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WinpCap的详解(一)

 香远_溢清 2014-05-05

首先来百科一下Winpcap是一个什么东东。Winpcap(windows packet capture)是windows平台下一个免费,公共的网络访问系统。

  它有如下几个功能:

  1、捕获原始数据包,包括在共享网络上各主机发送/接收的以及相互之间交换的数据;

  2、在数据包发往应用程序之前,按照自定义的规则将某些特殊的数据包过滤掉;

  3、在网络上发送原始的数据包;

  4、收集网络通信过程中的统计信息。

      从上面的功能来看,这个库文件提供了许多的API函数,可以让我们捕获网络上的数据包以及统计网络通信的信息。为了更直观的反应这个库文件的作用,我们来看看利用这个库文件写出来的一个应用软件,wireshark。界面如下图所示,这个界面只是捕获数据的一个小界面,里面有很多的设置,有兴趣可以下载一个试试。他能统计在一个局域网的所有网络信息。

  这里面重要一点,需要提醒的是:winpcap的主要功能在于独立于主机协议(如TCP-IP)而发送和接收原始数据包。也就是说,winpcap不能阻塞,过滤或控制其他应用程序数据包的发收,它仅仅只是监听共享网络上传送的数据包。也就是说,WinpCap主要功能不能截取网络中的数据,他只能监听里面的数据。

  对于WinpCap的结构以及原理,我们自然可以不用理会啦,我们只需要知道他的用途就行啦!

一、安装WinpCap

  1、首先我们来看看如何安装WinpCap这个库,首先是下载WinpCap安装文件,这里有许多的版本,可以在官网上下载,http://www./,这里重点提醒一下,特别需要注意一下版本,如果你的版本是4.02,那么你的安装包也必须下载对应的版本,这里特别注意下,你可以下载当前比较稳定的版本。下载之后安装就ok啦!这里我用的是WinpCap4.02.

  2、下载WinpCap Develop's Packs,这里我也提供相同的版本WpdPack4.02.

  3、解压后会得一个目录WpdPack四个子目录:
  docs
  Examples-pcap
  Examples-remote
  Include
  Lib
  然后配置VC++
  tools --> options --> Projects and Solutions --> VC++ Directories :

  Include files :WpdPackPath\include

  Library files:WpdPackPath\lib

  4、经过上面的步骤之后,你的WinpCap应该就安装成功啦,之后就是运行一下里面提供的例程啦,如果有什么问题,就对应的把问题在网上查一查,总体来说有以下几个问题:第一个就是需要在工程的链接库上添加wpcap.lib链接库;第二个就是你的SDK太老了,需要添加更新你的SDK,相应的到官方网站上下载适合你电脑的SDK。这里面查错的能力就是大家查找相关的网站,只要把错误的英语输入google和百度就大部分能找到原因。这里提供一个别人的博客,里面写的挺详细的WinPcap 常见安装和运行错误

二、各种功能的实现

  这里面有许多的例子,但是大部分例子都是建立在一定的基础上的,首先我们来看看几个基本的函数。这里推荐一个好的网站,里面有这个库所有解释。

  1、pcap_if,和pcap_if_t是一样的

/*  * Item in a list of interfaces.  */ 

struct pcap_if {  

struct pcap_if *next;  

char *name;  /* name to hand to "pcap_open_live()" */ 

 char *description; /* textual description of interface, or NULL */  struct pcap_addr *addresses; 

 bpf_u_int32 flags; /* PCAP_IF_ interface flags */ };

  从上面的结构体定义可以看到,有五个元素。第一是一个pcap_if的链表指向下一个设备接口;第二个是设备的实际的名字,这个名字是机器能识别的名字,供pcap_open_live()调用;第三个是设备的文本描述符,这个描述符就是人们能够识别的文本符号;第四个是一个地址指针,指向的是一系列接口的第一个指针;第五个是一个标志位,目前这个标志位主要是不是loopback设备。

  2 用户定义了两个类型

typedef struct pcap pcap_t; 一个已打开的捕获实例描述符,这个结构体对用户来说是不透明的,他提供wpcap.dll的函数来维护他的内容。
typedef struct pcap_addr pcap_addr_t;接口地址。

  3 一个数据包在堆文件中的文件头,包括时间戳,目前部分的长度和数据包的长度

struct pcap_pkthdr {
 struct timeval ts; /* time stamp */
 bpf_u_int32 caplen; /* length of portion present */
 bpf_u_int32 len; /* length this packet (off wire) */
};

 1、获取设备列表

  通常,编写基于WinPcap应用程序的第一件事情,就是获得已连接的网络适配器列表。libpcap和WinPcap都提供了 pcap_findalldevs_ex() 函数来实现这个功能: 这个函数返回一个 pcap_if 结构的链表, 每个这样的结构都包含了一个适配器的详细信息。值得注意的是,数据域 namedescription 表示一个适配器名称和一个可以让人们理解的描述。

