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使用Jpcap进行java平台下的ipv6网络抓包


前阵子做网络实验的时候,要求做一个抓包程序,还要能处理ipv6的报文。如此底层的操作,通常我们都认为是C或者C++的分内事,但其实java也可以做到这一点!

java的网络功能

稍微熟悉jdk的人都知道java对于网络的支持基本都在传输层以上,也就是说java代码能操作到的数据最底层也就是面向tcp、udp,动不动 就被封装成“流”或是socket什么的。如果要实现抓包,通常都要涉及到数据链路层的操作。在c或c++,我们可以使用大名鼎鼎的wincap;而在 java平台,现在已经有人将wincap的接口封装成为jar包了,所以我们只需要下载wincap和jpcap,安装后就能直接用java代码操作底 层数据流了

jpcap下载:http://netresearch.ics.uci.edu/kfujii/jpcap/doc/download.html

这里不打算细述jpcap的基本用法,只是记录使用jpcap的一些心得,以及jpcap的一些缺陷和不足

jpcap功能简述

JVM从来没有提供过操作网络底层数据的接口,我估计未来也不会,因为这很明显不是java“应该和擅长做的事情”,不过还好有JNI这个东西,让java的触角可以延伸到许多c++才能做的地方。jpcap的原理说来其实很简单,就是利用JNI以java开发者喜闻乐见的方式封装了wincap的接口, 所以如果你熟悉wincap,相信jpcap只是小菜一碟

jpcap的jar包很小,里面封装的类也不多,如下:

Class Hierarchy

  • java.lang.Object
  • jpcap.packet.DatalinkPacket
  • jpcap.packet.EthernetPacket
  • jpcap.packet.IPv6Option
  • jpcap.JpcapCaptor
  • jpcap.JpcapSender
  • jpcap.JpcapWriter
  • jpcap.NetworkInterface
  • jpcap.NetworkInterfaceAddress
  • jpcap.packet.Packet
  • jpcap.packet.ARPPacket
  • jpcap.packet.IPPacket
  • jpcap.packet.ICMPPacket
  • jpcap.packet.TCPPacket
  • jpcap.packet.UDPPacket

类的用法基本上看看文档就知道了,去google一下“jpcap”的教程也有一大把,基本过程如下:

抓取的报文通常都继承了jpcap.packet.Packet 类,可以通过datalink字段获得该Packet的数据链路层帧,也就是jpcap.packet.DatalinkPacket ,从而进行数据链路层的包解析

针对常见的报文,如ARP、IP报文,jpcap都有相应的类,例如IPPacket类就封装了IP报文的各个字段(包括IPV4和IPV6),因此,程序主要的逻辑过程就是用java的instanceof关键字,判断属于哪一类报文,从而进行相应的处理。

一切都很方便!下面重点说一下如何处理ipv6

jpcap for ipv6

从文档可以看出,jpcap对ipv6有一定的支持,提供了不少静态字段和类用于表示ipv6的包,但是在使用过程中,我发现jpcap对于ipv6的支持还是远远不够的(我使用的jpcap版本为0.6),最主要问题就是缺少对隧道IPV6的支持

现在很多地方由于硬件或其他限制,使用的还不是纯粹的ipv6,譬如我宿舍的网络就是使用隧道的,在配置ipv6时必须输入“netsh interface ipv6 isatap set router”命令来设置isatap隧道路由器的地址,否则无法连接到www.kame.net 等网站。如果用ethereal 等软件进行抓包,就可以看出是在ipv4的PDU里面包含了ipv6的报文,例如:


可见是使用了隧道机制的ipv6,在ipv4报文的protocol字段,指明了是“ipv6”

在遇到隧道形式的ipv6时,JPCAP并没有提供相应的封装,抓获的报文是“jpcap.packet.IPPacket”,但JPCAP仅仅将 其解析为ipv4报文,隧道ipv6报文全部被认为是ipv4的载荷。我尝试使用了JPCAP提供的一个demo程序抓取隧道ipv6报文,发现其仍旧无 法正确解析v6的内容。在参考了JPCAP的文档后,发现 JPCAP不能直接提供隧道ipv6的功能,,看来是jpcap的设计者暂时没有考虑到“v6 on v4”的情况,因此只能像wincap那样手动处理字节序列

JPCAP中每个Packet的子类都有一个字段是data[],可以获得报文载荷,例如 jpcap.packet.IPPacket.data[]获得的就是IP报文的载荷。处理比特位对java来说是弱项,很多方面不如c或c++那样方 便,但撇开效率不谈,仍然是有办法做到的,只要掌握一些java环境下的字节移位操作即可。下面是我的程序实例:

 




