Go中链路层套接字的实践
2019-08-06

1. 介绍2. 服务端3. 协议头部4. 客户端5. 总结

1. 介绍

接上次的博客,按照约定的划分,还有一层链路层socket。这一层就可以自定义链路层的协议头部(header)了,下面是目前主流的Ethernet 2(以太网)标准的头部:相比IP和TCP的头部,以太网的头部要简单些,仅有目标MAC地址,源MAC地址,数据协议类型(比如常见的IP和ARP协议)。

但多了尾部的FCS(帧校验序列),用的是CRC校验法。如果校验错误,直接丢弃掉,不会送到上层的协议栈中,链路层只保证数据帧的正确性(丢掉错误的)。具体数据报的完整性由上层控制,比如TCP重传。链路层最大长度是1518字节,除去18字节的头部和尾部,只剩1500字节,也就是MTU(最大传输单元)的由来,并约定最小传输长度64字节。

2. 服务端

ifonfig 查看本机的网络设备(网卡):

eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500 inet 172.17.0.2 netmask 255.255.0.0 broadcast 172.17.255.255 ether 02:42:ac:11:00:02 txqueuelen 0 (Ethernet)

通过Go提供的net拿到网络接口设备的详细信息,eth0是上面的网络设备名字:

ifi, err := net.InterfaceByName("eth0")util.CheckError(err)

然后使用原始套接字绑定到该网络设备上:

fd, err := syscall.Socket(syscall.AF_PACKET, syscall.SOCK_RAW, int(wire.Htons(0x800)))

AF_PACKET是Linux 2.2加入的功能,可以在网络设备上接收发送数据包。其第二个参数 SOCK_RAW 表示带有链路层的头部,还有个可选值 SOCK_DGRAM 会移除掉头部。第三个则对应头部中协议类型(ehter type),比如只接收 IP 协议的数据,也可以接收所有的。可在Linux中if_ether文件查看相应的值。比如:

#define ETH_P_IP 0x0800 /* Internet Protocol packet #define ETH_P_IPV6 0x86DD /* IPv6 over bluebook */#define ETH_P_SNAP 0x0005 /* Internal only */

Htons函数是把网络字节序转成当前机器字节序。这里已经拿到链路层socket的连接句柄,下一步就可以监听该句柄的数据:

for { buf := make([]byte, 1514) n, _, _ := syscall.Recvfrom(fd, buf, 0) header := wire.ParseHeader(buf[0:14]) fmt.Println(header)}

这时候所有到这机器上的IP协议流量都能监听到,不管UDP,TCP,ICMP等上层协议。启动程序,尝试在另外台机器ping下,得到:

root@4b56d41e5168:/ethernet# go run main.go[2018-07-16T00:32:32.215Z] INFO 02:42:ac:11:00:02DestinationAddress: 02:42:ac:11:00:02 SourceAddress: 02:42:ac:11:00:03 EtherType: ipv4

另外台机器:

root@3348477f42e8:/# ping 172.17.0.2PING 172.17.0.2 (172.17.0.2) 56(84) bytes of data.64 bytes from 172.17.0.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.202 ms

3. 协议头部

上面例子代码中,定义了1514的字节slice来接收一次以太网的数据,然后取出前14个字节来解析头部。协议尾部的4字节不需要处理,在发送数据的时候由网络设备并添加,接收的时候由设备校验并去除。在以前的有些计算机中,是需要自己添加或移除尾部的,后面可介绍下该校验算法。 ParseHeader解析头部也很简单,前6个字节是目标Mac地址,中间6字节是源Mac地址,后2字节是协议类型:

func ParseHeader(buf []byte) *Header { header := new(Header) var hd net.HardwareAddr hd = buf[0:6] header.DestinationAddress = hd hd = buf[6:12] header.SourceAddress = hd header.EtherType = binary.BigEndian.Uint16(buf[12:14]) return header}

ping使用的是ICMP协议,和TCP/UDP同级,所以根据接收到的数据继续解IP协议头部,ICMP协议头部。包含关系如图:

Go官方有相应的库可以解析:

ip4header, _ := ipv4.ParseHeader(buf[14:34])fmt.Println("ipv4 header: ", ip4header)icmpPayload := buf[34:]msg, _ := icmp.ParseMessageicmpPayload)fmt.Println("icmp: ", msg)

IP头部20字节,ICMP头部8个字节,输出如下:

root@4b56d41e5168://ethernet# go run main.go[2018-07-16T00:36:03.033Z] INFO 02:42:ac:11:00:02DestinationAddress: 02:42:ac:11:00:02 SourceAddress: 02:42:ac:11:00:03 EtherType: ipv4ipv4 header: ver=4 hdrlen=20 tos=0x0 totallen=84 id=0x97ab flags=0x2 fragoff=0x0 ttl=64 proto=1 cksum=0x4ad6 src=172.17.0.3 dst=172.17.0.2icmp: &{echo 0 12964 0xc4200807e0}

4. 客户端

上面代码是服务端解析以太网协议头部,也可以自定义发送时头部:建立socket句柄:

var ohter = net.HardwareAddr{0x02, 0x42, 0xac, 0x11, 0x00, 0x02}var etherType uint16 = 52428fd, err := syscall.Socket(syscall.AF_PACKET, syscall.SOCK_RAW, int(wire.Htons(etherType)))

构建以太网头部,然后发送监听的机器上:

for { payload := []byte("msg") minPayload := len(payload) if minPayload < 46 { minPayload = 46 } b := make([]byte, 14+minPayload) header := &wire.Header{ DestinationAddress: broadcast, SourceAddress: ifi.HardwareAddr, EtherType: etherType, } copy(b[0:14], header.Marshal()) copy(b[14:14+len(payload)], payload) var baddr [8]byte copy(baddr[:], broadcast) to := &syscall.SockaddrLinklayer{ Ifindex: ifi.Index, Halen: 6, Addr: baddr, Protocol: wire.Htons(etherType), } err = syscall.Sendto(fd, b, 0, to) util.CheckError(err) time.Sleep(time.Second) }}

监听端输出:

root@4b56d41e5168:/ethernet# go run main.go[2018-07-16T15:25:46.745Z] INFO 02:42:ac:11:00:02DestinationAddress: 02:42:ac:11:00:02 SourceAddress: 02:42:ac:11:00:03 EtherType: unknow52428DestinationAddress: 02:42:ac:11:00:02 SourceAddress: 02:42:ac:11:00:03 EtherType: unknow52428

5. 总结

基于此就可以抓取数据链路层的流量,然后对流量进行深入分析等。还有一种方式是基于packet_mmap的共享内存抓包方式,性能更好些。文中例子代码在examples,参考:https://github.com/spotify/linux/blob/master/include/linux/if_ether.hhttp://man7.org/linux/man-pages/man7/packet.7.html