  来看看下面简单的一个代码:

 这个代码很简单首先利用一个API函数获得机器的所有网络设备列表,接着一个个打印出来。

#include "pcap.h"
 
main()
{
    pcap_if_t *alldevs;
    pcap_if_t *d;
    int i=0;
    char errbuf[PCAP_ERRBUF_SIZE];
     
    /* 获取本地机器设备列表 */
    if (pcap_findalldevs_ex(PCAP_SRC_IF_STRING, NULL /* auth is not needed */, &alldevs, errbuf) == -1)
    {
        fprintf(stderr,"Error in pcap_findalldevs_ex: %s\n", errbuf);
        exit(1);
    }
     
    /* 打印列表 */
    for(d= alldevs; d != NULL; 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;
    }
 
    /* 不再需要设备列表了,释放它 */
    pcap_freealldevs(alldevs);
}

  2、获取已安装设备的高级信息

  在第1讲中, (获取设备列表) 我们展示了如何获取适配器的基本信息 (如设备的名称和描述)。 事实上,WinPcap提供了其他更高级的信息。 特别需要指出的是, 由 pcap_findalldevs_ex() 返回的每一个 pcap_if 结构体,都包含一个 pcap_addr 结构体,这个结构体由如下元素组成:

  • 一个地址列表
  • 一个掩码列表 (each of which corresponds to an entry in the addresses list).
  • 一个广播地址列表 (each of which corresponds to an entry in the addresses list).
  • 一个目的地址列表 (each of which corresponds to an entry in the addresses list).

  

#include "pcap.h"
 
#ifndef WIN32
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
#else
    #include <winsock.h>
#endif
 
 
// 函数原型
void ifprint(pcap_if_t *d);
char *iptos(u_long in);
char* ip6tos(struct sockaddr *sockaddr, char *address, int addrlen);
 
 
int main()
{
  pcap_if_t *alldevs;
  pcap_if_t *d;
  char errbuf[PCAP_ERRBUF_SIZE+1];
  char source[PCAP_ERRBUF_SIZE+1];
 
  printf("Enter the device you want to list:\n"
            "rpcap://              ==> lists interfaces in the local machine\n"
            "rpcap://hostname:port ==> lists interfaces in a remote machine\n"
            "                          (rpcapd daemon must be up and running\n"
            "                           and it must accept 'null' authentication)\n"
            "file://foldername     ==> lists all pcap files in the give folder\n\n"
            "Enter your choice: ");
 
  fgets(source, PCAP_ERRBUF_SIZE, stdin);
  source[PCAP_ERRBUF_SIZE] = '\0';
 
  /* 获得接口列表 */
  if (pcap_findalldevs_ex(source, NULL, &alldevs, errbuf) == -1)
  {
    fprintf(stderr,"Error in pcap_findalldevs: %s\n",errbuf);
    exit(1);
  }
 
  /* 扫描列表并打印每一项 */
  for(d=alldevs;d;d=d->next)
  {
    ifprint(d);
  }
 
  pcap_freealldevs(alldevs);
 
  return 1;
}
 
 
 
/* 打印所有可用信息 */
void ifprint(pcap_if_t *d)
{
  pcap_addr_t *a;
  char ip6str[128];
 
  /* 设备名(Name) */
  printf("%s\n",d->name);
 
  /* 设备描述(Description) */
  if (d->description)
    printf("\tDescription: %s\n",d->description);
 
  /* Loopback Address*/
  printf("\tLoopback: %s\n",(d->flags & PCAP_IF_LOOPBACK)?"yes":"no");
 
  /* IP addresses */
  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)
          printf("\tAddress: %s\n",iptos(((struct sockaddr_in *)a->addr)->sin_addr.s_addr));
        if (a->netmask)
          printf("\tNetmask: %s\n",iptos(((struct sockaddr_in *)a->netmask)->sin_addr.s_addr));
        if (a->broadaddr)
          printf("\tBroadcast Address: %s\n",iptos(((struct sockaddr_in *)a->broadaddr)->sin_addr.s_addr));
        if (a->dstaddr)
          printf("\tDestination Address: %s\n",iptos(((struct sockaddr_in *)a->dstaddr)->sin_addr.s_addr));
        break;
 
      case AF_INET6:
        printf("\tAddress Family Name: AF_INET6\n");
        if (a->addr)
          printf("\tAddress: %s\n", ip6tos(a->addr, ip6str, sizeof(ip6str)));
       break;
 
      default:
        printf("\tAddress Family Name: Unknown\n");
        break;
    }
  }
  printf("\n");
}
 
 
 
/* 将数字类型的IP地址转换成字符串类型的 */
#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 *)&in;
    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];
}
 
char* ip6tos(struct sockaddr *sockaddr, char *address, int addrlen)
{
    socklen_t sockaddrlen;
 
    #ifdef WIN32
    sockaddrlen = sizeof(struct sockaddr_in6);
    #else
    sockaddrlen = sizeof(struct sockaddr_storage);
    #endif
 
 
    if(getnameinfo(sockaddr,
        sockaddrlen,
        address,
        addrlen,
        NULL,
        0,
        NI_NUMERICHOST) != 0) address = NULL;
 
    return address;
}

  代码里面都有解释,很好理解,而这些API函数如果不明白,都可以MSDN就行啦!

