网络安全程序设计报告.docx
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网络安全程序设计报告
基于原始Socket的网络嗅探器
1.概述
本程序使用原始Socket来捕获网络内的数据包，通过将本机的网卡设置为混杂模式，来使得网卡接收网络内的所有数据包，从而将其捕获。
然后，将捕获到的数据包进行拆解，得到数据包内部的信息。
本系统目前支持TCP、UDP、ICMP包的解析。
1.1程序的开发环境
使用的编程语言：
C++
使用的开发工具：
VisualC++6.0
1.2小组成员及分工
2.背景知识
2.1网卡的混杂模式
网卡的工作模式有正常模式和混杂模式两种。
在正常模式下，网卡只接收目的地址是本机的数据包，其他的数据包全部丢弃。
而网卡在混杂模式下，则接收所有经过网卡是数据包。
也就是说，混杂模式时网卡接收所有通过它的数据流，不论是什么格式，什么地址。
具体的地址转发则是在接收到数据后由MAC层来进行。
通常在设计捕获数据包的程序时，均需要将网卡设置为混杂模式。
2.2常用数据报的格式
2.2.1IP数据报
IP数据报是分布于网络层的数据包，提高对网络中主机的地址定位操作。
其中包含了重要的数据信息，包括发送数据包的主机，即源IP地址，接收数据包的主机，即目的IP地址。
以及其他一些IP地址相关的的附加信息。
IP数据报的格式如下：
版本
报文长度
服务类型
总长度
标识符
标志
片偏移
生存时间
协议
报头校验和
源IP地址
目的IP地址
IP选项
2.2.2TCP数据报
TCP向应用程序提供可靠的数据传输服务。
TCP数据报由TCP首部和TCP数据部分组成。
其TCP首部的格式如下：
2.2.3UDP数据报
UDP向应用程式提供无连接的数据传输。
虽然UDP是数据传输可靠性不如TCP，但其资源占用少，传输速度快，使得其在某些场合使用十分适合。
例如，传输零星数据，简单的文本传输等。
UDP数据报的首部仅仅有4个16位的字段，它们分别是UDP源端口，UDP目的端口，UDP数据报长度及校验和。
UDP头部格式：
UDP源端口号（16位）
UDP目的端口号（16位）
UDP长度（16位）
UDP校验和（16位）
2.2.4ICMP数据报
ICMP是传输控制信息的报文，例如差错信息控制，目的地是否可达的信息等。
标准的ICMP报文只有4个字节，但是在其多种控制报文中又有4个字节的控制信息，因此在ICMP的报文头部中应该加入该字段。
ICMP头部的格式
类型（8位）
代码（8位）
校验和（16位）
控制信息（32位）
3.程序流程图
3.1程序总体流程图
图3.1程序主体流程图
3.2程序创建套接字部分流程图
图3.2创建套接字流程图
3.3程序拆包部分流程图
图3.3拆包部分流程图
4.程序实现
4.1程序中的重要函数
4.1.1创建原始套接字
m_Sock=socket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP）;
socket（）函数用于创建原始套接字，其中相关的参数说明如下：
AF_INET：
设置套接字地址家族为TCP/IP地址家族
SOCK_RAW：
设置套接字为原始套接字
IPPROTP_IP：
设置套接字接收数据包，为IP层的数据包
4.1.2设置套接字的工作方式，为混杂模式
WSAIoctl（m_Sock,SIO_RCVALL,&inBuffer,sizeof（inBuffer）,&outBuffer,sizeof（outBuffer）,&reValue,NULL,NULL）
WSAIoctl（）函数用于设置网卡的工作模式位混杂模式，在此模式下网卡可以接受所经过网卡的数据包。
WSAIoctl（）函数的相关参数说明如下：
m_Sock：
传入参数，标识一个套接字
SIO_RCVALL:
网卡的工作模式，混杂模式
&inBuffer：
设置输入的缓冲区
Sizeof（inBuffer）：
输入缓冲区的大小
&outBuffer：
设置输出缓冲区
Sizeof（outBuffer）：
输出缓冲区的大小
&revalue：
传出参数，指向函数实际返回的字节数的地址
NULL：
传入参数，WSAOVERLAPPED结构的地址
NULL：
传入参数，一个指向操作结束调用的例程指针。
4.1.3接收数据包
ret=recv（pDlg->m_Sock,buffer,1000,0）
recv（）函数用于接收经过网卡的数据包。
其相关参数说明如下：
pDlg->m_Sock：
接收使用的特定套接字
buffer：
缓冲区
1000：
缓冲区的大小
0：
其接收模式为正常接收
4.2程序中的重要数据结构
4.2.1IP头部结构
typedefstructHeadIP{
unsignedcharheaderlen:
4;
unsignedcharversion:
4;
