摘要

本作品在xilinx提供的spartan3e-500 Rev C開發(fā)平臺上成功地嵌入uclinux，并使用網(wǎng)絡(luò)安全開發(fā)包libpcap編寫代碼，實現(xiàn)了基于Sniffer技術(shù)的局域網(wǎng)簡單流量分析功能。

人機交互操作，通過telent命令或者超級終端實現(xiàn)。

一．系統(tǒng)設(shè)計

1.硬件設(shè)計

Xilinx公司的spartan3e starter kit 提供以太網(wǎng)10/100 phy 接口，JTAG USB下載，2個9引腳的RS-232串行接口等連接器和接口資源，并且其目標(biāo)應(yīng)用市場定位在消費類、電信/數(shù)據(jù)通信、服務(wù)器、存儲器。結(jié)合開發(fā)板的優(yōu)勢推知，spartan3e starter kit 在嵌入小型操作系統(tǒng)后，在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)捕捉及處理方面有一定的優(yōu)勢，為我們的作品設(shè)計提供了寶貴的前提。

本設(shè)計選擇操作系統(tǒng)uclinux，uclinux 是 一種優(yōu)秀的嵌入式Linux版本。它集成了標(biāo)準(zhǔn)linux操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性、強大的網(wǎng)絡(luò)功能和出色的文件系統(tǒng)等主要優(yōu)點，更重要的是沒有MMU（內(nèi)存管理單元），更適合小型應(yīng)用。

基于以上考慮，我們可以使用edk套件搭建出uclinux運行的硬件平臺。

2.軟件設(shè)計

基于信息安全專業(yè)的背景，以前使用過軟件版本的sniffer。本設(shè)計設(shè)想在搭建的uclinux平臺上實現(xiàn)sniffer功能，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的捕捉以及處理，實現(xiàn)局域網(wǎng)簡單流量分析功能。

首先網(wǎng)絡(luò)流量分析是必要的，傻瓜式攻擊就可以讓網(wǎng)絡(luò)癱瘓，因此診斷網(wǎng)絡(luò)異常情況，是維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的必備技能。以太局域網(wǎng)上普遍使用tcp/ip協(xié)議，要掌握整個局域網(wǎng)的使用情況，必須對底層的網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)包進(jìn)行捕獲并分析，才能準(zhǔn)確地判定以太局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)狀況。

而本次設(shè)計中使用了數(shù)據(jù)包捕獲開發(fā)包Libpcap(the Packet Capture Library)，它是一個高層的編程接口，隱藏了操作系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，可以捕獲網(wǎng)絡(luò)上的所有數(shù)據(jù)包。Libpcap中使用了BPF過濾機制，使Libpcap具有捕獲特定數(shù)據(jù)包的功能。

基于以上分析，我們設(shè)想通過分析以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包流向，用來診斷整個網(wǎng)絡(luò)是否出現(xiàn)了異常情況，實現(xiàn)了局域網(wǎng)安全分析的功能。另外，針對arp病毒的泛濫情況，特別開發(fā)了一個arp工具，用來對整個網(wǎng)絡(luò)的ip、mac地址進(jìn)行掃描，并快速的更新arp緩存。

二．系統(tǒng)實現(xiàn)

1.硬件實現(xiàn)

搭建硬件平臺流程，建議不要更改，有些是環(huán)環(huán)相套的。

(1.申請評估版ip包

edk9.1提供的以太網(wǎng)控制器ip有兩種，一種是opb Ethernet ，另一種就是opb Ethernetlite，這兩種最主要的區(qū)別就是ethernet支持硬件過濾的混雜模式，而ethernetlite是一種簡化了的控制器，適合于以太網(wǎng)的簡單應(yīng)用，但卻不支持混在模式，本作品的設(shè)計前提就是網(wǎng)卡必須要工作再混在模式，所以只能選擇需要注冊使用的opb Ethernet，考慮到非專業(yè)設(shè)計公司使用，故申請了3個月的免費ip使用權(quán)。若要參考本設(shè)計的話，該步驟是十分必須的。若需要，可以到xilinx公司的網(wǎng)站上進(jìn)行申請，需要說明的是申請的ip許可包是跟pc的網(wǎng)卡地址綁定的，具體申請步驟不再詳述。

(2.定制板上資源

本作品用到的板上I/O接口：RS232_DCE、FLASH、DDR_SDRAM、Ethernet_Mac等。xilinx公司嵌入式套件EDK中xps提供的bsb（base system builder）可以輕松地實現(xiàn)板上資源的定制。下面就結(jié)合一些步驟圖片來說明下如何完成該硬件設(shè)計。

(1)啟動xps9.1i，軟件系統(tǒng)會彈出如圖所示的對話框，其中共有三個選項。由于我們是要新建一個硬件平臺，因此點選“Base System Bulider wizard(recommended)”, 點擊“OK”，進(jìn)入下一步向?qū)А?/p>

