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c++环境下qt+pcpp(winpcap)实现的网络抓包（sniff)程序
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一、软件的简介
1.1 开发技术简介
本软件是利用c++语言基于Qt与PcapPlusPlus(以下简称PcPP)库在vs2019中开发的一个单一的windows应用。Qt是一个良好的跨平台界面设计库，简单易用，可移植性好；PcapPcapPlus是一个多平台的c++库，用于捕获、解析和制作网络数据包，功能强大，易于使用，简洁高效。本程序使用在开发过程中，利用异步抓包的方式，将ui线程作为主线程，抓包及数据处理线程作为子线程，保证用户体验的一个连贯性，同时，保证抓包的效率。 更新时间： 2022年9月2日14:27:09：添加代码信息 1.2 软件的基本情况软件的基本运行如下图所示：
在运行本程序前，需要安装WinPcap 。 在安装WinPcap之后，直接点击 下图中的应用程序可以直接运行。
其他功能在正面介绍时会具体的演示。 二、软件的功能设计及实现软件当前已经基本上实现了获取当前主机的网卡、抓包、协议分析（包括以太网、ARP、IPv4、IPv6、TCP、UDP、HTTP、ICMP等）、pcap文件的保存与打开等功能。正面将对各个功能模块及主要代码进行说明。 2.1 网卡列表功能网卡列表功能主要是获取当前主机上所有的网卡列表，功能实现如下图所示：
关键代码实现如下： initDevices()初始化时获取所有设备的列表，并更新网卡列表的控制数据 void MyNetDump::initDevices() { if (allDevices.size() == 0) { getDeviceList(); } std::vector::iterator it; QStringList nics; QString desc; for (it = this->allDevices.begin(); it < this->allDevices.end(); it++) { pcpp::PcapLiveDevice* dev = *it; if (!dev->getDesc().empty()) { desc= QString(dev->getDesc().c_str()); } else { desc = QString(dev->getName().c_str()); } nics.append(desc); } ui.cb_NicList->addItems(nics); }selectNIC()函数通过一个顺序号选择一个网卡： void MyNetDump::selectNIC(int index) { if (index >= 0 && index < allDevices.size()) { SelectedDevices = allDevices[index]; } if (SelectedDevices != nullptr) { printf("Dev %s is selected. ", SelectedDevices->getDesc().c_str()); } } 2.2 抓包功能
在单击开始抓包按钮后，或通过菜单中的开始抓包子菜单启动一次抓包。获取到的数据包会直接显示在基本信息列表栏中 。可以看简略的数据包信息，包括源地址、目的地址、数据包的最上层协议类型、数据的总长度（根据以太网数据包的长度计算的）及基本的信息。 开始抓包startPcap()： 代码基本的逻辑如下： 1. 开始时判断是否已经停止了？如果没有，则给用户弹出提示，当用户选择停止的时候，程序才停止抓包，并清除所有的已经抓包获取到的数据。 2. 判断是否选择网卡，如果没有选择，默认选择第一块网卡作为抓包的网卡。 3. 开始异步抓包，主线程负责显示数据，子线程负责抓包，处理数据并发送给用户。此时，用户不会直接卡在主界面，而是会看到一个连续的抓包过程。提高用户体验，同时，也提高处理运行效率。 关键代码如下： void MyNetDump::startPcap() { //清空list中的数据 //当前表中有数据的时候 if (!isStop) { QMessageBox::StandardButton result = QMessageBox::question(this, QString::fromLocal8Bit("提示"), QString::fromLocal8Bit("正在抓包，是否重新开始？")); if (result == QMessageBox::Yes) { this->stopPcap(); } else { return; } } isStop = false; clearData(); //如果没有选择网卡，就默认使用第1块 if (SelectedDevices == nullptr) { selectNIC(0); } std::cout setRowCount(0); ui.pte_data->clear(); //利用设置一个空的model的方式，删除所有的数据 //设置tree_view QStandardItemModel* model = new QStandardItemModel(this); //设置表头 model->setHorizontalHeaderLabels(QStringList() LayerHandler(_packet.getLayerOfType(p), &Items); break; case pcpp::UDP: hr_Packet->LayerHandler(_packet.getLayerOfType(p), &Items); break; case pcpp::HTTPRequest: hr_Packet->LayerHandler(_packet.getLayerOfType(p), &Items); break; case pcpp::HTTPResponse: hr_Packet->LayerHandler(_packet.getLayerOfType(p), &Items); break; case pcpp::SSL: hr_Packet->LayerHandler(_packet.getLayerOfType(p), &Items); break; default: hr_Packet->LayerHandler(_layer, &Items); break; } model->appendRow(Items); } while ((_layer = _layer->getNextLayer())!=NULL); ui.wTree_data->setModel(model); }协议分析，主要实现了以下的协议分析功能： 2.3.1 Ethernet层的协议分析