unsignedcharservertype;
unsignedshorttotallen;
unsignedshortid;
unsignedshortidoff;
unsignedcharttl;
unsignedcharproto;
unsignedshortchecksum;
unsignedintsourceIP;
unsignedintdestIP;
}HEADIP;
相关参数说明如下：
headerlen：
首部长度，占4位
version：
版本号，占4位
severtype：
服务类型，占8位
totallen：
总长度，占16位
id：
标识
idoff：
与上面的id共同构成标识，共占16位
ttl：
生存时间，占8位
proto：
协议，占8位
checksum：
首部校验和，占16位
sourceIP：
源IP地址，占32位
destIP：
目的IP地址，占32位
4.2.2TCP头部结构
typedefstructHeadTCP{
WORDSourcePort;
WORDDePort;
DWORDSequenceNo;
DWORDConfirmNo;
BYTEHeadLen;
BYTEFlag;
WORDWndSize;
WORDCheckSum;
WORDUrgPtr;
}HEADTCP;
相关参数说明如下：
SourcePort：
源端口号，占16位
DePort：
目的端口号，占16位
SequenceNO：
序号，占32位
ConfirmNO：
确认序号，32位
HeadLen：
首部长度
Flag：
与HeadLen组成一个部分，占16位
WndSize：
窗口大小，占16位
Checksum：
校验和，占16位
UrgPtr：
紧急指针，占16位
4.2.3UDP头部结构
typedefstructHeadUDP{
WORDSourcePort;
WORDDePort;
WORDLen;
WORDChkSum;
}HEADUDP;
相关参数说明如下：
SourcePort：
源端口号，占16位
DePort：
目的端口号，占16位
Len：
UDP长度，占16位
Chksum：
UDP校验和，占16位
4.2.4ICMP头部结构
typedefstructHeadICMP{
BYTEType;
BYTECode;
WORDChkSum;
IntControl;
}HEADICMP;
相关参数说明：
Type：
类型，占8位
Code：
代码，占8位
Chksum：
校验和，占16位
Control：
控制信息，占32位
4.2.5协议封装结构
structPROTONAME{
intvalue;
char*protoname;
};
相关参数说明如下：
Value：
协议对于的常量值
Protoname：
协议的名称
5.程序界面
5.1程序主界面
图5.1程序主界面
程序主界面上显示了如下信息：
一个列表框，显示了如下内容：
协议名称，源IP地址，目的IP地址，源端口，目的端口，数据包大小，以及数据。
两个按钮：
开始监听按钮：
单击按钮开始监听网卡上的数据包
取消按钮：
单击按钮停止监听，并推出程序
5.2程序运行界面
图5.2程序运行界面
6.程序功能结构图
图6.1程序功能结构图
7.程序主体函数
7.1初始化套接字AfxSocketInit（）
WSADATAdata;
AfxSocketInit（&data）;
AfxSocketInit（）函数加载套接字，可以在程序推出时，自动关闭套接字。
7.2监听函数OnBeginlisten（）
voidCSniffAppDlg:
:
OnBeginlisten（）
{
//创建套接字,原始套接字
m_Sock=socket（AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_IP）;
charname[128];
memset（name,0,128）;
hostent*phostent;//hostent标识主机信息的结构体，gethostbyname的返回值类型
phostent=gethostbyname（name）;
DWORDip;
ip=inet_addr（inet_ntoa（*（in_addr*）phostent->h_addr_list[0]））;//inet_addr将点分十进制的IP转换为网络字节序
//inet_ntoa将网络字节序的IP转换为点分十进制的IP，
inttimeout=4000;//超时4秒
//设置接收数据的超时时间
setsockopt（m_Sock,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,（constchar*）&timeout,sizeof（timeout））;
sockaddr_inskaddr;
skaddr.sin_family=AF_INET;