(2)在彈出的對話框中，點擊“Browse”按鈕，選擇一個目標(biāo)磁盤建立一個自己的工程文件夾并進(jìn)入，點擊保存，系統(tǒng)會自動為此項目生成一個system.xmp（務(wù)必使用system文件名）；點擊“OK”按鈕，進(jìn)入BSB歡迎對話框。

(3)在歡迎對話框中，選擇“I would like to create a new design”，點擊“Next”按鈕。

(4)進(jìn)入開發(fā)板選擇對話框，進(jìn)行如圖所示選擇。spartan-3E Starter Board 的版本有C跟D兩種，他們其實在接口資源以及內(nèi)置資源方面是非常相似的，僅有一處不同，DDR SDRAM存儲器容量的不同，C版本的只有32MB，而D版本的卻有64MB?？梢愿鶕?jù)DDR SDRAM的型號來確定開發(fā)板的版本，我所使用的開發(fā)板，DDR SDRAM型號為MT46V32M16，由此確定出開發(fā)板型號為D。若不注重這個問題的話，選擇C跟D都是可以的。

(5)進(jìn)入處理器選擇對話框，因為spartan-3E只支持軟核MicroBlaze，所以保留默認(rèn)設(shè)置即可。點擊“Next”進(jìn)入下一步。

(6)進(jìn)入MicroBlaze配置對話框，參考時鐘頻率選擇默認(rèn)值50MHz即可，MicroBlaze處理器的總線時鐘頻率選擇為“66.67”MHz。其中參考時鐘由開發(fā)板上的時鐘源提供，被用來產(chǎn)生總線和處理器的頻率。Cache setup選項點選“Enable”，其他項保持默認(rèn)即可，點擊“Next”進(jìn)入下一步。

(7)進(jìn)入I/O端口配置對話框。I/O設(shè)備選擇“RS232_DCE”,不選擇”RS232_DTE”和“Leds_8bit”。對于RS232_DCE，波特率選擇“115200”，并且打開中斷，其他選項默認(rèn)即可。點擊對話框右側(cè)的“Data Sheet”按鈕，可以看到每個外設(shè)的詳細(xì)資料，從這里我們可以或得很多幫助的，可以充分利用下。選擇完畢后點擊“Next”，進(jìn)入下一步。

(8)繼續(xù)I/O配置，在該對話框中只需要點選“Flash_16M×8”，peripheral選項列中選擇“OPB EMC”，點擊“Next”，進(jìn)入下一步。

(9)進(jìn)入外部存儲器與網(wǎng)絡(luò)接口對話框，如圖所示。

spartan-3E開發(fā)板使用使用外部存儲器DDR SDRAM，所以需要點選它。因為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)捕獲需要通過網(wǎng)絡(luò)接口來實現(xiàn)，所以“Ethernet_Mac”選項是必不可少的，同時需要把中斷打開，

點擊“Next”，進(jìn)入下一步。

(10)由于需要使用uclinux操作系統(tǒng)，因此需要添加定時器，在出現(xiàn)的對話框中點擊“Add Peripherals”按鈕，在彈出的對話框中選擇“OPB TIMER”，然后點擊“OK”按鈕。

(11)在接下來的對話框中，timer mode點選“one timer is present”并開中斷，然后點擊“Next”,進(jìn)入下一步。

(12)進(jìn)入cache配置對話框。因為在系統(tǒng)構(gòu)建之初，我們已經(jīng)選擇了對外部存儲器進(jìn)行cache緩存，所以在這里需要對其大小進(jìn)行設(shè)置，數(shù)據(jù)cache與指令cache分別為默認(rèn)的“8KB”和“2KB”即可，并且勾選“ICache”與“DCache”，之后點擊“Next”按鈕。

(13)剩下的步驟，可以一直點擊Next到generate。

(14)出現(xiàn)“the next step”對話框時，點“OK”。

至此針對網(wǎng)絡(luò)安全分析儀的硬件資源定制完成。

(3.混雜模式功能開啟（特別重要）

默認(rèn)情況下，以太網(wǎng)控制器ip核opb ethernet 的混在模式功能是沒有開啟的，需要在xilinx公司提供的emac v1_01_a驅(qū)動代碼里面添加開啟代碼。具體步驟如下：

(1)System Assembly View1 視圖中，右鍵單擊Ethernet_Mac選擇Driver：emac_v1_01_a中的“Browse Driver Sources”之后，在彈出的文件對話框中點選src進(jìn)入該目標(biāo)打開xemac_selftest.c。

(2)編輯xemac_selftest.c，將 XEM_ECR_PROMISC_ENABLE_MASK添加到XEM_ECR_RESET_STATE 的定義中，記住添加的代碼前面有個位運算符或“|”。

(4.添加支持操作系統(tǒng)的附加選項

(1)在System Assembly View1 視圖中，切換到“Bus Interface”，可以看到MicroBlaze系統(tǒng)中各個模塊與總線的連接情況。

(2)這里，我們需要對系統(tǒng)做如下添加：將窗口切換到“Ports”，打開“debug_module”,點擊“Interrupt”中的“Net”選項，選擇“debug_module_Interrupt”。

