一文教你如何用 C 代码解析一段网络数据包？

本文的目的是通过随机截取的一段网络数据包，然后根据协议类型来解析出这段内存。

学习本文需要掌握的基础知识：

1. 网络协议
2. C语言
3. Linux操作
4. 抓包工具的使用

其中抓包工具的安装和使用见下文：

一、截取一个网络数据包

通过抓包工具，随机抓取一个tcp数据包

科莱抓包工具解析出的数据包信息如下：数据包的内存信息：数据信息可以直接拷贝出来：

二、用到的结构体

下面，一口君就手把手教大家如何解析出这些数据包的信息。

我们可以从Linux内核中找到协议头的定义

• 以太头：

drivers\staging\rtl8188eu\include\if_ether.h 

struct ethhdr {
 unsigned char h_dest[ETH_ALEN]; /* destination eth addr */
 unsigned char h_source[ETH_ALEN]; /* source ether addr */
 unsigned short h_proto;  /* packet type ID field */
};

• IP头

 include\uapi\linux\ip.h 

struct iphdr {
#if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)  //小端模式
 __u8 ihl:4,
  version:4;
#elif defined(__BIG_ENDIAN_BITFIELD)    //大端模式
 __u8 version:4,
  ihl:4;
#endif
 __u8 tos;
 __u16 tot_len;
 __u16 id;
 __u16 frag_off;
 __u8 ttl;
 __u8 protocol;
 __u16 check;
 __u32 saddr;
 __u32 daddr;
 /*The options start here. */
};

tcp头

include\uapi\linux\tcp.h

struct tcphdr {
 __be16 source;
 __be16 dest;
 __be32 seq;
 __be32 ack_seq;
#if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)
 __u16 res1:4,
  doff:4,
  fin:1,
  syn:1,
  rst:1,
  psh:1,
  ack:1,
  urg:1,
  ece:1,
  cwr:1;
#elif defined(__BIG_ENDIAN_BITFIELD)
 __u16 doff:4,
  res1:4,
  cwr:1,
  ece:1,
  urg:1,
  ack:1,
  psh:1,
  rst:1,
  syn:1,
  fin:1;
#else
#error "Adjust your <asm/byteorder.h> defines"
#endif 
 __be16 window;
 __sum16 check;
 __be16 urg_ptr;
};

因为协议头长度都是按照标准协议来定义的，

所以以太长度是14，IP头长度是20，tcp头长度是20，

各个协议头对应的内存空间如下：

三、解析以太头

#define MAC_ARG(p) p[0],p[1],p[2],p[3],p[4],p[5]

 struct ethhdr *ethh;
 unsigned char *p = pkt;
 
 ethh = (struct ethhdr *)p;

 printf("h_dest:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x \n", MAC_ARG(ethh->h_dest));
 printf("h_source:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x \n", MAC_ARG(ethh->h_source));
 printf("h_proto:%04x\n",ntohs(ethh->h_proto));

注意，数据包中的数据是网络字节序，如果要提取数据一定要注意字节序问题ethh->h_proto 是short类型，占2个字节，所以存储到本地需要使用函数ntohs其中：n：network 网络字节序h：host       主机字节序s：short     2个字节l：long       4个字节ntohl()  ：4字节网络字节序数据转换成主机字节序htons() ：2字节主机字节序数据转换成网络字节序ntohs() ：2字节网络字节序数据转换成主机字节序htonl() ：4字节主机字节序数据转换成网络字节序

当执行下面这条语句时，

ethh = (struct ethhdr *)p;

结构体指针变量eth的成员对应关系如下：

最终打印结果如下：

四、解析ip头

解析ip头思路很简单，

就是从pkt头开始偏移过以太头长度(14字节)就可以找到IP头，

解析代码如下：

#define IP_ARG(p)  p[0],p[1],p[2],p[3]

 /*
  解析IP头
 */
 if(ntohs(ethh->h_proto) == 0x0800)
 {
 
  iph = (struct iphdr *)(p + sizeof(struct ethhdr));

  q = (unsigned char *)&(iph->saddr);
  printf("src ip:%d.%d.%d.%d\n",IP_ARG(q));

  q = (unsigned char *)&(iph->daddr);
  printf("dest ip:%d.%d.%d.%d\n",IP_ARG(q));
 }

