khóa luận xây dựng ứng dụng bắt gói tin cho việc phần tích thông tin mạng phục vụ quản lý

Phan nay giới thiệu các vấn đề lập trình cơ bản nhất để xây dựng 1 ứng dụng có khả năng bắt các gói tin và cho phép người dùng có thể điều khiển từ xa qua môi trường mạng.. Tìm hiểu thư

TRUONG DAI HQC KHOA HQC TU NHIEN KHOA CONG NGHE THONG TIN

BO MON CONG NGHE PHAN MEM GIANG QUOC MINH - HO PHAM THAI VINH

XÂY DỰNG ỨNG DỤNG BẮT GỐI TIN CHO

VIEC PHAN TICH THONG TIN MANG PHUC

VU QUAN LY

KHOA LUAN CU NHAN TIN HOC

TP HCM, NĂM 2005

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BO MON CONG NGHE PHAN MEM

GIANG QUOC MINH - 0112016

HO PHAM THAI VINH - 0112081

XAY DUNG UNG DUNG BAT GOI TIN CHO VIỆC PHÂN TÍCH THÔNG.TTN MẠNG PHỤC

VU QUAN bY KHÓA LUẬN CỬ NHÂN TIN HỌC GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GVC CAO ĐĂNG TÂN

NIÊN KHÓA 2001 - 2005

NHAN XET CUA GIAO VIEN HUONG DAN

Tp.HCM, ngay thang nam 2005

NHAN XET CUA GIAO VIEN PHAN BIEN

Tp.HCM, ngay thang nam 2005

LOI CAM ON

Chúng em xin chân thành cám ơn Ban giám hiệu, quý Thầy cô của trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP Hồ Chí Minh, đặc biệt là các Thầy

cô trong Khoa Công nghệ Thông tin đã tận tình giảng dạy, trang bị cho chúng

em những kiến thức cần thiết, bỗ ích trong suốt những năm.học tập tại trường

Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Cao Đăng Tân, người Thầy đã

tận tình quan tâm hướng dẫn, giúp đỡ chúng em‹ffong suốt thời gian làm luận văn này

Chúng con xin gửi lòng biết ơn sẩu sắc vầsự kính trọng đến ông bà, cha

mẹ, cùng toàn thể gia đình, những người đã nuôi dạy chúng con trưởng thành như ngày hôm nay

Chúng tôi xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ, động viên, nhận xét, đóng góp ý kiến của các-anh chị, bạn bè trong quá trình thực hiện luận văn này

TP Hồ Chí Minh, 7/2005

Nhóm sinh viên thực hiện

Giang Quốc Minh - Hồ Phạm Thái Vinh

BO CUC CUA LUAN VAN

Luận văn gồm có 3 phan va 7 chương

PHAN 1: TONG QUAN

Chương 1 Giới thiệu về đề tài

PHAN 2: TIM HIEU CAC VAN DE LAP TRINH Phan nay giới thiệu

các vấn đề lập trình cơ bản nhất để xây dựng 1 ứng dụng có khả năng bắt các gói tin và cho phép người dùng có thể điều khiển từ xa qua môi trường mạng

Chương 2 Tìm hiểu thư viện lập trình mạng cấp thấp libpcap, đây là

“trái tim” của hầu hết các ứng dụng bắt gói tin mã nguồn mở hiện nay Chươngg 3 Giới thiệu MySQL, một hệ đuản trị cơ sở dữ liệu tầm trung được sử dụng phổ biến nhất hiện nay

Chương 4 Tìm hiểu kỹ thuật lập trình soèket để viết các ứng dụng trên môi trường mạng

Phần 3 Xây dụng ứng đụng PacketCap Phần này sẽ sử dụng các kiến

thức đã tìm hiểu ở chương Z, 3, 4 dé xây dựng một ứng dụng bắt gói tin,

lưu các kết quả bắt được vào cơ sở dữ liệu để phân tích các thông tin mạng

Chương 5: Phân tích, thiết kế ứng dụng PacketCap

Chương 6 Cài đặt và thử nghiệm PacketCap

Chương 7 Tông kết Chương này trình bày những kết quả đạt được,

những hạn chế và hướng phát triển PacketCap trong tương lai

Cac danh muc

MUC LUC

DANH SACH HINH ccsssessssessssscessseessnseessnecessneeesnecsnneessneessnseesnneessnnses DANH SACH BANG .ssssecssssessssseessseessnseessnecensnecesnseesuneeesneessnteesnnessnnses PHAN 1: TÔNG QUAN 22-222 He

