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网络相关知识：网络抓包原理

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手机 App 抓包

要实现对 App 的网络数据抓包，需要监控 App 与服务器交互之间的网络节点，监控其中任意一个网络节点（网卡），获取所有经过网卡中的数据，对这些数据按照网络协议进行解析，这就是抓包的基本原理

但是中间网络节点，不受我们控制，所以基本无法实现抓包的，只能在客户端和服务端进行抓包

通常我们监控本地网卡数据，如下图：

本地网络 指的是WIFI的路由，如果直接抓路由器的包还是比较麻烦的，因此我们会在 手机 和 本地路由 之间加一层 代理服务，这样只要抓代理服务的网络数据即可：

Linux 抓包

Linux 抓包是通过 注册一种虚拟的底层网络协议 来完成对网络报文（准确的说是网络设备）消息的处理权

  • 当网卡接收到一个网络报文之后，它会遍历系统中所有已经注册的网络协议（例如，以太网协议，x25协议处理模块）来尝试进行报文的解析处理（这一点和一些文件系统的挂载相似，就是让系统中所有的已经注册的文件系统来进行尝试挂载，如果哪一个认为自己可以处理，那么就完成挂载）
  • 当抓包模块把自己伪装成一个网络协议的时候，系统在收到报文的时候就会给这个伪协议一次机会，让它来对网卡收到的报文进行一次处理，此时该模块就会趁机对报文进行窥探，也就是把这个报文完完整整的复制一份，假装是自己接收到的报文，汇报给抓包模块

具体是使用 libpcap 获取被监听网络接口的数据

在 Linux 内核中，使用网络过滤器的数据包捕获是通过附加钩子来完成的：

  • 可以根据需要在路径中的不同位置指定钩子，后跟内核网络数据包
  • 可以在此处找到组织结构图，其中包含路线后跟包裹以及钩子的可能区域

钩子 hook 是通过以下结构定义的：

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typedef unsigned int nf_hookfn(void *priv,
			       struct sk_buff *skb,
			       const struct nf_hook_state *state);

struct nf_hook_ops {
      nf_hookfn               *hook; /* 捕获网络数据包(作为结构发送的数据包)时,调用的处理程序(该字段是传递给处理程序的私有信息) */
      struct net_device       *dev; /* 要捕获的设备(网络接口) */
      void                    *priv; 
      u_int8_t                pf; /* 包装类型(PF_INET等) */
      unsigned int            hooknum; /* hook编号 */
      int                     priority; /* 优先级 */
};
  • 钩子函数 hook 的签名中有一个 nf_hook_state 结构体，用于描述 hook 的状态信息，关键条目如下：
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struct nf_hook_state {
	unsigned int hook;	   /* hook编号 */
	u_int8_t pf; 		  /* 包装类型 */
	struct net_device *in; /* 输入接口 */
	struct net_device *out; /* 输出接口 */
	struct sock *sk; /* 对应的sock(INET套接字) */
	struct net *net;  /* 对应的net(内核网络命名空间) */
	int (*okfn)(struct net *, struct sock *, struct sk_buff *);
};

相关 API 如下：

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int nf_register_net_hook(struct net *net, const struct nf_hook_ops *ops); /* 用于注册挂钩点 */
void nf_unregister_net_hook(struct net *net, const struct nf_hook_ops *ops); /* 用于注销挂钩点 */
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int nf_register_net_hooks(struct net *net, const struct nf_hook_ops *reg,
                        unsigned int n); /* 调用n次nf_register_net_hook */
void nf_unregister_net_hooks(struct net *net, const struct nf_hook_ops *reg,
                           unsigned int n); /* 调用n次nf_unregister_net_hook */
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int nf_register_net_hooks(struct net *net, const struct nf_hook_ops *reg,
			  unsigned int n)
{
	unsigned int i;
	int err = 0;

	for (i = 0; i < n; i++) {
		err = nf_register_net_hook(net, &reg[i]);
		if (err)
			goto err;
	}
	return err;

err:
	if (i > 0)
		nf_unregister_net_hooks(net, reg, i);
	return err;
}
EXPORT_SYMBOL(nf_register_net_hooks);

void nf_unregister_net_hooks(struct net *net, const struct nf_hook_ops *reg,
			     unsigned int hookcount)
{
	unsigned int i;

	for (i = 0; i < hookcount; i++)
		nf_unregister_net_hook(net, &reg[i]);
}
EXPORT_SYMBOL(nf_unregister_net_hooks);

Linux 抓包的具体实现就是依靠该 hook 机制完成的，当网络过滤器捕获数据时，就可以依靠抓包程序的 hook 把数据包传输到对应的软件中