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基于WinDis 32技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)測
基于WinDis 32技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)測 解放軍電子工程學院 孫樂昌【摘要】 本文論述了網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)測的實現(xiàn)原理與實現(xiàn)過程，遵照國際標準化開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）七層體系結(jié)構(gòu)，利用網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動接口規(guī)范WinDis32 V5.0技術(shù)，實現(xiàn)了在應(yīng)用層對數(shù)據(jù)鏈路層的控制，完成了對網(wǎng)上流動數(shù)據(jù)幀的實時截獲、解封與分析。
【關(guān)鍵詞】網(wǎng)絡(luò)分層 WinDis32技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)信息截獲 數(shù)據(jù)幀 NDIS網(wǎng)絡(luò)適配器
1．前言
隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，各類網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，遠程訪問的增加，虛擬專用網(wǎng)（VPN）的出現(xiàn)和Internet的普及，網(wǎng)絡(luò)安全性已成為計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域一門重要的研究學科。
網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控是保障網(wǎng)絡(luò)安全性的基本措施之一。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，用于監(jiān)測網(wǎng)上流動信息，并對網(wǎng)絡(luò)信息給予適當控制。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，可用于調(diào)試網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，判斷應(yīng)用程序是否正確地發(fā)送或接收了數(shù)據(jù)包。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，還可用于監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)信息，杜絕不健康站點的不健康內(nèi)容，維護網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。應(yīng)用于安全防范，可監(jiān)視我方信息內(nèi)容、保障網(wǎng)絡(luò)安全，截獲情報、分析懷有敵意方的網(wǎng)站。在計算機網(wǎng)絡(luò)上實施有效的攻擊與保護，是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)在軍事上的重要發(fā)展方向之一。
本文論述的網(wǎng)絡(luò)通信實時監(jiān)測的實現(xiàn)，是用于特殊目的的數(shù)據(jù)通信程序設(shè)計的突破口，是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)的基礎(chǔ)部分，其實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與WinDis32技術(shù)。
2．網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計是按高度的結(jié)構(gòu)化方式進行的，國際標準化組織（ISO）為更廣泛的計算機互聯(lián)制定了標準化的開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
OSI參考模型用結(jié)構(gòu)描述方法，即分層描述的方法，將整個網(wǎng)絡(luò)的通信功能劃分為七個部分（也叫七個層次），每層各自完成一定的功能。由低層至高層分別稱為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。兩臺網(wǎng)絡(luò)主機之間進行通信時，發(fā)送方將數(shù)據(jù)從應(yīng)用層向下傳遞到物理層，每一層協(xié)議模塊為下一層進行數(shù)據(jù)封裝，數(shù)據(jù)流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，到達接收方，接著再由下而上通過協(xié)議棧傳遞，并與接收方應(yīng)用程序進行通信。
在通用網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)鏈路層由網(wǎng)絡(luò)適配器實現(xiàn)，本文中網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)測的立足點在于數(shù)據(jù)鏈路層，基于電纜是固有的廣播性介質(zhì)，通過對網(wǎng)絡(luò)適配器的控制，實時截獲與分析經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)適配器的所有網(wǎng)上流動信息。
3．WinDis32技術(shù)
WinDis32全稱為Win32 NDIS（Network Driver Interface Specification）網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動接口規(guī)范，用于開發(fā)Windows產(chǎn)品，可在Windows 9X和Windows NT上直接訪問NDIS媒體訪問控制（MAC）驅(qū)動接口。圖2顯示了Windows網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動組件與Win32 NDIS結(jié)構(gòu)組件：
圖2．Windows網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動組件與Win32 NDIS結(jié)構(gòu)組件
WinDis32網(wǎng)絡(luò)組件由四部分組成：NDIS適配器、PCANDIS5 NDIS協(xié)議驅(qū)動、W32N50 WinDis32 API DLL、WinDis32應(yīng)用程序。WinDis32應(yīng)用程序調(diào)用W32N50.DLL動態(tài)鏈接庫提供的API應(yīng)用程序接口，通過NDIS協(xié)議驅(qū)動模塊，實現(xiàn)對NDIS適配器進行的存取操作。網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動接口規(guī)范NDIS的主要特征是所有適配器相關(guān)驅(qū)動均由NDIS接口打包，例如，最底層NDIS NIC驅(qū)動不能對網(wǎng)卡直接執(zhí)行I/O，它通過NDIS打包服務(wù)來訪問硬件；高層Windows NDIS網(wǎng)絡(luò)組件使用NDIS打包界面與適配器相關(guān)驅(qū)動通信。只有NDIS協(xié)議驅(qū)動可以調(diào)用NDIS打包，訪問NDIS適配器。
