基于WinPcap和MFC实现的网络嗅探器

Brokenner

发布日期: 2019-02-11 17:10:11 浏览量: 656
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一、实验目的

  • 掌握嗅探器的工作原理

  • 熟悉 WinPcap 的使用

  • 掌握基于 WinPcap 网络嗅探器的开发过程

二、实验内容

开发出一个 Windows 平台上的网络嗅探工具，能显示所捕获的数据包，并能做相应的分析和统计。主要内容如下：

  • 列出监测主机的所有网卡，选择一个网卡，设置为混杂模式进行监听

  • 捕获所有流经网卡的数据包，并利用 WinPcap 函数库设置过滤规则

  • 分析捕获到的数据包的包头和数据，按照各种协议的格式进行格式化显示

  • 将所开发工具的捕获和分析结果与常用的嗅探器，如 Wireshark，进行比较，完善程序代码

三、开发环境

  • WinPcap 支持库

  • Visual C++ 语言，MFC 支持库

  • Visual Studio 2008 集成开发环境

  • Windows 2007 操作系统

四、系统设计

本次课程设计主要完成基于 WinPcap 的网络嗅探器软件的设计与实现。通过WinPcap 支持库我们可以获取本机网卡信息，并读取经过一个网卡的所有数据包。

通过对数据包的结构化分析，我们可以获得所有数据包的类型及具体内容，然后通过 MFC 可视化控件显示到软件界面上。系统流程图如图 1 所示。

五、模块实现

本次课程设计所实现的嗅探器主要分为四个模块：WinPcap 抓包模块、数据包分析模块、程序界面模块、交互设计模块。各模块的实现如下。

5.1 WinPcap 抓包模块

该模块主要包括：获取本机网卡信息、设置数据包过滤规则、抓取数据包三个功能。其程序框架图如图 2 所示。

5.2 数据包分析模块

该模块是软件实现的重点模块。我们捕获的数据包是以太网帧，通过对帧结构中部分字段进行判别，我们可以识别出该数据包具体属于哪种协议的数据包。

在本次试验中，我们具体分析 TCP,UDP,ICMP,ARP,HTTP 数据包。部分数据包首部定义如下：

  1. //Mac头部，总长度14字节
  2. typedef struct ethernet_header
  3. {
  4.     u_char dstmac[6]; //目标mac地址
  5.     u_char srcmac[6]; //源mac地址
  6.     u_short eth_type; //以太网类型
  7. }ethernet_header;
  9. /* 4 bytes IP address */
  10. typedef struct ip_address{
  11.     u_char byte1; //IP地址第1个字段
  12.     u_char byte2; //IP地址第2个字段
  13.     u_char byte3; //IP地址第3个字段
  14.     u_char byte4; //IP地址第4个字段
  15. }ip_address;
  17. //IP头部，总长度20字节
  18. typedef struct ip_header
  19. {
  20. #if LITTLE_ENDIAN 
  21.     u_char ihl:4;    //首部长度
  22.     u_char version:4;//版本 
  23. #else
  24.     u_char version:4;//版本
  25.     u_char ihl:4;    //首部长度
  26. #endif
  27.     u_char tos;         //服务类型
  28.     u_short tot_len; //总长度
  29.     u_short id;      //标识号
  30. #if LITTLE_ENDIAN 
  31.     u_short frag_off:13;//分片偏移
  32.     u_short flag:3;     //标志
  33. #else
  34.     u_short flag:3;     //标志
  35.     u_short frag_off:13;//分片偏移
  36. #endif
  37.     u_char ttl;      //生存时间
  38.     u_char protocol; //协议
  39.     u_short chk_sum; //检验和
  40.     struct ip_address srcaddr; //源IP地址
  41.     struct ip_address dstaddr; //目的IP地址
  42. }ip_header;
  44. //TCP头部，总长度20字节         TCP头部与TCP数据包不是一个概念；
  45. typedef struct tcp_header
  46. {
  47.     u_short src_port;   //源端口号
  48.     u_short dst_port;   //目的端口号
  49.     u_int seq_no;       //序列号
  50.     u_int ack_no;       //确认号
  51. #if LITTLE_ENDIAN
  52.     u_char reserved_1:4; //保留6位中的4位首部长度
  53.     u_char offset:4;     //tcp头部长度
  54.     u_char flag:6;       //6位标志
  55.     u_char reserved_2:2; //保留6位中的2位
  56. #else
  57.     u_char offset:4;     //tcp头部长度
  58.     u_char reserved_1:4; //保留6位中的4位首部长度
  59.     u_char reserved_2:2; //保留6位中的2位
  60.     u_char flag:6;    //6位标志 
  61. #endif
  62.     u_short wnd_size;   //16位窗口大小
  63.     u_short chk_sum;    //16位TCP检验和
  64.     u_short urgt_p;     //16为紧急指针
  65. }tcp_header;
  67. //UDP头部，总长度8字节
  68. typedef struct udp_header
  69. {
  70.     u_short src_port; //远端口号
  71.     u_short dst_port; //目的端口号
  72.     u_short uhl;      //udp头部长度
  73.     u_short chk_sum;  //16位udp检验和
  74. }udp_header;
  76. //ICMP头部，总长度4字节
  77. typedef struct icmp_header
  78. {
  79.     u_char type;      //类型
  80.     u_char code;      //代码
  81.     u_short chk_sum;  //16位检验和
  82. }icmp_header;

