Go 如何使用原始套接字捕获网卡流量

翟清嘉 · 发表于 2024-7-5 09:14:50

捕获经过网桥的非本机流量
捕获 VLAN 流量
完整的 OpenRawSocket 实现
从 fd 中读取数据
总结
参考

Go 捕获网卡流量使用最多的库为 github.com/google/gopacket，需要依赖 libpcap 导致必须开启 CGO 才能够进行编译。
为了减少对环境的依赖可以使用原始套接字捕获网卡流量，然后使用 gopacket 的协议解析功能，这样就省去了解析这部分的工作量，正确性也可以得到保证，同时 CGO 也可以关闭。
cilium 里有一个原始套接字打开的测试用例：

// Both openRawSock and htons are available in
// https://github.com/cilium/ebpf/blob/master/example_sock_elf_test.go.
// MIT license.
func OpenRawSocket(index int) (int, error) {
sock, err := syscall.Socket(syscall.AF_PACKET, syscall.SOCK_RAW|syscall.SOCK_NONBLOCK|syscall.SOCK_CLOEXEC, int(htons(syscall.ETH_P_ALL)))
if err != nil {
return 0, err
}
sll := syscall.SockaddrLinklayer{Ifindex: index, Protocol: htons(syscall.ETH_P_ALL)}
if err := syscall.Bind(sock, &sll); err != nil {
syscall.Close(sock)
return 0, err
}
return sock, nil
}
// htons converts the unsigned short integer hostshort from host byte order to network byte order.
func htons(i uint16) uint16 {
b := make([]byte, 2)
binary.BigEndian.PutUint16(b, i)
return *(*uint16)(unsafe.Pointer(&b[0]))
}

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但是这个示例有一个问题，只能拿到本机流量。

捕获经过网桥的非本机流量

通过 tcpdump 是可以抓到经过网桥的转发流量的，我们使用 strace 对 tcpdump 进行跟踪分析

root@localhost:~# strace -f tcpdump -i b_2_0 arp -nne
...
socket(AF_PACKET, SOCK_RAW, htons(0 /* ETH_P_??? */)) = 4
ioctl(4, SIOCGIFINDEX, {ifr_name="lo", ifr_ifindex=1}) = 0
ioctl(4, SIOCGIFHWADDR, {ifr_name="b_2_0", ifr_hwaddr={sa_family=ARPHRD_ETHER, sa_data=4e:59:d6:32:f6:42}}) = 0
newfstatat(AT_FDCWD, "/sys/class/net/b_2_0/wireless", 0x7ffdf063bc50, 0) = -1 ENOENT (No such file or directory)
openat(AT_FDCWD, "/sys/class/net/b_2_0/dsa/tagging", O_RDONLY) = -1 ENOENT (No such file or directory)
ioctl(4, SIOCGIFINDEX, {ifr_name="b_2_0", ifr_ifindex=6053}) = 0
bind(4, {sa_family=AF_PACKET, sll_protocol=htons(0 /* ETH_P_??? */), sll_ifindex=if_nametoindex("b_2_0"), sll_hatype=ARPHRD_NETROM, sll_pkttype=PACKET_HOST, sll_halen=0}, 20) = 0
getsockopt(4, SOL_SOCKET, SO_ERROR, [0], [4]) = 0
setsockopt(4, SOL_PACKET, PACKET_ADD_MEMBERSHIP, {mr_ifindex=if_nametoindex("b_2_0"), mr_type=PACKET_MR_PROMISC, mr_alen=0, mr_address=4e:59:d6:32:f6:42}, 16) = 0
getsockopt(4, SOL_SOCKET, SO_BPF_EXTENSIONS, [64], [4]) = 0
mmap(NULL, 266240, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7fec47cbe000

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看到有一个 setsockopt(PACKET_MR_PROMISC) 设置，看起来是开启的混杂模式，查看资料看到这是一个针对套接字级别的混杂模式。
由于之前看过 suricata 的代码，看看它是怎么做的，直接在 suricata 的仓库里面搜索 PACKET_MR_PROMISC 关键字，出现代码

memset(&sock_params, 0, sizeof(sock_params));
sock_params.mr_type = PACKET_MR_PROMISC;
sock_params.mr_ifindex = bind_address.sll_ifindex;
r = setsockopt(ptv->socket, SOL_PACKET, PACKET_ADD_MEMBERSHIP,(void *)&sock_params, sizeof(sock_params));
if (r < 0) {
SCLogError("%s: failed to set promisc mode: %s", devname, strerror(errno));
goto socket_err;
}

复制代码

套接字设置混杂模式的 Go 实现如下

// Set socket level PROMISC mode
err = unix.SetsockoptPacketMreq(sock, syscall.SOL_PACKET, syscall.PACKET_ADD_MEMBERSHIP, &unix.PacketMreq{Type: unix.PACKET_MR_PROMISC, Ifindex: int32(index)})
if err != nil {
syscall.Close(sock)
return 0, err
}