WinDis32應(yīng)用程序接口函數(shù)包括：W32N_OpenAdapter()，打開一個已被命名的NDIS適配驅(qū)動器，若操作成功，則生成一個面向適配器對象的WinDis32適配器句柄，這一句柄被隨后多個在該適配器上操作的W32N_XXX函數(shù)所用； W32N_CloseAdapter()，關(guān)閉已打開的適配器句柄；W32N_PacketRead()，數(shù)據(jù)幀讀操作；W32N_PacketReadEx()，數(shù)據(jù)幀異步讀操作；W32N_PacketSend()，發(fā)送數(shù)據(jù)幀操作；W32N_PacketSendEx()、W32N_MakeNdisRequest()等等。
WinDis32技術(shù)使得從Win32應(yīng)用層進行NDIS請求如同在一個內(nèi)核模式的驅(qū)動器內(nèi)部進行請求一樣簡單，并支持多個網(wǎng)絡(luò)適配器同時打開，完成各自的信息發(fā)送與接收。
4．網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)測的實現(xiàn)
網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)測程序分為信息截獲與信息分析兩大部分，其中信息截獲程序流程如圖3所示，采用多進程與多線程技術(shù)，完成數(shù)據(jù)的實時截獲。
其中網(wǎng)絡(luò)適配器列表通過讀取系統(tǒng)注冊表生成；網(wǎng)絡(luò)適配器詳細信息包括適配器型號、網(wǎng)絡(luò)適配器物理地址、傳輸最大幀、傳輸速率以及機內(nèi)標識符，通過函數(shù)W32N_MakeNdisRequest()獲得。
協(xié)議過濾部分是包括PCAUSA端口的PCANDIS5協(xié)議驅(qū)動，BPF過濾器是由UNIX環(huán)境到Windows的模擬機制，為Win32應(yīng)用程序提供了一種普通而又便利的機制，可過濾指定協(xié)議，由協(xié)議驅(qū)動執(zhí)行，拒絕不想要的數(shù)據(jù)幀。支持協(xié)議包括：傳輸控制協(xié)議TCP、互連網(wǎng)協(xié)議IP、地址解析協(xié)議ARP、反向地址解析協(xié)議RARP、互連網(wǎng)控制報文協(xié)議ICMP、互連網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP、Novell SPX/IPX協(xié)議IPX、用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP、NetBEUI協(xié)議、AppleTalk協(xié)議。
信息分析部分利用已獲知的媒體訪問控制協(xié)議，提取出數(shù)據(jù)幀中的有效域值，如源主機物理地址、目的主機物理地址、幀長度等。并同時為每一被截獲的數(shù)據(jù)包打上時標，注上序列號，為下一步數(shù)據(jù)重組提供可靠依據(jù)。
接收數(shù)據(jù)幀顯示與信息統(tǒng)計結(jié)果范例如下：
包序列號：0000000032 時間：0005860470 msec 長度：54/54
Ethernet 目的：00.40.05.39.A2.B0 源：00.00.B4.86.74.FA 類型：0x0800
000000: 00 40 05 39 A2 B0 00 00 : B4 86 74 FA 08 00 45 00 .@.9......t...E.
000010: 00 28 26 03 40 00 20 06 : A3 25 64 64 64 7A 64 64 .(&.@. ..%dddzdd
000020: 64 65 04 06 00 8B 00 40 : BF 14 00 6C 24 B9 50 10 de.....@...l$.P.
000030: 22 38 12 EA 00 00 : "8..............
包序列號：0000000033 時間：0005860764 msec 長度：109/109
Ethernet 目的：00.40.05.39.A2.B0 源：00.00.B4.86.74.FA 類型：0x0800
000000: 00 40 05 39 A2 B0 00 00 : B4 86 74 FA 08 00 45 00 .@.9......t...E.
000010: 00 5F 27 03 40 00 20 06 : A1 EE 64 64 64 7A 64 64 ._'.@. ...dddzdd
000020: 64 65 04 06 00 8B 00 40 : BF 14 00 6C 24 B9 50 18 de.....@...l$.P.
000030: 22 38 DE C6 00 00 00 00 : 00 33 FF 53 4D 42 1A 00 "8.......3.SMB..
000040: 00 00 00 00 00 80 00 00 : 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
000050: 00 00 03 08 25 2D 03 08 : 01 4C 08 01 08 00 80 10 ....%-...L......
000060: 00 00 10 00 00 00 00 00 : 00 00 00 00 00 ................
包序列號：0000000034 時間：0005860766 msec 長度：1514/1514
Ethernet 目的：00.00.B4.86.74.FA 源：00.40.05.39.A2.B0 類型0x0800
000000: 00 00 B4 86 74 FA 00 40 : 05 39 A2 B0 08 00 45 00 ....t..@.9....E.
000010: 05 DC 64 0B 40 00 80 06 : FF 68 64 64 64 65 64 64 ..d.@....hdddedd
000020: 64 7A 00 8B 04 06 00 6C : 24 B9 00 40 BF 4B 50 10 dz.....l$..@.KP.
000030: 20 B7 86 DA 00 00 00 00 : 10 00 7E 8B 77 DA D2 D0 .........~.w...
000040: D7 27 59 9A 8F 18 D3 77 : 15 D5 6C 86 0F 2C 62 3E
...
停止數(shù)據(jù)幀接收
應(yīng)用統(tǒng)計：
已接收數(shù)據(jù)幀數(shù)目 ：34
已發(fā)送數(shù)據(jù)幀數(shù)目 ： 0
5．進一步研究與發(fā)展
本文所研究的網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)測屬于計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全對策研究的一部分，屬于網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)測的基礎(chǔ)性研究。以此研究成果為基礎(chǔ)，可進行進一步的軟件開發(fā)，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信狀況實時監(jiān)測、情報獲取、網(wǎng)上各站點地址分析、站點類型分析，為計算機網(wǎng)絡(luò)的安全維護提供監(jiān)測手段，因此，具有特別的意義。
參考文獻
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