2.4.2 数据包捕获的基本过程_网络分析技术揭秘：原理、实践与WinPcap深入解析

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2.4.2 数据包捕获的基本过程

12-08-11 叶孤城

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本书结合著名的开源软件库WinPcap来说明网络分析技术的实现原理及使用方法。其中包括WinPcap内核驱动，编译与使用，数据包的捕获、发送、内核过滤与接收，以及网络流量的统计与网络状态的分析等重要内容，而且作...立即去当当网订购

网络上的数据包通过物理网络接口卡（Network Interface Card，NIC）与对应设备驱动程序传递到操作系统的内核空间，对应的协议驱动程序（对WinPcap而言就是NPF内核驱动）将会处理所接收的数据包，然后相应的应用程序获得该数据包，做进一步的应用处理，比如解析数据包内容并显示出来等。
数据包从NIC到应用程序的传输路径如图2-2所示。

图2-2数据包从NIC到应用程序的传输路径
下面详细描述从网络上捕获一个数据包，然后传递给应用程序的过程。
1．网卡与NIC设备驱动
现代网络接口卡板载内存的大小通常限制为几千字节。在不依赖主机工作能力的情况下，这些内存在全连接速度（full link speed）下需要满足数据包的接收与发送需求。此外，当数据包被存储于板载内存中时，NIC就会执行一些初步的检查，诸如检查CRC错误、过短的以太网数据包，因此，无效的数据包可以立即被丢弃。
一个有效的数据包被NIC接收后，将对总线控制器产生一个总线数据传输请求。此时，NIC控制了总线，传输数据包到主机主内存的NIC缓冲区中（见图2-2），接着释放总线，产生一个硬件中断给高级可编程中断控制器（Advanced Programmable Interrupt Controller，APIC）芯片。该芯片会唤醒操作系统的中断处理例程（OS interrupt handling routine），触发NIC设备驱动程序的中断服务程序（ISR）。
在一个写得很好的设备驱动程序中，其ISR只做很少的工作。ISR所做工作中，最基本的是检查该中断是否是它自己要处理的（在x86机器中一个中断可被多个设备共享），并做出应答。接着，ISR调度一个较低优先级的函数，这一过程称为延迟过程调用（Deferred Procedure Call，DPC），该函数稍后处理硬件请求并告知上层驱动程序（如协议层的驱动程序、数据包捕获驱动程序），一个数据包已被接收。当没有中断被挂起时，CPU将处理DPC例程，而当NIC设备驱动程序正在执行处理时，来自NIC的中断会被禁用，因为在处理下一个服务前，上一个数据包的处理必须完成。此外，因为中断的产生是一个耗费很大的操作，现在的NIC会允许多个数据包被送入一个中断的上下文中，因此上层驱动程序每次激活时要能够处理多个数据包。
2．数据包捕获驱动
数据包捕获组件主要完成数据包的过滤操作，并把合适的数据包存储在内核缓冲区中，以便用户层的应用程序获取所需的数据包，同时还提供内核空间与用户空间进行交互的系统接口的具体实现。通常，数据包捕获组件对其他的软件模块（如协议栈）是透明的，并不会给标准的系统行为带来影响。数据包捕获组件仅是在系统中插入一个“钩子”——通常使用一个回调函数实现——只要有新的数据包从网络上到来，其就会被告知。
在WinPcap中，数据包捕获组件作为一个网络协议驱动程序被实现，即NPF。对应的回调函数为NPF_tap，该函数执行的第一步就是对所接收的数据包执行过滤操作，接着把符合过滤条件的数据包放置到一个内核环形缓冲区中，等待应用程序读取。
3．应用程序读取数据包
用户空间的应用程序使用wpcap.dll库（wpcap.dll库的功能由Packet.dll库支持）提供的接口函数可方便地从内核驱动处读取数据包，从而完成所需的功能

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