在捕获数据包之后，我们需要对特定字段进行识别，以判断该数据包具体属于哪个协议，分析数据包流程如图 3 所示：

5.3 程序界面模块

  • 界面上方的 button : 用于用户交互，控制整个软件的运行

  • 界面上方的 Combo Box : 用于选择监听的网口

  • 左上方的 Group Box :用户统计不同数据包的个数

  • 左方中间的 Group Box : 用于设置数据包过滤器

  • 中间主体部分 List Control: 结构化显示捕获数据包的信息

  • 左下方的 Tree-view Control: 分析数据包各个字段代表的含义

  • 右下方的 Edit Control: 显示数据包的内容

5.4 交互设计模块

结构化显示数据包： 

  1. // 显示选中的网卡数据包pkt信息到List Control列表框中
  2. void CYGSnifferDlg::DispSelectedtoListCtrl(packet *tmp_pkt)
  3. {
  4.     packet *pkt = new packet;
  5.     const struct pcap_pkthdr *header = new pcap_pkthdr;
  6.     const u_char *pkt_data = new u_char;
  8.     pkt = tmp_pkt;
  9.     header = pkt->header;
  10.     pkt_data = pkt->pkt_data;
  12.     //No
  13.     int iNoCount = m_listAdapterInfo.GetItemCount();
  14.     int iNoDisp = iNoCount + 1;
  15.     TCHAR strNo[10];
  16.     _itow_s(iNoDisp,strNo,10);    
  18.     //TimeStamp
  19.     struct tm lTime = {0,0,0,0,0,0,0,0,0};
  20.     struct tm *plTime = &lTime;
  21.     char strTime[16];
  22.     time_t local_tv_sec;
  23.     local_tv_sec = header->ts.tv_sec;
  24.     localtime_s(plTime,&local_tv_sec);
  25.     strftime(strTime,sizeof strTime,"%H:%M:%S",plTime);    
  27.     //Length
  28.     int iLength = header->len;
  29.     TCHAR strLength[10];
  30.     _itow_s(iLength,strLength,10);
  32.     //Ethernet - Mac
  33.     ethernet_header *eth_hdr = (ethernet_header *)pkt_data;
  34.     TCHAR   eth_srcMac[18];
  35.     TCHAR   eth_dstMac[18];
  36.     CString eth_strType = NULL;
  37.     GetMacAddress(eth_srcMac,eth_hdr->srcmac);
  38.     GetMacAddress(eth_dstMac,eth_hdr->dstmac);
  39.     GetMacType(eth_strType,ntohs(eth_hdr->eth_type),true); // ntohs() is to swap network to host
  41.     // IP
  42.     ip_header *ip_hdr = (ip_header *)(pkt_data+14); // get ip pos
  43.     TCHAR ip_srcAddr[16];
  44.     TCHAR ip_dstAddr[16];
  45.     CString ip_strProtocol = NULL;
  46.     GetIPAddress(ip_srcAddr,&ip_hdr->srcaddr);
  47.     GetIPAddress(ip_dstAddr,&ip_hdr->dstaddr);
  48.     GetIPType(ip_strProtocol,ip_hdr->protocol,true);
  49.     IsHTTP(pkt_data);
  52.     //=========== show ============
  53.     m_listAdapterInfo.InsertItem(iNoCount,strNo);
  54.     USES_CONVERSION;
  55.     m_listAdapterInfo.SetItemText(iNoCount,1,A2W(strTime));
  56.     m_listAdapterInfo.SetItemText(iNoCount,2,strLength);
  58.     m_listAdapterInfo.SetItemText(iNoCount,3,eth_strType);
  59.     m_listAdapterInfo.SetItemText(iNoCount,4,eth_srcMac);
  60.     m_listAdapterInfo.SetItemText(iNoCount,5,eth_dstMac);
  62.     m_listAdapterInfo.SetItemText(iNoCount,6,ip_strProtocol);
  63.     m_listAdapterInfo.SetItemText(iNoCount,7,ip_srcAddr);
  64.     m_listAdapterInfo.SetItemText(iNoCount,8,ip_dstAddr);    
  66.     if(pkt)
  67.     {
  68.         delete pkt;
  69.         pkt = NULL;
  70.     }
  71.     if(header)
  72.     {
  73.         delete header;
  74.         header = NULL;
  75.     }
  76.     if(pkt_data)
  77.     {
  78.         delete pkt_data;
  79.         pkt_data = NULL;
  80.     }
  81. }