3、打开适配器并捕获数据包(利用回调函数实现数据包捕获)

  现在,我们已经知道如何获取适配器的信息了,那我们就开始一项更具意义的工作,打开适配器并捕获数据包。在这讲中,我们会编写一个程序,将每一个通过适配器的数据包打印出来。

  打开设备的函数是 pcap_open()。下面是参数 snaplen, flagsto_ms 的解释说明。

snaplen 制定要捕获数据包中的哪些部分。 在一些操作系统中 (比如 xBSD 和 Win32), 驱动可以被配置成只捕获数据包的初始化部分: 这样可以减少应用程序间复制数据的量,从而

    提高捕获效率。本例中,我们将值定为65535,它比我们能遇到的最大的MTU还要大。因此,我们确信我们总能收到完整的数据包。

flags:  最最重要的flag是用来指示适配器是否要被设置成混杂模式。 一般情况下,适配器只接收发给它自己的数据包, 而那些在其他机器之间通讯的数据包,将会被丢弃。 相反,如果适

    配器是混杂模式,那么不管这个数据包是不是发给我的,我都会去捕获。也就是说,我会去捕获所有的数据包。 这意味着在一个共享媒介(比如总线型以太网),WinPcap能捕获其他

    主机的所有的数据包。 大多数用于数据捕获的应用程序都会将适配器设置成混杂模式,所以,我们也会在下面的范例中,使用混杂模式。

to_ms 指定读取数据的超时时间,以毫秒计(1s=1000ms)。在适配器上进行读取操作(比如用 pcap_dispatch() 或 pcap_next_ex()) 都会在 to_ms 毫秒时间内响应,即使在网络上没

    有可用的数据包。 在统计模式下,to_ms 还可以用来定义统计的时间间隔。 将 to_ms 设置为0意味着没有超时,那么如果没有数据包到达的话,读操作将永远不会返回。 如果设

    置成-1,则情况恰好相反,无论有没有数据包到达,读操作都会立即返回。

 

来看看下面的代码,利用回调函数实现数据捕获。

#include "pcap.h"
 
/* packet handler 函数原型 */
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];
     
    /* 获取本机设备列表 */
    if (pcap_findalldevs_ex(PCAP_SRC_IF_STRING, NULL, &alldevs, errbuf) == -1)
    {
        fprintf(stderr,"Error in pcap_findalldevs: %s\n", errbuf);
        exit(1);
    }
     
    /* 打印列表 */
    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;
    }
     
    /* 跳转到选中的适配器 */
    for(d=alldevs, i=0; i< inum-1 ;d=d->next, i++);
     
    /* 打开设备 */
    if ( (adhandle= pcap_open(d->name,          // 设备名
                              65536,            // 65535保证能捕获到不同数据链路层上的每个数据包的全部内容
                                 PCAP_OPENFLAG_PROMISCUOUS,    // 混杂模式
                              1000,             // 读取超时时间
                              NULL,             // 远程机器验证
                              errbuf            // 错误缓冲池
                              ) ) == NULL)
    {
        fprintf(stderr,"\nUnable to open the adapter. %s is not supported by WinPcap\n", d->name);
        /* 释放设备列表 */
        pcap_freealldevs(alldevs);
        return -1;
    }
     
    printf("\nlistening on %s...\n", d->description);
     
    /* 释放设备列表 */
    pcap_freealldevs(alldevs);
     
    /* 开始捕获 */
    pcap_loop(adhandle, 0, packet_handler, NULL);
     
    return 0;
}
 
 
/* 每次捕获到数据包时,libpcap都会自动调用这个回调函数 */
void packet_handler(u_char *param, const struct pcap_pkthdr *header, const u_char *pkt_data)
{
    struct tm *ltime;
    char timestr[16];
    time_t local_tv_sec;
     
    /* 将时间戳转换成可识别的格式 */
    local_tv_sec = header->ts.tv_sec;
    ltime=localtime(&local_tv_sec);
    strftime( timestr, sizeof timestr, "%H:%M:%S", ltime);
     
    printf("%s,%.6d len:%d\n", timestr, header->ts.tv_usec, header->len);
}

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