1.2 Giới thiệu đề tài

1.3 Yêu cầu của đề tài we

Chương 2 : Thư viện lập trình mạng libpcap 21 2.1 Giới thiệu libpcap

2.2 Cài đặt thư viện libpcap . -

3.3 Các bước xây dựng chương trình sử dụng libpcap "

3.4 Chỉ tiết các bước -ccrtic nh HH Ề ê

3.4.1 Chọn Interface( card mạng) .¿ sềx¿ «5-5 55+ + sex

3.4.2 Mở device đề lắng nghe( sniff) dữ liệu: se

Chương 3: Hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQLL :¿ 5-5555 <<+<<++

3.1 Giới thiệu về MySQL -

3.3.5 Lệnh Revoke

3.3:6 Ví dụ về tạo một cơ sở dữ liệu -ccccvceeerrrrrrrreee

3.4 Lập trình MySQL trên ngôn ngữ C se

Cac danh muc

Chương 4: Lập trình SOCK€( .- 5 << E91 vn ng ng ng ryc 42

4.1 Giới thiệu về lập trình socket - 2 2s x+x+zx+zxrxczxerrecree 42

4.2 Nguyên lý hoạt động của SOCk€( ¿5+5 +++*+svE+vesesereerrers 42

4.3.1 Các thuộc tính của SOCKet eee eeeeeesseeeseeceeeeseesseeeseesseeesseeeaee 44 4.3.1.1 Vùng( Oima1T)) . - c5 << + + SE * re re 44 5.3.1.2 Kiểu socket(type) - đ6

4.3.1.3 Giao thức cua socket( protocol)

4.3.2 Tạo sOCK€( - s-ĂSSssseeee 4.3.3 Định địa chỉ cho socket 4.3.4 Đặt tên cho socket

4.3.5 Tạo hàng đợi cho socke " 4.3.6 Chờ và chấp nhận kết nối -<ẤẾ 2ÌỀ 2.22 25c csccsccxcrccre 4.3.7 Yêu cầu kết nối +

4.3.8 Đóng kết nối

4.3.9 Giao tiếp bằng socket 4.4 Sử dụng socket trong ứng dụng minh họa.`¿ s5 «+ PHẦN 3: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM PACKETCAP

Chương 5: Phân tích và thiết kế PackefCap . -5- 552552 ©c2+c+zxccxeczz 5.1 Khảo sát hiện trạng .- 34 ng 5.2 Phân tích và xác định yêu cầu 5.2.1 Phân tích

5.2.2 Xác định yêu câu

5.3 Các hướng xây dựng ứng dụng PacketCap

5.3.1 Phân tích hướng phát triển dựa trên Ethereal

5.3.2 Phân tích hướng phát triển dựa trên libcap " 5.3.3 Lựa chọn hướng phát triển PacketCap .- :-2 5+-

5.4 Các thành phần PacketCap 22-©52©2ScSE2EEcEEEcEEEeEErrkrrkerrkee 5.5 Xây dựng mô hình use case "

5.5.1 Xác định Actor và us€ CaS€ - c1 2 3 si sersey 5.5.2 tu he

5.6 Dat ta use case

5.6.1 Connect

5.6.2 StartCapture

5.6.3 StopCapture 5.6.4 GetFilter "

b9 >»”””-” 3

12

Cac danh muc

5.7.Thiết kế dữ liệu ¿- 2c 5£ SEE2EE2E122122171217121.21E 1.1 cxe

5.7.1 Phân tích các hướng lưu trữ - - 5+ + c+<£+<£++ces+++

5.7.2 Thiết kế cơ sở đư liệu -2- 2 5£ s¿+x+EE£E£2EC£EEvEEvrErrxerxerree

5.7.2.1 Danh sách các đổi tượng (table) "

5.7.2.2 Table PACKET -. 2- 22 ©+£2EE2EE£EE+EEEEEEEEEEEEErErrkrrree 6.7.24 Table IIP 2-22 ©2<+S<9EEEEEEEE2EE1271127171171211211 21.11 cye 5.7.2.5 Table TCP