(3)打開“opb_intc_0”，然后雙擊“L to H”。

(4)我們需要把debug_module_Interrupt加入到“Connected Interrupt”欄中，方法是在左側(cè)選中debug_module_Interrupt，點擊加號，即可加入到右側(cè)的“Connected Interrupt”欄中。

(5.生成uclinux板上支持bsp

(1)由于本作品需要在MicroBlaze處理器上運行uclinux，因此首先應(yīng)該將uclinux的配置文件petalinux_v1_00_b復(fù)制到EDKswlibbsp文件夾下。

(2)重新打開工程文件。

(3)進(jìn)行軟件平臺配置，點擊“software”菜單，啟動“software platform setting”。

(4)系統(tǒng)會彈出軟件平臺的配置窗口，這里共有4個可配置項，我們只需要配置其中的“software platform”、“”。對“software platform”進(jìn)行配置時候，點擊它，窗口右側(cè)為可配置參數(shù)，包括兩個子窗口。在processor parameters中將“CORE_CLOCK_FREQ_Hz”的current value 修改為50000000；在os library settings”子窗口中，打開os下拉菜單，選擇petalinux（其實就是uclinux）。點擊左側(cè)的os and libraries，進(jìn)行配置。配置參數(shù)如下：

flash_memory_bank: 0；flash_memory: FLASH_16Mx8；main_memory_bank: 0

main_memory: DDR_SDRAM_16Mx16；stdin: RS232_DCE；stdout: RS232_DCE

點擊OK，保存配置。

(5)進(jìn)入EDK的software菜單，點擊 Generate BSP and Libraries，系統(tǒng)會自動生成板級支持包與庫。可以在工程目錄文件夾下的/microblaze_0/libsrc/ petalinux_v1_00_b目錄中找到已生成的兩個配置文件Kconfig.auto和auto-config.in。

說明：Kconfig.auto，是針對kernel 2.6的，auto-config.in是針對kernel 2.4的。用記事本打開其中一個看看究竟，會發(fā)現(xiàn)都是一些#define 定義，原來硬件信息就是通過這些定義傳遞給內(nèi)核并編譯完成的。

3.嵌入uclinux

環(huán)境說明

1.嵌入uclinux，所需要的資源包petalinux-v0.30-rc1.tar.gz，可以從http://developer.petalogix.com/wiki/WikiStarthttp://developer.petalogix.com/wiki/WikiStart 網(wǎng)址下載得到。

2.windows xp + vmware（Redhat9）

3.ISE9.1（sp3）+EDK9.1（sp2）

4.Cisco TFTP Server

目錄說明

操作步驟

(1.vmware的redhat9圖形界面安裝vmware tools。

(1)開啟虛擬機中的redhat9系統(tǒng)；

(2)點擊“虛擬機”菜單中的“設(shè)置”選項，在cd-rom選項中，點選“使用iso鏡像”，并將文件定位到vmware安裝目錄中l(wèi)inux.iso；

(3)點擊“虛擬機”菜單中的“安裝vmware工具”，此時在桌面會出現(xiàn)光盤圖標(biāo)vmware tools；

(4)雙擊光盤圖標(biāo)進(jìn)入，點擊可執(zhí)行文件rpm運行，稍許便可以安裝完成。

(2.建立共享文件夾

我們需要建立一個可以在windows與linux系統(tǒng)之間共享的文件夾，通過虛擬機vmware來建立。在建立之前請確保vmware tools已經(jīng)安裝成功。

(1)點擊“虛擬機”菜單中的“設(shè)置”選項，在出現(xiàn)的對話框中點擊“選項”，進(jìn)入設(shè)置頁面。

(2)點擊“共享文件夾”，在右側(cè)點擊“添加”按鈕，進(jìn)入設(shè)置向?qū)?。在名稱欄填寫“123”，在主機文件夾添加windows共享目錄D:petalinux，點擊“完成”。

這樣在系統(tǒng)每啟動之后，虛擬機redhat9都會將windows共享文件夾D:petalinux掛載到/mnt/hgfs/123中。至此，windows與linux之間的文件共享通道已經(jīng)建立完成。這對于以后的嵌入式開發(fā)工作來說，是至關(guān)重要的。除此方法之外，當(dāng)然還有另外的文件共享方法，比如ftp等。但是相比較而言，這種方法更為簡便。

(3.建立內(nèi)核編譯環(huán)境

嵌入式開發(fā)，需要在pc的linux虛擬環(huán)境中建立交叉編譯環(huán)境。我們使用了開發(fā)包petalinux-v0.30-rc1.tar.gz，下面就此包的使用方法來說明下。

