在物理层上，双绞线传的是电信号，光纤传的是光信号。网卡的作用就是将物理层的光电信号转换为数字信号（0101010）。在send的过程其实就是把数字信号转换为模拟信号（光电信号）。网卡即不在物理层，也不在数据链路层，而是在这两层之间做转换。然后把这个数据(通过sk_buff（搬运工)) 迁移到协议栈。 然后协议栈解析完数据之后将数据放入recv buffer ，然后应用程序通过系统调用就能得到这个数据。
这个过程有两次拷贝，后来出现一种方式(DMA)，将网卡映射到内存中去(mmap)。 应用程序是可以在内存中间直接读取这块映射过来的数据的。（DMA的方式不需要通过CPU去执行指令，直接将数据放入内存）这就叫零拷贝。
MMAP的底层实现是有DMA这种方式的支持的。需要一条总线。当DMA传输完数据之后会给CPU引发一个中断。
网卡驱动是运行在内核里面的，它使得网卡能够正常工作，能够正常收发数据。
有了用户态协议栈，我们对网卡的想象空间会更大
如何取到一帧完整的数据：
1：使用原生的socket （RAW SOCKET)
2：利用一些开源框架 ---- netmap/dpdk (旁路)
3：hook bpf/ebpf
柔性数组
5 #define ETH_LEN 6 6 7 8 struct ethhdr{ 9 unsigned char dst[ETH_LEN]; // 目的地址 10 unsigned char src[ETH_LEN]; // 源地址 11 unsigned short proto; // 类型 12 }; 13 14 struct iphead{ 15 unsigned char version:4, // 版本 16 headlen:4; // 首部长度 17 unsigned char tos; // 服务类型 18 unsigned short totlen; // 总长度 19 unsigned short id; // 16位标识 20 unsigned short flag:3, // 3位标志位 21 offset:13, // 13位片偏移 22 unsigned char ttl; // 8位生存时间 23 unsigned char proto; // 8位协议，用来形容传输层用的是什么协议 24 unsigned short check; // 校验和 25 26 unsigned int sip; // 源地址 27 unsigned int dip; // 目的地址 28 }; 29 30 31 struct updhdr{ 32 unsigned short sport; // 源端口号 33 unsigned short dport; // 目的端口号 34 unsigned short length; // UDP长度 35 unsigned short check; // UDP校验 36 }; 37 38 // UDP包 39 struct udppkt{ 40 struct ethhdr eth; // 以太网头 41 struct iphdr ip; // IP头 42 struct udphdr udp;// UDP头 43 44 unsigned char payload[0]; // 柔性数组(0长数组) 45 46 };
长度为0的数组的主要用途是为了满足需要变长度的结构体
- 用法 : 在一个结构体的最后, 申明一个长度为0的数组, 就可以使得这个结构体是可变长的. 对于编译器来说, 此时长度为0的数组并不占用空间, 因为数组名本身不占空间, 它只是一个偏移量, 数组名这个符号本身代表了一个不可修改的地址常量
- 对于编译器而言, 数组名仅仅是一个符号, 它不会占用任何空间, 它在结构体中, 只是代表了一个偏移量, 代表一个不可修改的地址常量!
