Python-对Pcap文件进行处理,获取指定TCP流

2018-08-26 17:33:20来源:博客园 阅读 ()

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        通过对TCP/IP协议的学习,本人写了一个可以实现对PCAP文件中的IPV4下的TCP流提取,以及提取指定的TCP流,鉴于为了学习,没有采用第三方包解析pcap,而是对bytes流进行解析,其核心思想为:若想要提取TCP Content,需在下层的IPV4协议中判断Protocol是否为TCP,然后判断下层的以太网协议的Type是否为IPV4协议(此处的IPV4判断,只针对本人所写项目);对于指定流需要获取Client以及Server的[IP,PORT]。

一、Pcap文件解析

  对于一个Pcap文件,其结构为文件头,数据包头,数据包数据,数据包头,数据包数据……,文件头为24字节,如下:

 

 

  • Magic:4Byte:标记文件开始,并用来识别文件自己和字节顺序
  • Major:2Byte: 当前文件主要的版本号
  • Minor:2Byte: 当前文件次要的版本号
  • ThisZone:4Byte:当地的标准时间,如果用的是GMT则全零,一般都直接写 0000 0000
  • SigFigs:4Byte:时间戳的精度
  • SnapLen:4Byte:最大的存储长度
  • LinkType:4Byte:链路类型

  数据报头为16字节,如下:

  • Timestamp 4Byte:被捕获时间的高位,精度为seconds
  • Timestamp 4Byte:被捕获时间的低位,精度为microseconds
  • Caplen 4Byte:当前数据区的长度,即抓取到的数据帧长度,不包括Packet Header本身的长度,单位是 Byte ,由此可以得到下一个数据帧的位置。
  • Len 4Byte:离线数据长度:网络中实际数据帧的长度,一般不大于caplen,多数情况下和Caplen数值相等。
  Packet Data 
  在数据包头之后,就是数据包的数据了,数据长度就是Caplen个Byte,在此之后是一个新的Packet Header,新的Packet Data,如此循环。 
 
二、以太网协议解析
  以太网协议为14Byte,6Byte Destination,6Byte Source,2Byte Type

 

三、IPV4协议解析
  不同的IP协议各有不同,本项目只选用IPV4下的TCP流
  

 

  • Version 4bit:对于IPv 4,这总是等于4
  • IHL 4bit:数据报协议头长度,表示协议头具有32位字长的数量。该字段的最小值为5,它表示长度为5×32位=160位=20字节。作为一个4位字段,最大值为15字(15×32位,或480位=60字节)
  • DSCP 6bit:差分服务代码点
  • ECN 2bit:显式拥塞通知
  • Total Length 2Byte:这个16位字段定义了整个IP数据包大小(以字节为单位),包括报头和数据,最小大小为20字节(没有数据的头),最大为65535字节。
  • Identification 2Byte:该字段是一个标识字段,主要用于唯一标识单个IP数据报的片段组。
  • Flags 3bit:用于控制或识别片段
  • Fragment Offset 13bit:片段偏移字段以8字节块为单位进行测量。它有13位长,并指定特定片段相对于原始未分段ip数据报开头的偏移量。第一个片段的偏移量为零。这允许最大偏移量(2**13-1)×8=65528字节,这将超过包含报头长度(65528+20=65548字节)的最大IP数据包长度65535字节。
  • Time To Live (TTL) 1Byte:一段8位的存活时间有助于防止数据报在互联网上持久化
  • Protocol 1Byte:此字段定义IP数据报的数据部分中使用的协议
  • Header Checksum 2Byte:16位IPV4头校验和字段用于对标头进行错误检查
  • Source address 4Byte:此字段是数据包发件人的IPV4地址。
  • Destination address 4Byte:该字段是数据包接收方的IPV4地址
  • Options:选项字段不常使用。

四、TCP协议解析

  • Source port (16 bits):标识发送端口
  • Destination port (16 bits):标识接收端口
  • Sequence number (32 bits):序列号,具有双重作用,如果syn被设置成1,标志这是初始序列号,如果syn被设置成0,表示这是初始序列号,如果syn被设置成0,表示这是当前会话的此段的第一个数据字节的累积序列号
  • Acknowledgment number (32 bits):如果设置ACK标志,则此字段的值是ACK发送方期望的下一个序列号
  • Data offset (4 bits):指定以32位为单位的tcp报头的大小。最小标头为5字,最大为15字,从而使其最小为20字节,最大为60字节,允许在标题中设置多达40字节的选项
  • Reserved (3 bits):供将来使用,并应设置为零
  • Flags (9 bits) (aka Control bits):包含9个标志位
    • NS (1 bit): ECN-nonce - 隐藏保护
    • CWR (1 bit): 发送主机设置拥塞窗口减少(Cwr)标志,以表明它收到了设置了ecc标志的tcp段,并在拥塞控制机制中作出了响应
    • ECE (1 bit): ECN-Echo具有双重角色,这取决于SYN标志的值
    • URG (1 bit): 指示紧急指针字段是有效的
    • ACK (1 bit): 指示确认字段是有效的。客户端发送的初始SYN数据包之后的所有数据包都应该设置此标志
    • PSH (1 bit): 推送功能,请求将缓冲数据推送到接收应用程序
    • RST (1 bit):重置连接
    • SYN (1 bit): 同步序列号。只有从每一端发送的第一个数据包应该设置此标志。其他一些标志和字段根据此标志更改含义,有些只有在设置1时才有效,而另一些则在0时才有效
    • FIN (1 bit): 来自发送方的最后一包
  • Window size (16 bits):接收窗口的大小
  • Checksum (16 bits):16位校验和字段用于对报头、有效载荷和伪头进行错误检查
  • Urgent pointer (16 bits):如果设置了URG标志,则此16位字段与表示最后一个紧急数据字节的序列号之间的偏移量
  • Options (Variable 0–320 bits, divisible by 32):该字段的长度由数据偏移字段决定

五、处理文件

  部分核心代码如下:

  此部分是对pcap(bytes)文件读入,将每一个数据包数据作为一帧,判断为IPV4-TCP数据后,将TCP里面的[src, dst,src_port,dst_port, seq, ack, flags, content]一帧帧提取,存储在tcp_stream,此处即为提取pcap文件中所有的TCP流

  此处是对于上面传入的tcp_stream,提取出我们想要指定的Tcpstream,如果flags_ack,flages_push为1时,即有Client或Server进行http请求,若此包被确认接收,则进行存储(避免重传,丢包的情况),判断flags_fin为1时,结束循环,返回指定的Tcp流。

六、完整代码

  TCP学习:https://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_Control_Protocol#TCP_segment_structure

  IPV4学习:https://en.wikipedia.org/wiki/IPv4#Packet_structure

  完整代码:https://github.com/sunpudding/python,里面不仅有完整项目代码,还有单元测试,欢迎下载,一起学习交流。

  

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