(1)將petalinux-v0.30-rc1.tar.gz開發(fā)包復(fù)制到redhat9系統(tǒng)中的工作目錄/embedded。

(2)開啟終端，執(zhí)行命令cd /embedded，進(jìn)入工作目錄；

(3)在該目錄，執(zhí)行解壓縮開發(fā)包的操作，命令為：tar -zxvf petalinux-v0.30-rc1.tar.gz；

(4)解壓縮完成之后，會在該目錄中生成一個文件夾petalinux-v0.30-rc1；

(5)下面來說明下這個文件夾的結(jié)構(gòu)

petalinux-v0.30-rc1

+ tools ；包含編譯器(gcc)工具和各種提供簡便操作的幫助腳本

| + common

| | + petalogix

| | + bin

| + linux-i386

| + microblaze-uclinux-tools

|

+ software

| + petalinux-dist //主要的linux編譯環(huán)境

| + linux-2.6.x-petalogix //linux2.6內(nèi)核

| + uClinux-2.4.x //linux 2.4內(nèi)核

| + user-apps //用戶程序文件夾 |

+ hardware

| + reference-designs //參考設(shè)計

| + user-platforms //edk硬件工程

| + edk_user_repository // petalinux配置文件

| +fs-boot

+ settings.sh/settings.sch //腳本程序，將編譯環(huán)境定位到該開發(fā)包，執(zhí)行哪一個腳本，取決于shell類型。

(6)特別要說明的是，每次開啟一個終端，都得執(zhí)行腳本文件settings.sh/sch，否則是報錯error：“PETALINUX environment variable not set”。

(4復(fù)制edk工程目錄

復(fù)制edk工程目錄到user-platforms,這就需要用到windows與linux之間的共享文件夾。具體操作方法比較簡單，不再贅述。但是有一點必須要說明：

edk工程文件名必須是system.xmp，這是因為開發(fā)包里面的腳本，比如說petalinux-copy-autoconfig，其作用就是將工程目錄中l(wèi)ibgen生成的kconfig.auto 轉(zhuǎn)換成linux格式并復(fù)制到當(dāng)前活動的platform中，但是其只會尋找system.xmp的工程！

(5.select a platform

(1)在終端設(shè)置petalinux環(huán)境

在 petalinux-v0.30-rc1目錄下面，執(zhí)行source setthings.sh命令

(2)終端進(jìn)入petalinux-dist目錄，執(zhí)行make menuconfig命令，之后會出現(xiàn)

內(nèi)核配置頁面，如下圖所示做出選擇：

退出并保存設(shè)置

(6.working with autoconfig

進(jìn)入user-platforms文件夾中的edk工程目錄uclinux，執(zhí)行下面腳本petalinux-copy-autoconfig

(7.petalinx配置及內(nèi)核編譯

此步驟是依照自己的需要，來進(jìn)行內(nèi)核裁剪的，但是有些地方必須注意，需要把默認(rèn)選擇了的選項給去掉，負(fù)責(zé)會報錯。

(1)進(jìn)入petalinux-dist目錄，運行命令make menuconfig，出現(xiàn)內(nèi)核配置對話框，選擇進(jìn)入Kernel/Library/Defaults selection,出現(xiàn)下圖所示頁面，并依照圖做出類似選擇。

退出并保存；

(2)緊接著就跳出了Linux Kernel Configuration 頁面，在這里我們需要做出如下變動：

依此順序 NetworkingàNetworking options進(jìn)入配置頁面，選擇Packet socket并退出到Linux Kernel Configuration 頁面；

依此順序Device DriversàNetwork device supportàEthernet(10 or 100Mbit)進(jìn)入配置頁面，選擇Xilinx 10/100 OPB EMAC support，取消選擇Xilinx 10/100 OPB EMACLITE support，退出到Device Drivers配置頁面；

找到Input device support，進(jìn)入配置頁面，取消Keypad Test Device選擇；

一路退出并最終保存；

(3)之后會跳出Main Menu配置頁面

進(jìn)入System Settings配置頁面，取消 Copy final image to tftpboot的選擇，再進(jìn)入Flash Partition Table將Partition 3 size設(shè)置為80000并退出到main menu；

進(jìn)入core applications配置頁面，選擇enable console shell;取消選擇agetty并退出到main menu；

進(jìn)入 Library Configuration配置頁面，選擇 Bulid Libpcap并退出到main menu；

進(jìn)入Filesystem Applications配置頁面，取消flatfsd選擇并退出到main menu；

進(jìn)入 Network Applications配置頁面，取消dhcpcd-new（2.0/2.4）選擇并退出到main menu；

進(jìn)入BusyBox配置頁面，選擇chmod并退出；

一路退出，并最后保存設(shè)置；

(4)編譯內(nèi)核

運行命令make dep，是建立源文件跟頭文件的依賴關(guān)系；

運行命令make all，進(jìn)行內(nèi)核編譯工作；

一段時間之后，可以順利編譯完成。成功之后會在petalinux-dist目錄中發(fā)現(xiàn)多了個images文件夾，這里面就是我們需要的文件。

（8.使用bootloader固化內(nèi)核設(shè)計

(1)在windows系統(tǒng)下打開建立的edk工程system.xmp，在project information area中的Applications列做如下圖所示的修改：

a.先進(jìn)行“Set Compiler Options”，如圖所示點擊右鍵之后會出現(xiàn)一個設(shè)置對話框,其中有三個選項列，分別是Environment，Debug and Optimization，Paths and Options。要做的修改如下表所示：

b.添加fs-boot 文件夾里面的c源文件跟頭文件

使用共享文件夾將petalinux-v0.30-rc1/hardware目錄下面的fs-boot文件夾復(fù)制到windows系統(tǒng)；將sources跟headers項目下的文件刪除，具體方法是在文件上面點右鍵選擇“remove”；然后在“sources”跟“headers”上點右鍵，選擇“Add Existing Files”，將位置定位到fs-boot下面的文件，完成添加步驟。

c. make project : TestApp_Peripheral inactive,方法是點右鍵，選擇“Make Project Inactive”。

(2)使用xps打開edk工程system.xmp,在Hardware菜單下選擇“Generate Netlist”生成網(wǎng)表，進(jìn)程無誤之后，再在該菜單下選擇“Generate Bitstream”，生成硬件比特文件。

