集本机主动接收数据的事件。
4. TDI_CONNECT：TCP的连接请求，我们可以替换连接请求的数据，达到TCP代理的功能。
5. TDI_EVENT_CONNECT：被动接收连接的事件，改事件只能用作通知功能。
6. TDI_EVENT_RECEIVE/TDI_EVENT_RECEIVE_EXPEDITED：接收数据包的事件，抓取该事件我们可以采集本机接收的数据包信息。

对于UDP数据我们有如下事件可以采集：

1. IRP_MJ_CREATE：创建地址对象。
2. TDI_SEND/TDI_SEND_DATAGRAM：采集UDP数据被发送的事件，我们可以从IRP中提取发送的数据，用来采集本机发出去的数据。
3. TDI_RECEIVE_DATAGRAM：采集本机主动接收数据的事件。
4. TDI_EVENT_RECEIVE_DATAGRAM：接收UDP数据包的事件，抓取该事件我们可以采集本机接收的数据包信息。

对于上述所有的事件，可以从用户层的处理来分为两类：

1. 通知类。通知类事件是通知用户层有什么事件发生，例如当UDP接收到IRP_MJ_CREATE消息的时候，可以得到UDP_CREATED被创建的消息。
2. 决策类。决策类是需要用户层对该消息进行响应的事件，例如TCP_CONNECTED响应，需要我们对建立的连接请求进行决策（例如TCP的连接代理）。

通知类主要是通知用户层当前TDI的各种状态和情况；而决策类的事件是整个事件采集的核心，我们可以对数据进行加密或者解密，对请求进行代理转发，或者对数据进行审计。

3. 应用实例

下面我们来看一下如下TDI实例的应用，包括：

1. 进程流量限定。
2. DNS重定向代理。
3. TCP重定向代理。

3.1 TrafficShaper(限流)

流量限定主要实现的原理是对send, recv, sendto, recvfrom等数据长度进行统计，在单位时间内数据量的大小如果超过限流大小就暂停数据的发送和接收，实现大致如下：

virtual void tcpReceive(ENDPOINT_ID id, const char * buf, int len)
{
    bytesIn += len;
    if (bytesIn > ioLimit)
    {
        suspendLimit(...);
    }
}

virtual void tcpSend(ENDPOINT_ID id, const char * buf, int len)
{
    bytesOut += len;
    if (bytesOut > ioLimit)
    {
        suspendLimit(...);
    }
}

virtual void udpReceive(ENDPOINT_ID id, const char * buf, int len)
{
    bytesIn += len;
    if (bytesIn > ioLimit)
    {
        suspendLimit(...);
    }
}

virtual void udpSend(ENDPOINT_ID id, const char * buf, int len)
{
    bytesOut += len;
    if (bytesOut > ioLimit)
    {
        suspendLimit(...);
    }
}

除了在数据接收或者发送的回调函数中统计流量信息之后，我们需要额外创建一个线程，该线程统计单位事件内流量的状态：

1. 如果单位事件内流量超出限流，那么暂停数据的收发。
2. 如果单位事件内流量低于限流，那么恢复数据的收发。

那么suspendLimit怎么暂停数据的收发呢？方法就是针对TDI_SEND这种发送请求，将其IRP挂起，不再进行发送处理；等到流量恢复的时候再次进行发送。

3.2 DnsRedirector(DNS重定向)

我们知道，如果使用gethostbyname函数我们可以获取主机名对应的IP地址信息，该函数如下：

hostent * gethostbyname(
  const char *name
);

例如我们浏览器访问网站的时候，就会对网站地址进行域名解析（也就是通过gethostbyname获取域名对应的IP地址）。

其实域名解析是利用DNS协议，向域名服务器发送DNS请求来查询主机名对应的主机地址的；该协议格式是固定的，并且有固定的端口，这个端口就是53，并且使用UDP协议进行发送。

因此如果我们可以对53端口的UDP数据包进行拦截加转发，那么我们就可以使用DNS查询的重定向了。

因此我们只需要响应回调函数udpSend，对53端口的数据进行转发处理，如下：

virtual void udpSend(ENDPOINT_ID id, const unsigned char * remoteAddress, const char * buf, int len)
{
    //...
}

我们对udpSend回调中的数据，可以使用socket和sendto以及recvfrom发送DNS请求，并获取DNS请求的返回数据。

在这里有一个主要的操作就是recvfrom数据注入；我们在代理线程中将原始DNS数据包代理之后，然后通过recvfrom接收DNS请求的返回数据后，需要将数据重新注入给TDI驱动，让TDI驱动返回给原始进程，从而达到DNS代理的过程。

recvfrom数据注入就是将数据发送给TDI驱动之后，TDI驱动通过TDI_RECEIVE_DATAGRAM或者TDI_EVENT_RECEIVE_DATAGRAM返回数据。

3.3 TcpRedirector(TCP重定向)

其实DnsRedirector就是UDP重定向的一个例子；而TcpRedirector是TCP重定向的一个例子。TCP重定向其实应用非常广泛，例如很多VPN代理的TCP服务（TCP流量）就是通过TCP重定向来实现的。

不过本人看过一些大厂的VPN实现TCP代理用的还是LSP（Layered service provider）来做的，本文来讨论如何通过TDI驱动来实现TCP代理。

TCP代理主要是对connect进行处理，将连接的地址换成代理进程监控的地址，如下：

virtual void tcpConnectRequest(ENDPOINT_ID id, PTCP_CONN_INFO pConnInfo)
{
    //...
    memcpy(pConnInfo->remoteAddress, redirectToAddress, sizeof(pConnInfo->remoteAddress));
    //...
}

从这里我们可以看到，TCP的代理实现起来其实比较简单的，该功能最复杂的一个点是代理服务器的实现，一般要实现比较高效我们应当使用完成端口来对套接字进行监控。这里我们并不对TCP代理服务器做详细介绍。

4. 总结与参考

这里我们从三个实例（限流，UDP重定向，TCP重定向）大致了解TDI网络过滤驱动的基本应用场景；对于驱动防火墙的TDI网络过滤驱动复杂应用，我们需要将网络数据包进行截获以及重注入处理。

对于TDI网络过滤驱动更加全面的使用，我们可以参考NetFilter SDK 2，该SDK链接为https://netfiltersdk.com/，可惜的是该SDK是一个收费的SDK，不过它提供了相关的Sample代码，包括TrafficShaper，TcpRedirector，DnsRedirector和SocksProxyServer还是非常具有参考性的。