显示数据包详细信息（以 IP 协议为例）： 

  1. // 显示IP协议的详细信息
  2. void CYGSnifferDlg::ShowIPDetail(HTREEITEM &hItem,const u_char *pkt_data)
  3. {
  4.     // =================== IP ======================
  5.     ip_header *ip_hdr = (ip_header *)(pkt_data+14);
  7.     hItem = m_treeDetailInfo.InsertItem(TEXT("IP LAYER"));
  8.     CString str = NULL;
  9.     // Version
  10.     u_char ip_version = ip_hdr->version;
  11.     str.Format(TEXT("Version = %d"),ip_version);
  12.     m_treeDetailInfo.InsertItem(str, hItem);
  14.     // Header Length
  15.     u_char ip_length = ip_hdr->ihl;
  16.     str.Format(TEXT("Header Length = %d"),ip_length);
  17.     m_treeDetailInfo.InsertItem(str, hItem);
  19.     // Type of service
  20.     u_char ip_tos = ip_hdr->tos;
  21.     str.Format(TEXT("Service Type = %0X"),ip_tos);
  22.     m_treeDetailInfo.InsertItem(str, hItem);
  24.     // Total Length
  25.     u_short ip_totalLen = ip_hdr->tot_len;
  26.     str.Format(TEXT("Total Length = %d"),ntohs(ip_totalLen));
  27.     m_treeDetailInfo.InsertItem(str, hItem);
  29.     // Identification
  30.     str.Format(TEXT("Identification = %d"),ntohs(ip_hdr->id)); 
  31.     m_treeDetailInfo.InsertItem(str, hItem);
  33.     // Flags
  34.     TCHAR ip_strFlag[4];
  35.     u_short ip_flag = (ip_hdr->flag);
  36.     _itow_s(ip_flag,ip_strFlag,4,2);
  37.     str.Format(TEXT("Flag = %03s"),ip_strFlag);// 填充字符串方法：CString szTemp; szTemp.Format("%06d",   n); //n=123（000123）|456（000456）
  38.     m_treeDetailInfo.InsertItem(str, hItem);
  40.     // Flagment offset
  41.     u_short ip_flagoff = ip_hdr->frag_off;
  42.     str.Format(TEXT("Flagment offset = %d"),ip_flagoff);
  43.     m_treeDetailInfo.InsertItem(str, hItem);
  45.     // Time to live
  46.     u_char ip_ttl = ip_hdr->ttl;
  47.     str.Format(TEXT("Time to live = %d"),ip_ttl);
  48.     m_treeDetailInfo.InsertItem(str, hItem);
  50.     // IP Protocol
  51.     CString ip_strProtocol = NULL;
  52.     u_char ip_protocol = ip_hdr->protocol;
  53.     GetIPType(ip_strProtocol,ip_protocol,false); // get ip protocol by call function -> GetIPType()
  54.     str.Format(TEXT("IP Protocol = %s"),ip_strProtocol);
  55.     m_treeDetailInfo.InsertItem(str, hItem);
  57.     // Header CheckSum
  58.     u_short ip_chksum = ip_hdr->chk_sum;
  59.     str.Format(TEXT("Header CheckSum = %0X"),ntohs(ip_chksum));
  60.     m_treeDetailInfo.InsertItem(str, hItem);
  62.     // Source IP
  63.     TCHAR ip_srcAddr[16];
  64.     TCHAR ip_dstAddr[16];
  65.     GetIPAddress(ip_srcAddr,&ip_hdr->srcaddr);
  66.     GetIPAddress(ip_dstAddr,&ip_hdr->dstaddr);
  67.     str.Format(TEXT("Source IP = %s"),ip_srcAddr);
  68.     m_treeDetailInfo.InsertItem(str, hItem);
  69.     str.Format(TEXT("Dest IP = %s"),ip_dstAddr);
  70.     m_treeDetailInfo.InsertItem(str, hItem);
  71. }