(3)建立一個超級終端，參數(shù)如下：

波特率：115200，數(shù)據(jù)位：8，奇偶校驗：無，停止位：1，數(shù)據(jù)流控制：無。

連接串口線，電源線，jtag下載線，RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，開通電源。

(4)在xps菜單“Device Configuration”下選擇“Download Bitstream”，進(jìn)行硬件比特流文件的下載；下載完成之后會出現(xiàn)如下提示：

FS-BOOT：Waiting for SREC image……

表示硬件比特流已經(jīng)下載成功。

現(xiàn)在固化內(nèi)核需要做的有以下幾個步驟;

a.網(wǎng)上下載tftp服務(wù)器，使用windows跟linux共享文件目錄將petalinux-dist目錄下新生成的images復(fù)制到windowsx系統(tǒng)目錄下面，并將該images目錄作為tftp服務(wù)器的根目錄。

b.在超級終端下，選擇傳送à發(fā)送文本文件,定位到images目錄下面的u-boot.srec,進(jìn)行文件傳送，成功之后，出現(xiàn)如下“u-boot>”提示。

c.輸入命令 loadb，之后會出現(xiàn)類似于“Ready for binary download to {address} at 115200 bps…

出現(xiàn)該提示之后，超級終端à傳送à傳送文件，images目錄下的ub.config.img,通訊協(xié)議選擇Kermit；

完成傳輸之后，輸入命令autosrc 目的就是要啟動剛傳輸?shù)哪_本文件。

緊接著輸入以下命令，進(jìn)行環(huán)境設(shè)置

U-Boot> setenv ipaddr 192.168.158.210

U-Boot>setenv serverip 192.168.158.57

U-Boot>saveenv

說明：serverip就是tftp所在windows系統(tǒng)的ip地址，可以在cmd命令行下通過ipconfig來查看。ipaddr是目標(biāo)板ip地址，可以自己設(shè)定，只要跟serverip地址在同一個網(wǎng)段即可。

d.完成內(nèi)核下載

U-Boot>run update_uboot

U-Boot>run update_kernel

命令執(zhí)行完成之后，就完成了內(nèi)核下載工作。

(9.固化硬件設(shè)計

使用impact工具將edk工程目錄下面的download.bit文件轉(zhuǎn)換成mcs格式的PROM文件，并燒入開發(fā)板上的PROM：xcf04，將fpga配置方式選擇為主串配置方式即可，該步驟不再贅述。

下載完成之后，板子重新上電，在超級終端就會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的啟動過程。至此，uclinux的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)安裝成功。

2.軟件實現(xiàn)

sniffer

(1)流程圖

(2)設(shè)計明細(xì)

◆ 嗅探器的開發(fā)

嗅探器的功能是嗅探以太網(wǎng)上的數(shù)據(jù)包，并且按照用戶輸入的參數(shù)進(jìn)行格式化輸出。

源代碼核心函數(shù)介紹：

1)查找網(wǎng)絡(luò)接口

int pcap_findalldevs（pap_if_t **alldevsp,char *errbuf）

-l 調(diào)用pcap_findalldevs查找機器的所有可用的網(wǎng)絡(luò)接口，并用一個網(wǎng)絡(luò)接口鏈表返回，然后打印出本機的網(wǎng)卡接口信息。

2)打開網(wǎng)絡(luò)接口

pcap_t* pcap_open_live(const char *device, int snaplen, int promisc, int to_ms, char *ebuf)

-i 指定網(wǎng)卡接口(device)的值，-p指定promisc的值，值為1，表示設(shè)置網(wǎng)卡為混雜模式，值為0，表示不設(shè)置為混雜模式。本函數(shù)返回一個libpcap句柄。

3)捕獲指定的網(wǎng)卡

int pcap_loop(pcap_t* p,int cnt, pcap_handler callback,u_char *user)

-c 指定cnt的數(shù)值，cnt是捕獲的數(shù)據(jù)包的個數(shù)，－1表示捕獲個數(shù)為無限個。

每次捕獲一個數(shù)據(jù)包就調(diào)用callback指示的回調(diào)函數(shù)。所以，利用這個回調(diào)函數(shù)的特點，程序可以循環(huán)捕捉數(shù)據(jù)包并