skaddr.sin_port=htons（700）;
skaddr.sin_addr.S_un.S_addr=ip;
//绑定地址
if（bind（m_Sock,（sockaddr*）&skaddr,sizeof（skaddr））==SOCKET_ERROR）
{
MessageBox（"地址绑定错误"）;
return;
}
DWORDinBuffer=1;
DWORDoutBuffer[10];
DWORDreValue=0;
//WSAIoctl设置套接口的工作方式，SIO_RCVALL为混杂模式
if（WSAIoctl（m_Sock,SIO_RCVALL,&inBuffer,sizeof（inBuffer）,&outBuffer,sizeof（outBuffer）,&reValue,NULL,NULL）==SOCKET_ERROR）
{
MessageBox（"设置缓冲区错误."）;
closesocket（m_Sock）;
return;
}
else
m_pThread=AfxBeginThread（ThreadFun,（void*）this）;//启动接收线程
}
OnBeginListen（）函数响应“开始监听”按钮的消息，执行监听功能。
7.3拆包线程函数ThreadFun（）
UINTThreadFun（LPVOIDpParam）
{
CSniffAppDlg*pDlg=static_cast（pParam）;
MSGmsg;//PeekMessage消息的参数
charbuffer[1000],sourceip[32],*tempbuf;//设置缓冲区和源iP
char*ptemp;
BYTE*pData=NULL;//实际数据报中的数据
UINTsourceport;
UINTdeport;//增加的目的端口
CStringstr;//向列表中增加数据时，格式化非法数据
HEADIP*pHeadIP;
HEADICMP*pHeadICMP;
HEADUDP*pHeadUDP;
HEADTCP*pHeadTCP;
in_addraddr;//该结构体表示一个32位的IP地址
intret;//错误检测函数的返回值
while（TRUE）
{
pData=NULL;
//接收主窗体发来的消息，来退出死循环
if（PeekMessage（&msg,pDlg->m_hWnd,WM_CLOSE,WM_CLOSE,PM_NOREMOVE））
{
closesocket（pDlg->m_Sock）;
break;
}
memset（buffer,0,1000）;
ret=recv（pDlg->m_Sock,buffer,1000,0）;//recv为有连接的接收数据函数，0为接收模式，正常接收
if（ret==SOCKET_ERROR）
{
continue;
}
else//接收到数据
{
tempbuf=buffer;
pHeadIP=（HEADIP*）tempbuf;//提取IP头信息
//获取数据报总长度
//WORDlen=ntohs（pHeadIP->totallen）;//2字节网络字节序转化为主机字节序
//获取源IP
pDlg->m_List.InsertItem（pDlg->m_List.GetItemCount（）,""）;
addr.S_un.S_addr=pHeadIP->sourceIP;
ptemp=inet_ntoa（addr）;
pDlg->m_List.SetItemText（pDlg->m_List.GetItemCount（）-1,1,ptemp）;
//获取目的IP
addr.S_un.S_addr=pHeadIP->destIP;
ptemp=inet_ntoa（addr）;
pDlg->m_List.SetItemText（pDlg->m_List.GetItemCount（）-1,2,ptemp）;
//获取协议名称
ptemp=get_protoname（pHeadIP->proto）;
strcpy（sourceip,ptemp）;
pDlg->m_List.SetItemText（pDlg->m_List.GetItemCount（）-1,0,sourceip）;
//获取IP数据报总长度
WORDipSumLen=ntohs（pHeadIP->totallen）;
//IP数据报头总长度
intipHeadLen=20;//IP头定义为20字节
//获得去除IP层数据的长度
WORDnetlen=ipSumLen-ipHeadLen;
//根据不同大协议获得不同协议的数据
switch（pHeadIP->proto）
{
caseIPPROTO_ICMP:
{
pHeadICMP=（HEADICMP*）（tempbuf+20）;//Ip头为20字节
pData=（BYTE*）（pHeadICMP）+4;//ICMP数据报头共4个字节
//获取数据的长度