5.7.2.9 Table ARP oo cece eeessceeteeseeeeeeeee

5.8 Xây dựng PCServer( server), PCManager(client) see

5.8.1 Lưu đồ PCServer coi HẦM eưeu 81

5.8.2 Luu dé PCManager( Client) c.cccccccccesihesessessesselibesessessseseseeeses 82

5.8.3 Cấu trúc đữ liệu trao đổi giữa PCServe£ vàPCManager .83

5.9.Thiết kế giao diện PCManager( phiên bảñ chạy trên Windows) 85

Chương 6: Cài đặt và thử nghiỆm ‹ss-« - -Ề+ 5 + ngư 87 6.1 Cai dat

7.2 Hướng phát triỂn - 2 2 ++©+++EE2EEeEEEerEvtrxerrrerrrrrrerrree 92

Cac danh muc

DANH SACH HINH

Hinh 5-1 Cac thanh phan cita PacketCap scccssccssssseessesssessecssecssecseeseeseese 65 Hình 5-2 Mô hình use Case€ - - - c2 S2 S2 2111 HH ngư Hình 5-3 Mô hình lưu trữ 1 " Hình 5-4 Mô hình lưu trữ 2 . - 5 + 2+2 E321 vn re Hình 5-5 Mô hình lưu trữ 3 .- - - 5 52 2E 121 vn re Hình 5-6 Lưu đồ PCServer

Cac danh muc

DANH SACH BANG

Bảng 4-1 Các giá trị của OTa11 - ¿<< + + xen reee Bảng 4-2 Các mã lỗi của hàm bind() ¿- + +5++>x+vextsrxezrterrssrresree Bảng 4-3 Các mã lỗi của domain AF_UNIX

Bảng 5-1 Xác định yêu cầu ¿2-52 52©2+2E+eEE+eExerEzrxerrrerxrerrerree

206W )0I.03.(0 4511

in y)0 0 1 Bang 5-5 Table TCP we Bảng 5-6 Table UDP 5 5S Sex serseeerex

Bang 5-7 Table ICMP 555 SS« Sex

Bảng 5-8 Table IGMP

Bảng 5-9 Table ARP " Bảng 5-10 Mô tả màn hình PCManager ‹ - Ès 5-5 55+ S+ + eecseese+

15

Chương 1: Giới thiệu đề tài

Việc Công nghệ thông tin và mạng Intenet phát triển và ngày càng nhiều các thông tin quan trọng được trao đổi trên mạng lầm nảy sinh một số vấn đề quan trọng là bảo mật thông tin trên mạng đê tránh rò rỉ hay ngăn không cho truy cập vào các dữ liệu không cho phếp-gây thiệt hại kinh tế, quản lý băng

thông dé tang khả năng đáp ứng thông tin, giao dịch với khách hàng đồng thời

tránh được tình trạng nghẽn mạch lưu thông trên mạng

Việc phân tích lưu lượng mạng đòi hỏi năng lực tính toán rất lớn, vì vậy muốn làm được việc này cần phải trang bị các siêu máy tính để thực hiện bài toán này Trong'điều kiện kinh tế nước ta thì không thể trang bị những hệ thống này được vì chúng quá đắt đỏ

17

Chương 1: Giới thiệu đề tài

Vậy giải pháp nào để giải quyết bài toán này ?

© Grid Computing là hệ thống tính toán song song và phân tán cho phép chúng ta thực hiện những bài toán lớn dựa trên các

hệ thống nhỏ gồm nhiều máy tính được nối mạng với nhau

© Hiện nay chúng ta lại có rất nhiều hệ thống máy tính nối mạng nhưng chưa sử dụng được hết khả năng tính toán của chúng

© Với số lượng các máy tính đủ lớn thì việc triển khai Grid

Computing sẽ cho chúng ta một hệ thống tính toán cực kì mạnh gấp nhiều lần I siêu máy tính ( lúc đó các siêu máy tính

có thể chỉ là một node trong hệ thống Grid Computing) Với những ưu điểm trên chúng tôi chọn để tài “Ứng dụng thử nghiệm Grid Computing trong việc phân tích thông tin mạng phục vụ quản lý”

1.2 Giới thiệu đề tài

Đề tài “Ứng dụng thử nghiệm Grid Computing trong việc phân tích thông tin mạng phục vự quản lý” là một đề lớn gồm 2 nhóm thực hiện

Nhóm thứ 1 sẽ xây dựng ứng dụng phân tán trên mạng cho phép thiết lập từ

xa chế độ lọc và bắt cắc gói tin, trích lọc và lưu vào các cơ sở dữ liệu trên mạng để phục vụ cho việc theo dõi và phân tích thông tin mạng (Phần J) Nhóm thứ 2“sẽ tìm hiểu Grid Computing và xây dựng ứng dụng đề phân tích hiện trạng của mạng dựa trên thông tin từ cơ sở đữ liệu do nhóm thir 1

xây dựng (Phần II)