調(diào)用回調(diào)函數(shù)進(jìn)行分析。

4)數(shù)據(jù)包處理

使用pcap_loop捕獲了數(shù)據(jù)包后，我們需要調(diào)用回調(diào)函數(shù)來分析以太網(wǎng)協(xié)議，由于以太網(wǎng)協(xié)議是分層的，所以我們

需要根據(jù)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)包的類型字段來判斷協(xié)議類型，然后逐一進(jìn)行分析，并輸出協(xié)議報頭和內(nèi)容。還要根據(jù)用戶的輸入

參數(shù)進(jìn)行特殊的格式化輸出，這樣子可以便于分析網(wǎng)絡(luò)的通信狀況。

1>以太網(wǎng)協(xié)議分析

void ether_printer(u_char *user, const struct pcap_pkthdr *h, const u_char *p)

本函數(shù)處理以太網(wǎng)報頭，并輸出以太網(wǎng)的mac地址流向。另外，根據(jù)以太幀的上層協(xié)議類型字段進(jìn)行逐一分析，

0x0806表示arp協(xié)議，0x0800表示ip協(xié)議。并分別調(diào)用各自的分析函數(shù)。

-m 指定輸出以太網(wǎng)的網(wǎng)卡mac地址流。默認(rèn)情況不會輸出硬件地址流向。

2>arp協(xié)議分析

void arp_printer(u_char *user, const struct pcap_pkthdr *h, const u_char *p)

本函數(shù)處理arp協(xié)議報頭，并分析arp的操作碼，按照arp requset和arp reply兩種數(shù)據(jù)包進(jìn)行輸出。

-n 指定輸出的格式，輸出域名而不是ip地址。

3>ip協(xié)議分析

void ip_printer(u_char *user, const struct pcap_pkthdr *h, const u_char *p)

本函數(shù)按照ip報頭里面的上層協(xié)議字段，分tcp(6)、udp(17)和icmp(1)三種協(xié)議進(jìn)行分析處理。

4>tcp協(xié)議分析

void tcp_printer(u_char *user, const struct pcap_pkthdr *h, const u_char *p)

本函數(shù)分析tcp協(xié)議，輸出源ip地址，源端口，目的ip地址，目的端口。

-n指定輸出的格式，輸出域名而不是ip地址。

-a 解析端口號為相應(yīng)的服務(wù)名

-v 輸出tcp的詳細(xì)信息，包括序列號，確認(rèn)應(yīng)答號，控制標(biāo)志，窗口大小，檢查和，緊急指針，包長度，服務(wù)類型，ip段偏移值，生存周期，如果指定了－x，還可以輸出數(shù)據(jù)包的十六進(jìn)制內(nèi)容。

5>udp協(xié)議分析

void udp_printer(u_char *user, const struct pcap_pkthdr *h, const u_char *p)

本函數(shù)分析udp協(xié)議，輸出源ip地址，源端口，目的ip地址，目的端口。

-n指定輸出的格式，輸出域名而不是ip地址。

-a 解析端口號為相應(yīng)的服務(wù)名

-v 輸出udp的詳細(xì)信息，包括包長度，服務(wù)類型，ip段偏移值，生存周期，如果指定了－x，還可以輸出數(shù)據(jù)包的十六進(jìn)制內(nèi)容。

6>icmp協(xié)議分析

void icmp_printer(u_char *user, const struct pcap_pkthdr *h, const u_char *p)

本函數(shù)分析icmp協(xié)議，輸出icpm協(xié)議的源ip地址，目的ip地址，以及類型，比如echo request和echo reply。

-n指定輸出的格式，輸出域名而不是ip地址。

5)數(shù)據(jù)包統(tǒng)計

本程序使用SIGINT信號，在鍵盤上的Ctrl＋C快捷鍵按下后發(fā)出終止信號SIGINT,然后程序調(diào)用信號處理函數(shù)，輸出數(shù)據(jù)包的總大小，捕獲時間，還有arp、ip、tcp、udp、icmp、ether網(wǎng)的數(shù)據(jù)包總個數(shù)以及占用的百分比。

signal(SIGINT, sigIntHandler) //用來設(shè)定SIGINT信號

void sigIntHandler(int sig) //SIGINT信號處理函數(shù)

6)其他輔助函數(shù)

char *copy_argv(register char **argv) //BPF內(nèi)核過濾參數(shù)處理

int32_t gmt2local(time_t t) //本地時間轉(zhuǎn)換函數(shù)

void ts_print(register const struct timeval *tvp) //時間打印函數(shù)

void getportname(int portn,char portch[], char *protocol) //端口號－>服務(wù)名

static void hex_print(const u_char *buf, int len, int offset)//

十六進(jìn)制打印

【域名處理】

『

struct {

unsigned long int ipaddr;

char hostname[MAXSTRINGSIZE];

}nametable[MAXENTRY]; //ip域名高速緩存

int tbllength=0;

void intohost(unsigned long int iadd, char *hn)

void reghost(unsigned long int iadd)

void print_hostname(u_char *ipadd)

』

arp tool

(1)流程圖

(2)程序明細(xì)