关键代码如下： void PacketHandler::LayerHandler(const pcpp::EthLayer* pLayer, QList* Items) { // 显示基本的信息 QStandardItem* siLayerType = new QStandardItem(QString(getStrProtocolType(pLayer->getProtocol()).c_str())); QStandardItem* siLayerInfo = new QStandardItem(QString(pLayer->toString().c_str())); // 数据的处理 addSubItems(siLayerType, QString("Data Length:"), QString("%1").arg(pLayer->getDataLen())); addSubItems(siLayerType, QString("Data:"), QString("%1").arg(pcpp::byteArrayToHexString(pLayer->getData(), pLayer->getDataLen()).c_str())); Items->append(siLayerType); Items->append(siLayerInfo); } 2.3.2 ARP层的协议分析对ARP的如下图所示： 关键代码如下 : void PacketHandler::LayerHandler(const pcpp::ArpLayer* pARPLayer, QList* Items) { // ARP包的处理顺序 // ARP包是最底层的包，直接解析就可以了。 // 获取当前层，直接获取ARP层 // 显示基本的信息 pcpp::ProtocolType pType = pARPLayer->getProtocol(); QStandardItem* siLayerType = new QStandardItem(QString(getStrProtocolType(pType).c_str())); QStandardItem* siLayerInfo = new QStandardItem(QString(pARPLayer->toString().c_str())); addSubItems(siLayerType, QString("Header Length:"), QString("%1").arg(pARPLayer->getHeaderLen())); // ARP包的类型 QString arpType = ""; if (ntohs(pARPLayer->getArpHeader()->opcode) == pcpp::ARP_REQUEST) { arpType = QString("ARP request"); } else { arpType = QString("ARP replay"); } addSubItems(siLayerType, QString("ARPType:"), arpType); // ARP包源MAC地址 addSubItems(siLayerType, QString("src mac:"), QString("%1").arg(pARPLayer->getSenderMacAddress().toString().c_str())); addSubItems(siLayerType, QString("target mac:"), QString("%1").arg(pARPLayer->getTargetMacAddress().toString().c_str())); // ARP要解析的IP地址 addSubItems(siLayerType, QString("src IP:"), QString("%1").arg(pARPLayer->getSenderIpAddr().toString().c_str())); addSubItems(siLayerType, QString("target IP:"), QString("%1").arg(QString("%1").arg(pARPLayer->getTargetIpAddr().toString().c_str()))); // ARP 数据的处理 addSubItems(siLayerType, QString("Data Length:"), QString("%1").arg(pARPLayer->getDataLen())); addSubItems(siLayerType, QString("Data:"), QString("%1").arg(pcpp::byteArrayToHexString(pARPLayer->getData(), pARPLayer->getDataLen()).c_str())); Items->append(siLayerType); Items->append(siLayerInfo); } 2.3.3 ICMP层的协议分析解析如下图所示： 关键代码如下： void PacketHandler::LayerHandler(const pcpp::IcmpLayer* pIcmpLayer, QList* Items) { // 显示基本的信息 QStandardItem* siLayerType = new QStandardItem(QString(getStrProtocolType(pIcmpLayer->getProtocol()).c_str())); QStandardItem* siLayerInfo = new QStandardItem(QString(pIcmpLayer->toString().c_str())); //icmp头消息 pcpp::icmphdr* pIcmpHdr = pIcmpLayer->getIcmpHeader(); addSubItems(siLayerType, QString("Message Type:"), QString("%1").arg(ntohs(pIcmpHdr->type))); addSubItems(siLayerType, QString("Message Code:"), QString("%1").arg(ntohs(pIcmpHdr->code))); addSubItems(siLayerType, QString("Message checksum:"), QString("0x%1").arg(QString::number(ntohs(pIcmpHdr->checksum),16).toUpper())); // 数据的处理 addSubItems(siLayerType, QString("Data Length:"), QString("%1").arg(pIcmpLayer->getDataLen())); addSubItems(siLayerType, QString("Data:"), QString("%1").arg(pcpp::byteArrayToHexString(pIcmpLayer->getData(), pIcmpLayer->getDataLen()).c_str())); Items->append(siLayerType); Items->append(siLayerInfo); } 2.3.4 IPv4协议分析
关键代码如下： void PacketHandler::LayerHandler(const pcpp::IPv4Layer* pLayer, QList* Items) { // 显示基本的信息 QStandardItem* siLayerType = new QStandardItem(QString(getStrProtocolType(pLayer->getProtocol()).c_str())); QStandardItem* siLayerInfo = new QStandardItem(QString(pLayer->toString().c_str())); // ip头处理 /* uint8_t internetHeaderLength : 4 uint8_t ipVersion : 4 uint8_t typeOfService uint16_t totalLength uint16_t ipId uint16_t fragmentOffset uint8_t timeToLive uint8_t protocol uint16_t headerChecksum uint32_t ipSrc uint32_t ipDst */ pcpp::iphdr* ipHeader = pLayer->getIPv4Header(); addSubItems(siLayerType, QString("internetHeaderLength:"),QString("%1").arg(ipHeader->internetHeaderLength)); addSubItems(siLayerType, QString("IpVersion:"),QString("%1").arg(ipHeader->ipVersion)); addSubItems(siLayerType, QString("typeOfService:"),QString("0x%1").arg(pcpp::byteArrayToHexString(&ipHeader->typeOfService, 