两个情况下是可以使用柔性数组的:
1：内存是已经分配好的。
2：这个柔性数组的长度不确定但是我们是可以通过其他方法计算出来的。
eth0:物理网卡 ens33：虚拟网卡
sudo vim /etc/default/grub --------------> GRUB_CMDLINE_LINUX= net.ifnames=0 biosdevname=0 (将ens33改成eth0)
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <sys/poll.h> #include <arpa/inet.h> #define NETMAP_WITH_LIBS #include <net/netmap_user.h> #pragma pack(1) #define ETH_ALEN 6 #define PROTO_IP 0x0800 #define PROTO_ARP 0x0806 #define PROTO_UDP 17 #define PROTO_ICMP 1 #define PROTO_IGMP 2 struct ethhdr { unsigned char h_dest[ETH_ALEN]; // 目的地址 unsigned char h_source[ETH_ALEN]; // 源地址 unsigned short h_proto; // 协议类型 }; struct iphdr { unsigned char version:4, // 版本 headlen:4; // 首部长度 unsigned char tos; // 服务类型 unsigned short tot_len; // 总长度 unsigned short id; // 16位标识 unsigned short flag:3, // 3位标志位 offset:13; // 13位片偏移 unsigned char ttl; // 8位生存时间 unsigned char protocol; // 8位协议，用来形容传输层具体使用什么协议 unsigned short check; // 校验和 unsigned int saddr; // 源地址 unsigned int daddr; // 目的地址 }; struct udphdr { unsigned short source; // 源端口 unsigned short dest; // 目的端口 unsigned short len; // UDP长度 unsigned short check; // UDP校验 }; struct udppkt { struct ethhdr eh; //以太网头 struct iphdr ip; //ip头 struct udphdr udp; //udp头 unsigned char body[128]; //包体 }; struct arphdr { unsigned short h_type; unsigned short h_proto; unsigned char h_addrlen; unsigned char protolen; unsigned short oper; unsigned char smac[ETH_ALEN]; unsigned int sip; unsigned char dmac[ETH_ALEN]; unsigned int dip; }; struct arppkt { struct ethhdr eh; struct arphdr arp; }; struct icmphdr { unsigned char type; unsigned char code; unsigned short check; unsigned short identifier; unsigned short seq; unsigned char data[32]; }; struct icmppkt { struct ethhdr eh; struct iphdr ip; struct icmphdr icmp; }; struct tcphdr{ unsigned short sport; // 源端口号 unsigned short dport; // 目的端口号 unsigned int seqnum; // 序列号 unsigned int acknum; // 应答序列号 unsigned char hdrlen:4, //tcp头 resv:4; //预留字段 unsigned char cwr:1, ece:1, urg:1, // 紧急 ack:1, psh:1, rst:1, syn:1, fin:1; unsigned short win; // 窗口大小 unsigned short check; // 校验和 unsigned short urg_pointer; // 紧急数据指针 }; void print_mac(unsigned char *mac) { int i = 0; for (i = 0;i < ETH_ALEN-1;i ++) { printf("%02x:", mac[i]); } printf("%02x", mac[i]); } void print_ip(unsigned char *ip) { int i = 0; for (i = 0;i < 3;i ++) { printf("%d.", ip[i]); } printf("%d", ip[i]); } void print_arp(struct arppkt *arp) { print_mac(arp->eh.h_dest); printf(" "); print_mac(arp->eh.h_source); printf(" "); printf("0x%04x ", ntohs(arp->eh.h_proto)); printf(" "); } int str2mac(char *mac, char *str) { char *p = str; unsigned char value = 0x0; int i = 0; while (p != '\0') { if (*p == ':') { mac[i++] = value; value = 0x0; } else { unsigned char temp = *p; if (temp <= '9' && temp >= '0') { temp -= '0'; } else if (temp <= 'f' && temp >= 'a') { temp -= 'a'; temp += 10; } else if (temp <= 'F' && temp >= 'A') { temp -= 'A'; temp += 10; } else { break; } value <<= 4; value |= temp; } p ++; } mac[i] = value; return 0; } void echo_arp_pkt(struct arppkt *arp, struct arppkt *arp_rt, char *hmac) { memcpy(arp_rt, arp, sizeof(struct arppkt)); memcpy(arp_rt->eh.h_dest, arp->eh.h_source, ETH_ALEN); str2mac(arp_rt->eh.h_source, hmac); arp_rt->eh.h_proto = arp->eh.h_proto; arp_rt->arp.h_addrlen = 6; arp_rt->arp.protolen = 4; arp_rt->arp.oper = htons(2); str2mac(arp_rt->arp.smac, hmac); arp_rt->arp.sip = arp->arp.dip; memcpy(arp_rt->arp.dmac, arp->arp.smac, ETH_ALEN); arp_rt->arp.dip = arp->arp.sip; } void echo_udp_pkt(struct udppkt *udp, struct udppkt *udp_rt) { memcpy(udp_rt, udp, sizeof(struct udppkt)); memcpy(udp_rt->eh.h_dest, udp->eh.h_source, ETH_ALEN); memcpy(udp_rt->eh.h_source, udp->eh.h_dest, ETH_ALEN); udp_rt->ip.saddr = udp->ip.daddr; udp_rt->ip.daddr = udp->ip.saddr; udp_rt->udp.source = udp->udp.dest; udp_rt->udp.dest = udp->udp.source; } unsigned short in_cksum(unsigned short *addr, int len) { register int nleft = len; register unsigned short *w = addr; register int sum = 0; unsigned short answer = 0; while (nleft > 1) { sum += *w++; nleft -= 2; } if (nleft == 1) { *(u_char *)(&answer) = *(u_char *)w ; sum += answer; } sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff); sum += (sum >> 16); answer = ~sum; return (answer); } void echo_icmp_pkt(struct icmppkt *icmp, struct icmppkt *icmp_rt) { memcpy(icmp_rt, icmp, sizeof(struct icmppkt)); icmp_rt->icmp.type = 0x0; // icmp_rt->icmp.code = 0x0; // icmp_rt->icmp.check = 0x0; icmp_rt->ip.saddr = icmp->ip.daddr; icmp_rt->ip.daddr = icmp->ip.saddr; memcpy(icmp_rt->eh.h_dest, icmp->eh.h_source, ETH_ALEN); memcpy(icmp_rt->eh.h_source, icmp->eh.h_dest, ETH_ALEN); icmp_rt->icmp.check = in_cksum((unsigned short*)&icmp_rt->icmp, sizeof(struct icmphdr)); } int main() { struct ethhdr *eh; struct pollfd pfd = {0}; struct nm_pkthdr h; unsigned char *stream = NULL; struct nm_desc *nmr = nm_open("netmap:eth0", NULL, 0, NULL); if (nmr == NULL) { return -1; } pfd.fd = nmr->fd; pfd.events = POLLIN; while (1) { int ret = poll(&pfd, 1, -1); if (ret < 0) continue; if (pfd.revents & POLLIN) { stream = nm_nextpkt(nmr, &h); eh = (struct ethhdr*)stream; if (ntohs(eh->h_proto) == PROTO_IP) { struct udppkt *udp = (struct udppkt*)stream; if (udp->ip.protocol == PROTO_UDP) { struct in_addr addr; addr.s_addr = udp->ip.saddr; int udp_length = ntohs(udp->udp.len); printf("%s:%d:length:%d, ip_len:%d --> ", inet_ntoa(addr), udp->udp.source, udp_length, ntohs(udp->ip.tot_len)); udp->body[udp_length-8] = '\0'; printf("udp --> %s\n", udp->body); #if 1 struct udppkt udp_rt; echo_udp_pkt(udp, &udp_rt); nm_inject(nmr, &udp_rt, sizeof(struct udppkt)); #endif #if 0 } else if (udp->ip.protocol == PROTO_ICMP) { struct icmppkt *icmp = (struct icmppkt*)stream; printf("icmp ---------- --> %d, %x\n", icmp->icmp.type, icmp->icmp.check); if (icmp->icmp.type == 0x08) { struct icmppkt icmp_rt = {0}; echo_icmp_pkt(icmp, &icmp_rt); //printf("icmp check %x\n", icmp_rt.icmp.check); nm_inject(nmr, &icmp_rt, sizeof(struct icmppkt)); } #endif } else if (udp->ip.protocol == PROTO_IGMP) { } else { printf("other ip packet"); } #if 0 } else if (ntohs(eh->h_proto) == PROTO_ARP) { struct arppkt *arp = (struct arppkt *)stream; struct arppkt arp_rt; if (arp->arp.dip == inet_addr("192.168.2.217")) { echo_arp_pkt(arp, &arp_rt, "00:50:56:33:1c:ca"); nm_inject(nmr, &arp_rt, sizeof(struct arppkt)); } #endif } } } }