★arptool設(shè)計

arptool用于掃描局域網(wǎng)的ip、mac地址對應(yīng)表，并且具有發(fā)送arp數(shù)據(jù)包的功能，可以對付局域網(wǎng)的arp欺騙攻擊。

源代碼核心函數(shù)介紹：

1) 取得本機ip地址

int get_ip(struct in_addr* addr)

本函數(shù)使用ioctl系統(tǒng)調(diào)用獲得系統(tǒng)ip地址，并保存到addr結(jié)構(gòu)體中。

2) 取得子網(wǎng)掩碼

int get_mask(struct in_addr* addr)

本函數(shù)使用ioctl系統(tǒng)調(diào)用獲得子網(wǎng)掩碼，并保存到addr結(jié)構(gòu)體中。

3) 取得本機硬件地址

int get_packet_sock(struct sockaddr_ll* sll, char *device, u_char hwaddr[])

本函數(shù)使用ioctl系統(tǒng)調(diào)用獲得本機硬件地址，并保存到addr結(jié)構(gòu)體中。

同時可以自己定義硬件地址，用來和arpsend配合。

同時生成一個sockaddr_ll結(jié)構(gòu)體，用來發(fā)送arp數(shù)據(jù)包。

4) 嗅探arp數(shù)據(jù)包

void* sniff(void* myip)

利用libpcap嗅探數(shù)據(jù)包，并指定arp數(shù)據(jù)包，目標(biāo)地址為本機ip，回調(diào)函數(shù)為

void handler(u_char* user, const struct pcap_pkthdr* hdr, const u_char* pack)

5) 發(fā)送arp數(shù)據(jù)包

int arpsend_local(int sock, struct sockaddr_ll* sll,u_char* pdip, u_char* pdmac)

int arpsend(int sock, struct sockaddr_ll* sll, u_long SrcIP, u_long DstIP, u_char DstHW[])

arpsend_local為列表ip、mac地址所用的本機arp發(fā)包函數(shù)。

arpsend是用來發(fā)送自定義的arp數(shù)據(jù)包，供主函數(shù)調(diào)用。

-n 指定發(fā)送的arp包的個數(shù)

-a 指定發(fā)送arp request包，默認(rèn)的是arp reply包

-w 指定發(fā)送數(shù)據(jù)包的時間間隔（秒數(shù)），默認(rèn)是1秒

-d 指定發(fā)送數(shù)據(jù)包的目標(biāo)ip地址

-s 指定發(fā)送數(shù)據(jù)包的源ip地址

-t 指定發(fā)送數(shù)據(jù)包的目標(biāo)硬件地址

-r 指定發(fā)送數(shù)據(jù)包的源硬件地址

6) 輸出ip－mac對應(yīng)表

int listIPMAC(u_char *device)

本函數(shù)里面用新的線程進(jìn)行監(jiān)聽，線程函數(shù)為sniff,同時用arpsend_local發(fā)送本機的arp數(shù)據(jù)包，然后調(diào)用下面的函數(shù)。

void handler(u_char* user, const struct pcap_pkthdr* hdr, const u_char* pack)

本函數(shù)是嗅探arp數(shù)據(jù)包的回調(diào)函數(shù)，讀取嗅探的arp包，并解析出來源ip和源mac地址，然后輸出ip、mac對應(yīng)表。

3.用戶程序建立以及microblaze 上運行

程序板上調(diào)試可以使用網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS，但是我的nfs建立不起來，只能使用了另一種方法，因為發(fā)現(xiàn)板上uclinux系統(tǒng)有tftp命令，故使用windows系統(tǒng)下的tftp服務(wù)器。具體方法如下：

1. 使用petalinux-new-app腳本建立用戶程序，并編譯。具體方法參考user-apps目錄下面的README。

2. 將生成的執(zhí)行文件通過共享文件夾復(fù)制到tftp服務(wù)器根目錄

3. 目標(biāo)板上電啟動之后，在超級終端，使用ifconfig eth0 x.x.x.x命令分配板上系統(tǒng)一個ip地址。

4. 開啟tftp服務(wù)器，進(jìn)入板上系統(tǒng)的可寫入目錄/var(ramfs文件系統(tǒng))，執(zhí)行命令

tftp 192.168.158.57(tftp服務(wù)器ip) –g –r 可執(zhí)行文件名

5. 修改可執(zhí)行文件的權(quán)限 chmod 755 可執(zhí)行文件名

(6)./可執(zhí)行文件，查看運行結(jié)果。

4.軟硬件融合

當(dāng)程序的運行情況符合自己的預(yù)期的時候，就可以將其加載到操作系統(tǒng)內(nèi)核了。具體方法如下：

1. redhat9系統(tǒng)，在已經(jīng)建立了petalinux環(huán)境的終端中，執(zhí)行命令進(jìn)入

petalinux-dist目錄，執(zhí)行命令make image

2. 將新生成的images文件夾通過共享文件夾復(fù)制到windows系統(tǒng)中tftp服務(wù)器根目錄下。

3. 開啟tftp服務(wù)器，板子上電，當(dāng)出現(xiàn)“hit anykey to stop autoboot”時候，敲擊鍵盤上某個鍵，此時會出現(xiàn)“U-Boot>”提示，輸入命令“run update_kernel”執(zhí)行之，經(jīng)過一段時間之后，內(nèi)核就會更新完成。