1).c_str()).toUpper()); addSubItems(siLayerType, QString("TotalLength:"),QString("%1").arg(ipHeader->totalLength)); addSubItems(siLayerType, QString("IP Identification Field:"),QString("0X%1").arg(QString::number(ipHeader->ipId, 16)).toUpper()); addSubItems(siLayerType, QString("fragmentOffset:"),QString("0x%1").arg(QString::number(be16toh(ipHeader->fragmentOffset & (uint16_t)0xFF1F) * 8, 16).toUpper())); addSubItems(siLayerType, QString("timeToLive:"),QString("%1").arg(QString::number(ipHeader->timeToLive))); addSubItems(siLayerType, QString("protocol:"), QString("%1").arg(getIPProtocolTypes(pcpp::IPProtocolTypes(ipHeader->protocol)))); addSubItems(siLayerType, QString("headerChecksum:"),QString("%1").arg(QString::number(ipHeader->headerChecksum, 16))); // 数据的处理 addSubItems(siLayerType, QString("Data Length:"), QString("%1").arg(pLayer->getDataLen())); addSubItems(siLayerType, QString("Data:"), QString("0x%1").arg(pcpp::byteArrayToHexString(pLayer->getData(), pLayer->getDataLen()).c_str()).toUpper()); Items->append(siLayerType); Items->append(siLayerInfo); } 2.3.5 IPv6协议分析IPv6的解析如下图所示：
关键代码如下： void PacketHandler::LayerHandler(const pcpp::IPv6Layer* pLayer, QList* Items) { // 显示基本的信息 QStandardItem* siLayerType = new QStandardItem(QString(getStrProtocolType(pLayer->getProtocol()).c_str())); QStandardItem* siLayerInfo = new QStandardItem(QString(pLayer->toString().c_str())); /* * uint8_t trafficClass:4, // Traffic class * ipVersion:4; // IP version number, has the value of 6 for IPv6 uint8_t flowLabel[3]; // Flow label uint16_t payloadLength; // The size of the payload in octets, including any extension headers uint8_t nextHeader; // Specifies the type of the next header (protocol). Must be one of ::IPProtocolTypes uint8_t hopLimit; // Replaces the time to live field of IPv4 uint8_t ipSrc[16]; // Source address uint8_t ipDst[16]; // Destination address */ pcpp::ip6_hdr* ip6Header = pLayer->getIPv6Header(); addSubItems(siLayerType, QString("Traffic class :"), QString("%1").arg(ip6Header->trafficClass)); addSubItems(siLayerType, QString("IP version :"), QString("%1").arg(ip6Header->ipVersion)); addSubItems(siLayerType, QString("Flow label :"), QString("0x%1").arg(pcpp::byteArrayToHexString(ip6Header->flowLabel,3).c_str()).toUpper()); addSubItems(siLayerType, QString("Payload length :"), QString("%1").arg(ip6Header->payloadLength)); addSubItems(siLayerType, QString("Next header(protocol):"), QString("0x%1").arg(getIPProtocolTypes(pcpp::IPProtocolTypes(ip6Header->nextHeader)))); addSubItems(siLayerType, QString("Hop Limit :"), QString("%1").arg(ip6Header->hopLimit)); // 数据的处理 addSubItems(siLayerType, QString("Data Length:"), QString("%1").arg(pLayer->getDataLen())); addSubItems(siLayerType, QString("Data:"), QString("0x%1").arg(pcpp::-byteArrayToHexString(pLayer->getData(), pLayer->getDataLen()).c_str()).toUpper()); Items->append(siLayerType); Items->append(siLayerInfo); } 2.3.6 TCP协议分析如下图所示： 关键代码如下： void PacketHandler::LayerHandler(const pcpp::TcpLayer* pLayer, QList* Items) { // 显示基本的信息 QStandardItem* siLayerType = new QStandardItem(QString(getStrProtocolType(pLayer->getProtocol()).c_str())); QStandardItem* siLayerInfo = new QStandardItem(QString(pLayer->toString().c_str())); /* uint16_t portSrc;// Source TCP port uint16_t portDst;// Destination TCP port uint32_t