1. /**
2.      * 由于jpcap未提供隧道ipv6的封装,故专门写一函数,针对ipv4中作为负荷的ipv6内容的字节流进行解析
3.      * @param ipp
4.      * @return
5.      */
6. private
7. byte
8. if (ipv6byte.length <= 40
9. return   null
10.          }   
11.             
12. new  DefaultMutableTreeNode( "隧道IPv6报文"
13.             
14. //version
15. int  version = ipv6byte[ 0 ]>>> 4
16. new  DefaultMutableTreeNode( "版本(version):"
17.             
18. //Traffic Class
19. int  trafficClass = ipv6byte[ 0 ]<< 4  + ipv6byte[ 1 ]>>> 4
20. new  DefaultMutableTreeNode( "通信流类别(Traffic Class):"
21.             
22. //flow label
23. "0x"  + (ipv6byte[ 1 ] &  0x0f ) + (ipv6byte[ 2 ]>>> 4 ) +  (ipv6byte[ 2 ]&  0x0f ) + (ipv6byte[ 3 ]>>> 4 ) + (ipv6byte[ 3 ]&  0x0f
24. new  DefaultMutableTreeNode( "流标签(Flow Label):"
25.             
26. //Payload
27. int  payloadLength = ipv6byte[ 4 ]<< 8  + ipv6byte[ 5 ]& 0xff
28. new  DefaultMutableTreeNode( "有效载荷长度(Payload Length):"
29.             
30. //next header
31. int  nextHeader = ipv6byte[ 6 ]& 0xff
32. this .getIpv6NextHeader(( short
33. //      nextHeaderNode.add(this.getIpv6Option(ipv6byte[6]));
34.          ipv6Node.add(nextHeaderNode);   
35.             
36.             
37. //hop limit
38. int  hopLimit = ipv6byte[ 7 ]& 0xff
39. new  DefaultMutableTreeNode( "跳数限制(Hop Limit):"
40.             
41. //source address
42. byte [] sourceAddByte = Arrays.copyOfRange(ipv6byte,  8 ,  24
43.          String sourceAdd;   
44. try
45.              sourceAdd = InetAddress.getByAddress(sourceAddByte).toString();   
46. catch
47. // TODO Auto-generated catch block
48.              e.printStackTrace();   
49. "0::0"
50.          }   
51. new  DefaultMutableTreeNode( "源地址(Source Address):"
52.             
53. //target address
54. byte [] destAddByte = Arrays.copyOfRange(ipv6byte,  24 ,  40
55.          String destAdd;   
56. try
57.              destAdd = InetAddress.getByAddress(destAddByte).toString();   
58. catch
59. // TODO Auto-generated catch block
60.              e.printStackTrace();   
61. "0::0"
62.          }   
63. new  DefaultMutableTreeNode( "目的地址(Destination Address):"
64.             
65. return
66.      }

里面的关键部分是对字节的移位操作,分以下几个步骤:

  1. 获得负载信息,每个Package类都有一个“字节数组”字段data[],包含了报文的负载,如:byte[] ipv6byte = ipp.data;
  2. 然后根据ipv6的报头结构,逐个处理data里面的字节
  3. 比如头四位是报文的version字段,可以这样处理:int version = ipv6byte[0]>>>4; 关键是搞清楚java里面的右移操作符,“>>>”是指右移并补0,而“>>”则是补1,需要一些基本的计算机组成原理的知识
  4. 紧接着,是八个比特位的“trafficClass”字段,需要把data[0]的后四位跟data[1]的前四位拼起来:int trafficClass = ipv6byte[0]<<4 + ipv6byte[1]>>>4;
  5. 还有一个需要注意的地方,就是java里面byte类型是有符号的,即字节的最高位是符号位。而ip报文是无符号的,所以要手动转换一下,如:int nextHeader = ipv6byte[6]&0xff; 否则可能得到一个负号的int

其他的字段同理可得

附一张截图,我自己做的一个抓包程序抓到的隧道ipv6报文


最后是广告时间,推荐一个MyEclipse平台下的SWING开发插件:M4M。如果你用过NetBean,应该对里面的GUI开发工具印象深 刻,可以支持拖拽和自动对齐,感觉已经很接近VC,至少比以往的java GUI开发工具好很多。但是NetBean开发出来的GUI代码不能在Eclipse里面用,现在有了M4M,也一样可以实现这种方便的开发模式了,至少 对我这种GUI傻瓜来说,方便了不少

小结

JPCAP由于对隧道ipv6的支持不够,必须手工进行解析,那样如果使用隧道机制,则对于所有上层协议的解析都要手工进行,jpcap里面的“TCPPacket,UDPPacket”等类就作废了,希望以后的版本可以解决这个问题

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