TCP/IP 网络嗅探器开发实例

news2024/12/23 10:31:00

主要内容

实例使用环境

知识储备

IP数据报格式

IP头结构体定义

TCP头格式

TCP头结构体定义

实例的调用演示

 实例的完整代码

initsock.h

protoinfo.h文件 

 Sniffer.cpp文件

实例总结

基于原始套接字的网络封包嗅探的工作过程

Sniffer节点调用分析

在Visual Studio2019 的调用事项

问题一：程序的打开问题

问题二：解决编译器的C4996代码问题

主要内容

1，了解利用原始套接字进行通信程序的编写，编译和执行。

2，利用原始套接字编程将网卡设置为混杂模式，对局域网（自组网/机房网络/宿舍网络或其他）上传输的数据包进行捕获与分析；

3，能分析出捕获的IP数据包的生存时间、协议、头部校验和、源IP地址以及目标IP地址等内容。并将上述解析结果规范显示出来。

实例使用环境

操作系统：  Microsoft Windows 11

编程环境：  Visual Studio 2019

知识储备

IP数据报格式

IP数据报格式

IP头结构体定义

IP头结构体
typedef struct _IPHeader         // 20字节的IP头
{
    UCHAR     iphVerLen;         // 4位首部长度+4位IP版本号           
    UCHAR     ipTOS;             // 8位服务类型                       
    USHORT    ipLength;          // 16位封包总长度，即整个IP报的长度  
    USHORT    ipID;              // 16位封包标识，惟一标识发送的每一个数据报 
    USHORT    ipFlags;           // 3位标志位+13报片偏移 
    UCHAR     ipTTL;             // 8位生存时间，就是TTL              
    UCHAR     ipProtocol;        // 8位协议，TCP、UDP、ICMP等         
    USHORT    ipChecksum;        // 16位IP首部校验和              
    ULONG     ipSource;          // 32位源IP地址                 
    ULONG     ipDestination;     // 32位目标IP地址                    
} IPHeader, * PIPHeader;

 

TCP头格式

TCP包头格式

TCP头结构体定义

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，低6位保留字 
    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;

 

实例的调用演示

程序成功绑定了本机的IP地址(注意不能是任意)

程序尝试嗅探主机中的IP数据封包，并成功解析出源IP地址以及目标IP地址，协议及对应端口等内容。

 实例的完整代码

initsock.h

#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib, "WS2_32")	// 链接到WS2_32.lib

class CInitSock
{
public:
	CInitSock(BYTE minorVer = 2, BYTE majorVer = 2)
	{
		// 初始化WS2_32.dll
		WSADATA wsaData;
		WORD sockVersion = MAKEWORD(minorVer, majorVer);
		if (::WSAStartup(sockVersion, &wsaData) != 0)
		{
			exit(0);
		}
	}
	~CInitSock()
	{
		::WSACleanup();
	}
};

protoinfo.h文件 

// protoinfo.h文件

/*

定义协议格式
定义协议中使用的宏

 */
#ifndef __PROTOINFO_H__
#define __PROTOINFO_H__


#define ETHERTYPE_IP    0x0800
#define ETHERTYPE_ARP   0x0806

typedef struct _ETHeader         // 14字节的以太头
{
	UCHAR	dhost[6];			// 目的MAC地址destination mac address
	UCHAR	shost[6];			// 源MAC地址source mac address
	USHORT	type;				// 下层协议类型，如IP（ETHERTYPE_IP）、ARP（ETHERTYPE_ARP）等
} ETHeader, * PETHeader;


#define ARPHRD_ETHER 	1

// ARP协议opcodes
#define	ARPOP_REQUEST	1		// ARP 请求	
#define	ARPOP_REPLY		2		// ARP 响应


typedef struct _ARPHeader		// 28字节的ARP头
{
	USHORT	hrd;				//	硬件地址空间，以太网中为ARPHRD_ETHER
	USHORT	eth_type;			//  以太网类型，ETHERTYPE_IP ？？
	UCHAR	maclen;				//	MAC地址的长度，为6
	UCHAR	iplen;				//	IP地址的长度，为4
	USHORT	opcode;				//	操作代码，ARPOP_REQUEST为请求，ARPOP_REPLY为响应
	UCHAR	smac[6];			//	源MAC地址
	UCHAR	saddr[4];			//	源IP地址
	UCHAR	dmac[6];			//	目的MAC地址
	UCHAR	daddr[4];			//	目的IP地址
} ARPHeader, * PARPHeader;


// 协议
#define PROTO_ICMP    1
#define PROTO_IGMP    2
#define PROTO_TCP     6
#define PROTO_UDP     17

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;