netlen-=4;
break;
}
caseIPPROTO_UDP:
{
pHeadUDP=（HEADUDP*）（tempbuf+20）;
pData=（BYTE*）pHeadUDP+8;//UDP数据报头共8个字节
sourceport=ntohs（pHeadUDP->SourcePort）;
str.Format（"%d",sourceport）;
//设置源端口
pDlg->m_List.SetItemText（pDlg->m_List.GetItemCount（）-1,3,str）;
str.Empty（）;
deport=ntohs（pHeadUDP->DePort）;
str.Format（"%d",deport）;
//设置目的端口
pDlg->m_List.SetItemText（pDlg->m_List.GetItemCount（）-1,4,str）;
str.Empty（）;
netlen-=8;
break;
}
caseIPPROTO_TCP:
{
pHeadTCP=（HEADTCP*）（tempbuf+20）;
sourceport=ntohs（pHeadTCP->SourcePort）;
pData=（BYTE*）pHeadTCP+20;//TCP数据报头共20个字节
str.Format（"%d",sourceport）;
//设置源端口
pDlg->m_List.SetItemText（pDlg->m_List.GetItemCount（）-1,3,str）;
str.Empty（）;
str.Format（"%d",deport）;
//设置目的端口
pDlg->m_List.SetItemText（pDlg->m_List.GetItemCount（）-1,4,str）;
str.Empty（）;
netlen-=20;
break;
}
}
//设置数据大小
str.Format（"%d",netlen）;
pDlg->m_List.SetItemText（pDlg->m_List.GetItemCount（）-1,5,str）;
str.Empty（）;
//设置数据
if（pData!
=NULL）
{
str.Format（"%s",pData）;
pDlg->m_List.SetItemText（pDlg->m_List.GetItemCount（）-1,6,str）;
}
str.Empty（）;
pDlg->ShowInfo（）;
}
}
return0;
ThreadFun（）函数用于接收网卡上的数据包，并进行拆包，将其中的消息提取出来。
以显示在列表框中。
7.4获取协议函数get_protoname（）
PROTONAMEprotos[11]={
{IPPROTO_IP,"IP"},
{IPPROTO_ICMP,"ICMP"},
{IPPROTO_IGMP,"IGMP"},
{IPPROTO_GGP,"GGP"},
{IPPROTO_TCP,"TCP"},
{IPPROTO_PUP,"PUP"},
{IPPROTO_UDP,"UDP"},
{IPPROTO_IDP,"IDP"},
{IPPROTO_ND,"ND"},
{IPPROTO_RAW,"RAW"},
{IPPROTO_MAX,"MAX"}
};
char*get_protoname（intprotoID）
{
for（inti=0;i<11;i++）
if（protoID==protos[i].value）
{
returnprotos[i].protoname;
}
return"";
}
get_protoname（）函数用于获取数据包协议的名称，从而按照特定的方式解析协议。
而protos[]数组则是封装了常见的网络协议。
包括IP、TCP、UDP、ICMP等。
8.程序设计心得
本次程序设计是一个简单的网络嗅探器。
这个嗅探器是基于原始套接字的。
其能捕获网络层的数据包，并且通过拆包来获取其中的包内容信息。
程序设计的过程中，遇到了一下困难，其中一个就是拆包部分的问题。
数据指针如何提取数据包中的数据，又如何从控制数据指针的移动，找到相应的数据包的其他部分的信息。
后来，通过对该部分进行一下合理的算法设计，得到了一个好的拆包方法。
这样这个问题才得到解决。
此外，还遇到了其他许多问题，在小组成员的共同努力下，问题都最终得到了解决。
当然，程序中还是存在很多不足，例如，执行拆包功能的线程不能随时终止，要停线程，必须退出程序。
可能，其中还存在有未知的bug和问题，这些待进一步的完善。
另外，程序的功能上还是不够。
可以进一步的扩充，例如增加对其他数据包解析的支持，增加解析数据的保持功能，增加对数据的分析功能等。
总之，程序还是完成了基本的功能，其中的不足待在进一步的学习中来提高和完善。
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