sequenceNumber;// Sequence number uint32_t ackNumber;// Acknowledgment number uint16_t reserved : 4, dataOffset : 4,// Specifies the size of the TCP header in 32-bit words finFlag : 1,// FIN flag synFlag : 1,// SYN flag rstFlag : 1,// RST flag pshFlag : 1,// PSH flag ackFlag : 1,// ACK flag urgFlag : 1,// URG flag eceFlag : 1,// ECE flag cwrFlag : 1;// CWR flag uint16_t windowSize;// The size of the receive window, which specifies the number of window size units (by default, bytes) uint16_t headerChecksum;// The 16-bit checksum field is used for error-checking of the header and data uint16_t urgentPointer;// If the URG flag (@ref tcphdr#urgFlag) is set, then this 16-bit field is an offset from the sequence number indicating the last urgent data byte */ pcpp::tcphdr* tcpHeader = pLayer->getTcpHeader(); addSubItems(siLayerType, QString("Source TCP port:"), QString("%1").arg(ntohs(tcpHeader->portSrc))); addSubItems(siLayerType, QString("Destination TCP port:"), QString("%1").arg(ntohs(tcpHeader->portDst))); addSubItems(siLayerType, QString("Sequence number :"), QString("%1").arg(ntohs(tcpHeader->sequenceNumber))); addSubItems(siLayerType, QString("Acknowledgment number :"), QString("%1").arg(ntohs(tcpHeader->ackNumber))); addSubItems(siLayerType, QString("Flags:"), QString("SYN:%1,SYN:%2,RST:%3,PSH:%4,ACK:%5,URG:%6,ECE:%7,CWR:%8") .arg(ntohs(tcpHeader->finFlag)) .arg(ntohs(tcpHeader->synFlag)) .arg(ntohs(tcpHeader->rstFlag)) .arg(ntohs(tcpHeader->pshFlag)) .arg(ntohs(tcpHeader->ackFlag)) .arg(ntohs(tcpHeader->urgFlag)) .arg(ntohs(tcpHeader->eceFlag)) .arg(ntohs(tcpHeader->cwrFlag)) ); addSubItems(siLayerType, QString("receive window size:"), QString("%1").arg(ntohs(tcpHeader->windowSize))); addSubItems(siLayerType, QString("header Checksum:"), QString("0x%1").arg(QString::number(ntohs(tcpHeader->headerChecksum),16).toUpper())); addSubItems(siLayerType, QString("Data Length:"), QString("%1").arg(pLayer->getDataLen())); addSubItems(siLayerType, QString("Data:"), QString("%1").arg(pcpp::byteArrayToHexString(pLayer->getData(), pLayer->getDataLen()).c_str())); Items->append(siLayerType); Items->append(siLayerInfo); } 2.3.7 UDP协议分析
关键代码如下： void PacketHandler::LayerHandler(const pcpp::UdpLayer* pLayer, QList* Items) { // 显示基本的信息 QStandardItem* siLayerType = new QStandardItem(QString(getStrProtocolType(pLayer->getProtocol()).c_str())); QStandardItem* siLayerInfo = new QStandardItem(QString(pLayer->toString().c_str())); /* uint16_t portSrc;// Source port uint16_t portDst;// Destination port uint16_t length;// Length of header and payload in bytes uint16_t headerChecksum;// Error-checking of the header and data */ pcpp::udphdr* udpHeader = pLayer->getUdpHeader(); addSubItems(siLayerType, QString("Source UDP port:"), QString("%1").arg(ntohs(udpHeader->portSrc))); addSubItems(siLayerType, QString("Destination UDP port:"), QString("%1").arg(ntohs(udpHeader->portDst))); addSubItems(siLayerType, QString("Length:"), QString("%1").arg(ntohs(udpHeader->length))); addSubItems(siLayerType, QString("headerChecksum:"), QString("0x%1").arg(QString::number(ntohs(udpHeader->headerChecksum),16).toUpper())); // 数据的处理 addSubItems(siLayerType, QString("Data Length:"), QString("%1").arg(pLayer->getDataLen())); addSubItems(siLayerType, QString("Data:"), QString("%1").arg(pcpp::byteArrayToHexString(pLayer->getData(), pLayer->getDataLen()).c_str())); Items->append(siLayerType); Items->append(siLayerInfo); } 2.3.8 HTTP协议分析分为Http request 与http response.