18

Chương 1: Giới thiệu đề tài

1.3 Yêu cầu của đề tài

e XAy dựng ứng dụng phân tán thử nghiệm cho phép bắt các gói tin dùng để phân tích thông tin mạng phục vụ quản lý

© Các gói tin sau khi bắt, được trích thông tin và lưu vào các cơ sở đữ liệu phân tán trên mạng theo nhu cầu của người quản trị

e Hệ thống cho phép cấu hình ứng dụng từ xa

®©_ Hỗ trợ lưu kết quả bắt được theo định dạng của các ứng dụng bắt gói tin khác như Ethereal, TCPDump

19

Phần 2: Tìm hiểu các vấn dé lập trình

PHAN 2: TIM HIEU CAC VAN DE LAP TRINH

3+ Chương 2 Thư viện lập trình mạng libpcap

** Chương 3 Hệ quảntrị'cơ sở dữ liệu MySQL

3+ Chương 4 Lập trình socket

20

Chương 2: Thư viện lập trình mang libpcap

Chương 2 : Thư viện lập trình mạng libpcap

2.1 Giới thiệu libpcap

Libpcap là một thư viện mã nguồn mở hỗ trợ lập trình mạng cấp thấp, cho phép bắt các gói tin trên đường truyền theo nhiều hướng khác nhau, cho phép phân tích các frame vừa tìm được

Thư viện libcap được sử dụng rộng rãi trong các phần mềm sniffer packet Các phần mềm sử dụng libcap phổ biến là TCPdump, TCPflow

Hiện nay phiên bản mới nhất của libpcap là 0.9.1

2.2 Cài đặt thư viện libpcap

Chương trình nguồn của libpcap có thể download ở địa chỉ www.tcpdump.org , các phiên bản mới nhất của libpcap đều có ở địa chỉ này

Giả sử bạn tải về gói libpcap-0.8.3:fãr.tar; tiến hành cài đặt:

® Giải nén gói tar tar —xzvf libpcap-0.8.3.tar.tar

e Chuyên vào thư mục libpcap cd; libpcap-0.8.3

Chương 2: Thư viện lập trình mang libpcap

3.3 Các bước xây dựng chương trình sử dụng libpcap

Có 5 bước chính trong việc sử dụng thư viện libpcap

Bước 1: Xác định interface (card mạng) mà ta muốn bắt frame vào (Trong Linux, interface thường là eth0,eth1 Ta có thê dùng các hàm pcap_lookupdevQ của thư viện libpcap để lấy tất cả các inteface

Bước 2: Khởi tạo pcap Cung cấp cho pcap biết interface nào trong

số các interface đã lấy về ở bước trên sẽ được chọn để sniff

Bước 3: Lọc frame pcap cho chúng ta cơ chế chọn lựa khi lọc các

frame khi bat (vi dụ chỉ bắt framúe TCP/IP`có source IP

192.168.8.8 va port 23 .) ta phai tao ra filter rdi bién dich filter này để báo cho pcap biết bộ lọc nó sẽ dùng

Bước 4: Pcap thực thi việc sniff frames

Bước 5: Đóng phiên làm việc và:kết thúc ứng dụng

Trên đây là qui trinheténg quát cách libpcap bắt gói tin trong đó bước 3

là tùy chọn có thể có hoặc không

22

Chương 2: Thư viện lập trình mang libpcap

3.4 Chỉ tiết các bước

3.4.1 Chọn Interface( card mạng)

Có 3 cách thiết lập devices đề sniff các frames dữ liệu

© Cách 1 : Cho người dùng nhập tên thiết bị từ dòng lệnh

Trong đó argv[1] là tham số dòng lệnh đầu tiên

e© Cách 2 : Sử dụng hàm pcap JookupdevQ của libpcap để tim kiếm các interface tồn tại trên máy tính

Chương 2: Thư viện lập trình mang libpcap

3.4.2 Mớ device để lắng nghe( sniff) dữ liệu

Khởi tạo phiên làm việc cho các thiết bị sử dụng hàm pcap_open_]ive(Q Cấu trúc hàm này như sau :

Chương 2: Thư viện lập trình mang libpcap

¢ snaplen cho biết số byte lớn nhất mà pcap có thé bat frames

® promisc nếu đặt bằng 1 thì interface sẽ hoạt động trong chế độ promiscuos mode Đây là chế độ libpcap sé sniff tat cA cdc frame trên dây dẫn Nếu đặt bằng 0 thì interface sẽ hoạt động ở chế độ non promiscuos mode, trong chế độ này,pcap chỉ sniff những frame gửi đến máy

có cấu trúc nhu sau:

infpcap-compile(pcap_t† *p, struct bpƒ_program *ft, char *str,

int optimize, bpf_u_int32 netmask )