4. 重新上電啟動，就會在/bin目錄下面找到編譯成功的用戶程序。

功能特色

嵌入式系統(tǒng)功能及特色：

在xilinx公司提供的開發(fā)板上，實現(xiàn)了基于fpga的嵌入式設(shè)計，成功地固化操作系統(tǒng)uclinux。fpga的配置方式為主串方式；板上的DDR SDRAM(MT46V32M16)相當(dāng)于系統(tǒng)內(nèi)存，Intel StrataFlash Parallel NOR FLASH相當(dāng)于系統(tǒng)硬盤；嵌入的系統(tǒng)支持了多文件系統(tǒng)，比如romfs，ramfs。ramfs非常適合于嗅探結(jié)果的臨時存放，方便了分析；以太網(wǎng)卡驅(qū)動初始化添加了混雜模式，為程序的全網(wǎng)嗅探提供了可能；標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出設(shè)備為串口，同時也支持telnet遠(yuǎn)程控制操作。

程序功能及特色：

嗅探器的實現(xiàn)，主要使用了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包捕獲函數(shù)包libpcap。編寫的代碼可捕獲tcp，udp，arp，icmp，ip等協(xié)議的數(shù)據(jù)包，并可實現(xiàn)協(xié)議，ip，端口等的過濾以及詳細(xì)的基于ip，協(xié)議的流量統(tǒng)計功能；arp工具可輸出局域網(wǎng)的ip-mac映射表，并可發(fā)送特定ip，mac地址的arp數(shù)據(jù)包以及時糾正錯誤的arp緩存。

系統(tǒng)測試

測試環(huán)境

本作品測試的環(huán)境是以太局域網(wǎng)。

測試設(shè)備

有鏡像端口的交換機或者10BASE-T Ethernet Hub

工具使用流程簡述

1. 使用命令 nsa –i eth0,根據(jù)結(jié)果以及流量統(tǒng)計分析可疑ip地址，初步認(rèn)識該ip地址行為。

2. 使用nsa提供的參數(shù)，對特定的數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議，ip地址，端口號，或者mac地址的過濾，進(jìn)行詳細(xì)分析。

功能測試

測試-： 局域網(wǎng)內(nèi)的異常行為是很多的，但是異常行為或多或少都會在數(shù)據(jù)包行為，比如流向，頻度，端口特征等方面體現(xiàn)出來，因此是可以分析出來的?，F(xiàn)在只選擇一種行為arp欺騙進(jìn)行數(shù)據(jù)包的偵測分析。

步驟描述：

1.模擬出arp欺騙行為。

2.打開超級終端，設(shè)定各個參數(shù)。目標(biāo)板上電，在超級終端使用ifconfig eth0 命令，分配給嵌入式系統(tǒng)同一網(wǎng)段的ip地址。

3.telnet命令登陸目標(biāo)板，用戶名，密碼均為root。

4.使用命令nsa –i eth0 arp > /var/result，進(jìn)行arp數(shù)據(jù)包捕獲，一段時間之后，使用ctrl+c命令停止。

5.使用命令 vi /var/result查看抓包結(jié)果。

測試結(jié)果及分析

模擬出來的arp欺騙，其顯著特征就是要不斷地發(fā)送arp回應(yīng)包來更新受害主機的arp緩存來達(dá)到欺騙的目的。通過使用我們的程序可以抓到如圖所示的arp數(shù)據(jù)包，網(wǎng)關(guān)mac地址為假，可以肯定的是有臺主機在進(jìn)行arp欺騙并冒充網(wǎng)關(guān)的角色。

測試二：

綜合抓包測試，主要進(jìn)行nsa工具的全方位演示

1.nsa -i eth0 –na 抓取eth0接口并輸出數(shù)據(jù)流向以及應(yīng)用層協(xié)議和域名名稱并統(tǒng)計。

2. nsa -i 1 -c 4444 抓取指定個數(shù)的1號接口數(shù)據(jù)包并統(tǒng)計。

3.nsa ip src host 192.168.158.57 and tcp port 80 抓取ip地址為192.168.158.57的http協(xié)議的數(shù)據(jù)流向并統(tǒng)計。

4. nsa -v -x src net 192.168 and dst port 80 抓取網(wǎng)絡(luò)地址為192.168網(wǎng)絡(luò)的http協(xié)議的數(shù)據(jù)包并打印16進(jìn)制數(shù)據(jù)內(nèi)容以及包頭信息。

測試三：arptool測試

功能一：列出ip-mac映射表，使用命令arptool –l

結(jié)果：

功能二：指定ip、mac，發(fā)送arp數(shù)據(jù)包

arptool -d 192.168.158.57 -s 192.168.158.210 -r 00:0A:35:00:22:01 –n 3

使用該命令向192.168.158.57發(fā)送192.168.158.210正確的arp數(shù)據(jù)包3次。