Iiph

最终解析结果如下：

可以看到我们正确解析出了IP地址，结果与抓包工具分析出的数据保持了一致。

其中protocol字段表示了ip协议后面的额协议类型，常见的值如下：

数值	描述
0	保留字段，用于IPv6(跳跃点到跳跃点选项)
1	Internet控制消息 (ICMP)
2	Internet组管理 (IGMP)
3	网关到网关 (GGP)
4	1P中的IP(封装)
6	传输控制 (TCP)
7	CBT
8	外部网关协议 (EGP)
9	任何私有内部网关(Cisco在它的IGRP实现中使用) (IGP)
10	BBNRCC监视
11	网络语音协议
12	PUP
13	ARGUS
14	EMCON
15	网络诊断工具
16	混乱(Chaos)
17	用户数据报文 (UDP)
41	1Pv6
58	1Pv6的ICMP
59	1Pv6的无下一个报头
60	IPv6的信宿选项
89	OSPF IGP
92	多播传输协议
94	IP内部的IP封装协议
95	可移动网络互连控制协议
96	旗语通讯安全协议
97	IP中的以太封装
98	封装报头
100	GMTP
101	Ipsilon流量管理协议
133～254	未分配
255	保留

五、解析tcp头

查找tcp头思路很，

就是从pkt头开始偏移过以太头长度(14字节)、和IP头长度（20字节）就可以找到tcp头，

 switch(iph->protocol)
  {
   case 0x1:
    //icmp
    break;
   case 0x6:
    //tcp    
    tcph = (struct tcphdr *)(p + sizeof(struct ethhdr) + sizeof(struct iphdr));
    printf("source:%d dest:%d \n",ntohs(tcph->source),ntohs(tcph->dest); 

    break;
   case 0x11:
    //udp
    
    break;
  }

结构体与内存对应关系

打印结果如下：

六、学会用不同格式打印这块内存

在实际项目中，可能我们解析的并不是标准的TCP/IP协议数据包，

可能是我们自己的定义的协议数据包，

只要掌握了上述方法，

所有的协议分析都能够手到擒来！

有时候我们还需要打印对方发送过来的数据帧内容，

往往我们会以16进制形式将所有数据打印出来，

这样是最有利于我们分析数据内容的。

1. 按字节打印

代码如下：

 for(i=0;i<400;i++)
 {
  printf("%02x ",pkt[i]);
  if(i%20 == 19)
  {
   printf("\n");
  }
 }

2. 按short类型分析一段内存

我们接收数据时，虽然使用一个unsigned char型数组，

但是有时候对方发送过来的数据可能是2个字节的数组，

那我们只需要用short类型的指针，指向内存的头，

然后就可以通过该指针访问到对方发送的数据，

这个时候一定要注意字节序问题，

不同场景可能不一样，所以一定要具体问题具体分析，

本例因为是网络字节序数据转换成主机字节序，

所以需要转换字节序。

//转变short型字节序
void indian_reverse(unsigned short arr[],int num)
{
 int i;
 unsigned short temp;

 for(i=0;i<num;i++)
 {
  temp = 0;

  temp = (arr[i]&0xff00)>>8;
  temp |= (arr[i]&0xff)<<8;
  arr[i] = temp;
 }
}
main()
{
 unsigned short spkt[200];
 
 ………………
 memcpy(spkt,pkt,sizeof(pkt));

 indian_reverse(spkt,ARRAY_SIZE(spkt));
 
 for(i=0;i<200;i++)
 {
  printf("%04x ",spkt[i]);
  if(i%10 == 9)
  {
   printf("\n");
  }
 }
 ………………
}

结果如下：

好了，这个例子掌握了，那么网络就算入门了，快操练起来吧！

完整代码请公众号后台回复：数据包解析

- EOF -

推荐阅读  点击标题可跳转

关注『CPP开发者』

看精选C++技术文章 . 加C++开发者专属圈子

点赞和在看就是最大的支持❤️