Tham số đầu tiên là handle của phiên làm việc (pcap_t) Tham số thứ hai là tham số chỉ đến nơi lưu compile version của filter str 1a chuỗi mô tả cho filter biết những gói tin cần bắt Kế đến là số nguyên

cho biết str là opyimize hay không (1 là true, 0 là false) Cuối cùng là

netmask của đường mạng

25

Chương 2: Thư viện lập trình mang libpcap

int pcap_setfilter(pcap_t *p,struct_bpf_program *fp)

Tham số thứ nhất 14 handle quan lý phiên làm việc Tham số thứ hai

là tham chiếu chỉ đến compile version của filter (đã được định nghĩa trong pcap_compile())

Dinh dang str mé ta cho filter:

e Filter theo source ip Vidu," src net 172.168.8.8 "

e Filter theo dest ip : Vídụ,” dsf net 172.166:8:8:.”

e Filter theo source va dest ip

Chương 2: Thư viện lập trình mang libpcap

const u_char *packet;

struct pcap_pkthdr hảr; *pcap.h */

struct bpf_program fp; _/*hold compiled program *⁄ bpf_u_int32 maskp; 7* subnet mask x⁄

Chương 2: Thư viện lập trình mang libpcap

Hàm này có cấu trúc sau :

u_char *pcap_next(pcap_t *p,struct pcap_hkthdr *h )

Tham số đầu tiên là:handle quản lý phiên làm việc Tham số thứ

hai 1a pointer chỉ đến câufrúc lưu giữ thông tin chung về frame ( thời gian bắt, chiều dài frame ) pcap_next trả về một con trỏ có dạng u_char tro đến frame<ấẩược mô tả bởi cấu trúc này

struct peap_pkthdr

(

struct timeval ts; time stamp

bpf_u_int32 caplen; length of portion present

bpf_u_int32; lebgth this packet (off wire)

28

Chương 2: Thư viện lập trình mang libpcap

const u_char *packet;

struct pcap_pkthdr hảf; /* pcap.h */

struct ether_header *eptr; /* net/ethernet.h */

ug char *ptr; 7* printing out hardware header info */

Chương 2: Thư viện lập trình mang libpcap

Chương trình này in ra chiều dài và thời gian bắt gói tin đầu tiên mà

nó bắt được Hầm peap£ close(Q dùng để đóng phiên làm việc

Một kỹ thuật khác phức tạp hơn là dùng hàm pcap_ loopQ của libpcap Cấu trúc hai hàm này như sau :

intpcap_loop(pcap_t *p, int cnt, pcap_handler callback,

u_char *user)

Tham số đầu tiên là handle quản lý phiên làm viêc, tham số thứ hai

là số frame sẽ được sniff trước khi thoát ra Nếu tham số này là số âm

thì sẽ sniff đến khi nào có lỗi xảy ra Tham số thứ ba là tên của hàm

callback Tham số cuối cùng được sử dụnng trong một số ứng dụng, đơn giản hãy dặt là NULL

30

Chương 2: Thư viện lập trình mang libpcap

Cấu trúc của ham callback :

void my_callback(u_char *useless,const struct pcap_pkthdr* pkthdr,const u_char* packet)

Tham số đầu tiên là tham số cuối cùng của hàm pcap_loop truyền

vào (thường là NULL) Tham số thứ hai là cấu trúc pcap_pkthdr

fflush(stdout);

count++;

}

31

Chương 2: Thư viện lập trình mang libpcap

const u_char *packet;

struct pcap_pkthdr hdr; /* pcap.h */

struct ether_header *eptr; /* net/ethernet.h */

Chương 2: Thư viện lập trình mang libpcap

Chương 3: Hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL

Chương 3: Hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL

3.1 Giới thiệu về MySQL

Công ty Tcx muốn phát triển một ứng dụng web và muốn sử dụng cơ sở

dữ liệu của riêng mình Tcx đã dựa trên tiếp cận lập trình API của mSQL và

ngôn ngữ SQL dé phát trién nén MySQL

MySQL hoat d6ng theo mé hinh client-server, rat đơn giản, không có các tính năng cao cấp như quản lý giao tác, chia sẻ kết nối Được sử dụng rộng rãi trong Linux đối với các ứng dụng cgi hay Perl troný môi trường Web, Internet

Dia chi download MySQL : http://www.MySQL.com

3.2 Cai dat MySQL

3.2.1 Cài Dat MySQL tir cac gói nhị phân