关键代码如下： void PacketHandler::LayerHandler(const pcpp::HttpRequestLayer* pLayer, QList* Items) { // 显示基本的信息 QStandardItem* siLayerType = new QStandardItem(QString(getStrProtocolType(pLayer->getProtocol()).c_str())); QStandardItem* siLayerInfo = new QStandardItem(QString(pLayer->toString().c_str())); // 数据的处理 addSubItems(siLayerType, QString("Data Length:"), QString("%1").arg(pLayer->getDataLen())); addSubItems(siLayerType, QString("Data:"), QString("%1").arg(std::string((char*)pLayer->getData(), pLayer->getDataLen()).c_str())); Items->append(siLayerType); Items->append(siLayerInfo); }HTPP响应包 关键代码如下 void PacketHandler::LayerHandler(const pcpp::HttpResponseLayer* pLayer, QList* Items) { // 显示基本的信息 QStandardItem* siLayerType = new QStandardItem(QString(getStrProtocolType(pLayer->getProtocol()).c_str())); QStandardItem* siLayerInfo = new QStandardItem(QString(pLayer->toString().c_str())); // 数据的处理 addSubItems(siLayerType, QString("Data Length:"), QString("%1").arg(pLayer->getDataLen())); // addSubItems(siLayerType, QString("Data:"), QString("0x%1").arg(pcpp::byteArrayToHexString(pLayer->getData(), pLayer->getDataLen()).c_str())); addSubItems(siLayerType, QString("Data:"), QString("%1").arg(std::string((char*)pLayer->getData(), pLayer->getDataLen()).c_str())); Items->append(siLayerType); Items->append(siLayerInfo); } 2.3.9 其他协议分析还有很其他没有数据包没有进行详细的解析，但也作了一个简单的协议的识别与简单的解析。如DNS，ssl等，但如果下层协议是已经解析的协议，则会对下层的协议进行协议解析。
本功能实现了.pcap格式文件的读写功能。可将抓取的包保存成一个pcap格式的文件，保存的文件与Wireshark保存文件可以通用。在以下情况下可以触发文件保存功能： 点击保存按钮时清除数据时关闭有数据窗口时 文件的打开功能： 在有一个数据文件的情况下，可以利用打开功能，将一个pcap文件打开，并显示在窗口中。 点击打开文件按钮 选择保存的文件：
打开文件：
当前已经为数据包的过滤规则设置留了界面接口。但在功能实现上，还未能实现，在后期，如果需要，可以利用该接口，进行过滤的实现。 2.增加更多协议类型的解析能力在协议解析方面，当前只做了有数的几种，但代码中由一个重载的函数实现，可以十分方便的在后续进行拓展。 3.界面的美化界面主要是可以从显示与易用的方面进行考虑。尤其是对列表的分协议颜色设置。在代码中与功能按键上也设计了接口，但当前该功能尚未实现。 4.代码整体性能的调整代码虽说是利用了多线程，但在数据的处理，尤其是显示与数据的处理上，还有一定的耦合度，在数据量比较大的时候，存在一定的卡顿现象。后续可以进一步的解耦合，以提高界面的显示速度。 四、源代码： 地址：源代码 |
以太网层的协议分析比较简单，只对目的地址、源地址、数据长度及帧中所有数据进行取出。
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