// 定义TCP标志
#define   TCP_FIN   0x01
#define   TCP_SYN   0x02
#define   TCP_RST   0x04
#define   TCP_PSH   0x08
#define   TCP_ACK   0x10
#define   TCP_URG   0x20
#define   TCP_ACE   0x40
#define   TCP_CWR   0x80

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
	//FIN - 0x01
	//SYN - 0x02
	//RST - 0x04 
	//PUSH- 0x08
	//ACK- 0x10
	//URG- 0x20
	//ACE- 0x40
	//CWR- 0x80

	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;

#endif // __PROTOINFO_H__

 Sniffer.cpp文件

// Sniffer.cpp文件
#pragma warning(disable:4996)
#include "initsock.h"
#include "protoinfo.h" 

#include <stdio.h>
#include <mstcpip.h>

#pragma comment(lib, "Advapi32.lib")

CInitSock theSock;

void DecodeTCPPacket(char* pData)
{
	TCPHeader* pTCPHdr = (TCPHeader*)pData;

	printf(" Port: %d -> %d \n", ntohs(pTCPHdr->sourcePort), ntohs(pTCPHdr->destinationPort));

	// 下面还可以根据目的端口号进一步解析应用层协议
	switch (::ntohs(pTCPHdr->destinationPort))
	{
	case 21:
		break;
	case 80:
	case 8080:
		break;
	}
}

void DecodeIPPacket(char* pData)
{
	IPHeader* pIPHdr = (IPHeader*)pData;
	in_addr source, dest;
	char szSourceIp[32], szDestIp[32];

	printf("\n\n-------------------------------\n");

	// 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));

	printf("	%s -> %s \n", szSourceIp, szDestIp);
	// IP头长度
	int nHeaderLen = (pIPHdr->iphVerLen & 0xf) * sizeof(ULONG);

	switch (pIPHdr->ipProtocol)
	{
	case IPPROTO_TCP: // TCP协议
		DecodeTCPPacket(pData + nHeaderLen);
		break;
	case IPPROTO_UDP:
		break;
	case IPPROTO_ICMP:
		break;
	}
}


void main()
{
	// 创建原始套节字
	SOCKET sRaw = 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;

	// 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);
	memcpy(&addr_in.sin_addr.S_un.S_addr, pHost->h_addr_list[0], pHost->h_length);

	printf(" Binding to interface : %s \n", ::inet_ntoa(addr_in.sin_addr));
	if (bind(sRaw, (PSOCKADDR)&addr_in, sizeof(addr_in)) == SOCKET_ERROR)
		return;

	// 设置SIO_RCVALL控制代码，以便接收所有的IP包	
	DWORD dwValue = 1;
	if (ioctlsocket(sRaw, SIO_RCVALL, &dwValue) != 0)
		return;

	// 开始接收封包
	char buff[1024];
	int nRet;
	while (TRUE)
	{
		nRet = recv(sRaw, buff, 1024, 0);
		if (nRet > 0)
		{
			DecodeIPPacket(buff);
		}
	}
	closesocket(sRaw);
}

实例总结

基于原始套接字的网络封包嗅探的工作过程

使用原始套接字写嗅探器的流程：

1 使用socket创建基于IP协议的原始套接字。

2 获取本地IP地址。

3 将原始套接字绑定到本地IP地址上。

4 使用ioctlsocket函数设置套接字选项SIO_RCVALL，即接受所有数据。

5 无尽调用recv函数。

Sniffer节点调用分析

    通常的套接字程序只能响应与自己MAC地址相匹配的或是以广播形式发出的数据帧，对于其他形式的数据帧网络接口采取的动作是直接丢弃。为了使网卡接收所有经过它的封包，要将其设置为混杂模式。

    程序运行之后，首先要创建原始套接字，将它绑定到一个明确的本地地址（不能为ADDR_ANY）,然后设置SIO_RCVALL控制代码，最后进入无限循环，不断调用recv函数接收经过本地网卡的IP封包。

    程序接收到IP封包之后，调用自定义函数DecodeIPPaccket进行解包。这个函数萃取出封包中的协议头，向用户打印出协议信息，本次实验Sniffer程序仅解析了封包中的IP头和TCP头。

在Visual Studio2019 的调用事项

问题一：程序的打开问题

由于网络嗅探器程序需要较高的使用权限，所以要以编译器要以管理员的身份打开使用。

问题二：解决编译器的C4996代码问题

由于代码样例的使用规则与现行的编译器的代码定义规则(安全性过高)存在不兼容的问题，在尝试过许多方法后，尝试解决思路如下：

如果都没很好的解决问题，最后只能输入#pragma warning(disable:4996)强制忽略掉C4996所带来的警告程序恢复了正常运行。

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