显示数据包内容：

  1. // 显示Packet Data数据信息，最下方控件显示；
  2. void CYGSnifferDlg::GetDataInfo(CEdit & eText, packet *pkt)
  3. {
  4.     const struct pcap_pkthdr *header = pkt->header;
  5.     const u_char *pkt_data = pkt->pkt_data;
  6.     u_int pkt_dataLen = header->len; // 得到单个Packet_Data(注意：不是packet)数据包的长度
  8.     CString strText = NULL;
  9.     CString chrAppend = NULL;
  11.     u_int eRows = 0;
  13.     for(u_short i=0; i<pkt_dataLen; i++)
  14.     {
  15.         CString strAppend = NULL;
  16.         if(0 == (i%16)) // 取余，换行
  17.         {
  18.             eRows++;
  20.             if(0 == i)
  21.             {
  22.                 strText +=chrAppend;
  23.                 strAppend.Format(TEXT(" 0X%04X ->  "),eRows);
  24.                 strText += strAppend;
  25.             }
  26.             else
  27.             { 
  28.                 strText +=TEXT("==>> ") +chrAppend;
  29.                 strAppend.Format(TEXT("\x0d\x0a 0X%04X ->  "),eRows); //0x0d:回车; 0x0a:换行;0X:表示16进制显示;%04x表示以4位的16进制显示并以0填充空位; eRows即显示行数（16进制格式显示）
  30.                 strText += strAppend;
  31.             }
  32.             chrAppend = ""; // reset null
  33.         }
  34.         strAppend.Format(TEXT("%02x "),pkt_data[i]);
  35.         strText += strAppend;
  38.         if(i>2 && pkt_data[i-1]==13 && pkt_data[i]==10)//如果遇到回车、换行，则直接继续，以免使显示字符换行
  39.             continue;
  40.         strAppend.Format(TEXT("%c"),pkt_data[i]);
  41.         chrAppend += strAppend;
  43.     }
  44.     if(chrAppend !="")
  45.         strText +=TEXT("==>> ") +chrAppend;
  47.     eText.SetWindowTextW(strText);
  48. }

六、运行结果

将过滤器设置为选择 IP 和 UDP，程序运行结果如图 5 所示。

七、实验总结

7.1 遇到的问题

本次实验主要遇到的问题有两点：数据包的分析和 MFC 编程。

由于开始对网络协议及数据包结构不清楚，不知道如何解析数据包，也不知道怎样区分不同协议的数据包。于是在网上查了很多关于网络协议分层、数据包分析的资料，才终于明白各层协议之间的关系，并知道了怎样区分不同协议，并成功完成数据包分析工作。

问题二在于 MFC 编程，本科阶段我主攻 JAVA，C++ MFC 只是略有涉及。本次实验为了实现可视化，我找了很多资料，自学 MFC 编程，遇到问题的时候就像周围擅长 MFC 的同学请教，最终完成该软件的编写，虽然还有一些不足的地方，但也是一次成功的尝试。

7.2 收获与体会

通过本次实验，我对网络协议有了更深的理解，同时学会了如何处理数据包。对整个计算机网络知识的理解有了质的提升。同时，我还自学了 MFC 编程，编程水平有较大提高。总而言之，这次实验让我收获良多！

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Brokenner
2019-02-11 17:10:47
使用winpcap和mfc开发的网络嗅探器
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