复制代码

捕获 VLAN 流量

目前只能拿到普通的以太网流量，如果还需要拿到 VLAN Id 的话，需要设置 PACKET_AUXDATA，参考 man packet

PACKET_AUXDATA (since Linux 2.6.21)
If this binary option is enabled, the packet socket passes
a metadata structure along with each packet in the
recvmsg(2) control field. The structure can be read with
cmsg(3). It is defined as
struct tpacket_auxdata {
__u32 tp_status;
__u32 tp_len; /* packet length */
__u32 tp_snaplen; /* captured length */
__u16 tp_mac;
__u16 tp_net;
__u16 tp_vlan_tci;
__u16 tp_vlan_tpid; /* Since Linux 3.14; earlier, these
were unused padding bytes */
};

复制代码

Go 的实现如下

// Enable PACKET_AUXDATA option for VLAN
if err := syscall.SetsockoptInt(sock, syscall.SOL_PACKET, unix.PACKET_AUXDATA, 1); err != nil {
syscall.Close(sock)
return 0, err
}

复制代码

完整的 OpenRawSocket 实现

完整的实现如下

func OpenRawSocket(index int) (int, error) {
sock, err := syscall.Socket(syscall.AF_PACKET, syscall.SOCK_RAW|syscall.SOCK_NONBLOCK|syscall.SOCK_CLOEXEC, int(htons(syscall.ETH_P_ALL)))
if err != nil {
return 0, err
}
// Enable PACKET_AUXDATA option for VLAN
if err := syscall.SetsockoptInt(sock, syscall.SOL_PACKET, unix.PACKET_AUXDATA, 1); err != nil {
syscall.Close(sock)
return 0, err
}
// Set socket level PROMISC mode
err = unix.SetsockoptPacketMreq(sock, syscall.SOL_PACKET, syscall.PACKET_ADD_MEMBERSHIP, &unix.PacketMreq{Type: unix.PACKET_MR_PROMISC, Ifindex: int32(index)})
if err != nil {
syscall.Close(sock)
return 0, err
}
sll := syscall.SockaddrLinklayer{Ifindex: index, Protocol: htons(syscall.ETH_P_ALL)}
if err := syscall.Bind(sock, &sll); err != nil {
syscall.Close(sock)
return 0, err
}
return sock, nil
}

复制代码

从 fd 中读取数据

这里使用 select(2) 简单地对 fd 进行监听，使用 recvmsg(2) 来读取数据，包括 VLAN tag。
实现如下

package pcap
import (
"context"
"syscall"
)
func FD_SET(fd int, p *syscall.FdSet) { p.Bits[fd/64] |= 1 << (uint(fd) % 64) }
func FD_CLR(fd int, p *syscall.FdSet) { p.Bits[fd/64] &^= 1 << (uint(fd) % 64) }
func FD_ISSET(fd int, p *syscall.FdSet) bool { return p.Bits[fd/64]&(1<<(uint(fd)%64)) != 0 }
func FD_ZERO(p *syscall.FdSet) {
for i := range p.Bits {
p.Bits[i] = 0
}
}
type RecvmsgHandler func(buf []byte, n int, oob []byte, oobn int, err error) error
func RecvmsgLoop(ctx context.Context, sockfd int, fn RecvmsgHandler) error {
buf := make([]byte, 1024*64)
oob := make([]byte, syscall.CmsgSpace(1024))
readfds := syscall.FdSet{}
for {
select {
case <-ctx.Done():
return ctx.Err()
default:
}
FD_ZERO(&readfds)
FD_SET(sockfd, &readfds)
tv := syscall.Timeval{Sec: 0, Usec: 100000} // 100ms
nfds, err := syscall.Select(sockfd+1, &readfds, nil, nil, &tv)
if err != nil {
continue
}
if nfds > 0 && FD_ISSET(sockfd, &readfds) {
n, oobn, _, _, err := syscall.Recvmsg(sockfd, buf, oob, 0)
err = fn(buf, n, oob, oobn, err)
if err != nil {
return err
}
}
}
}

复制代码

VLAN 数据的解析逻辑如下

func decodeVlanIdByAuxData(oob []byte) (uint16, error) {
msgs, err := syscall.ParseSocketControlMessage(oob)
if err != nil {
return 0, err
}
for _, m := range msgs {
if m.Header.Level == syscall.SOL_PACKET && m.Header.Type == 8 && len(m.Data) >= 20 {
auxdata := unix.TpacketAuxdata{
Status: binary.LittleEndian.Uint32(m.Data[0:4]),
Vlan_tci: binary.LittleEndian.Uint16(m.Data[16:18]),
}
if auxdata.Status&unix.TP_STATUS_VLAN_VALID != 0 {
return auxdata.Vlan_tci, nil
}
}
}
return 0, nil
}

复制代码

总结

以上代码都在实际的场景中使用，只是稍微修改了一点细节以及使用 epoll(2) 来监听，结合 sync.Pool 和精简了解析逻辑，性能尚可能够满足要求。

参考

https://github.com/OISF/suricata/blob/ce727cf4b1ccbac1679272f14cbfa529bc23ebc6/src/source-af-packet.c#L1926，suricata 捕获网卡流量的实现
https://man7.org/linux/man-pages/man7/packet.7.html, packet 文档

到此这篇关于Go 使用原始套接字捕获网卡流量的文章就介绍到这了,更多相关Go原始套接字内容请搜索晓枫资讯以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持晓枫资讯！

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ujrqyhbwiz · 发表于 2025-2-20 09:56:01

感谢楼主，顶。

探路者2017 · 发表于 2025-4-7 11:53:56

路过，支持一下

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