Linux下使用Netfilter框架编写内核模块(统计协议层ping特定地址丢包数)_netfilter框架示例-程序员宅基地

技术标签: linux  服务器  内核  netfilter  

一、linux内核中neitfilter的处理过程

1.5个HOOK点的执行点说明:
数据包从进入系统,进行IP校验以后,首先经过第一个HOOK函数NF_IP_PRE_ROUTING进行处理;
然后就进入FORWARD路由匹配,其决定该数据报是需要转发还是发给本机的;
若该数据包是发给本机的,则该数据经过HOOK函数NF_IP_LOCAL_IN处理以后然后传递给上层协议;
若该数据报应该被转发则它被NF_IP_FORWARD处理;
经过转发的数据报经过最后一个HOOK函数NF_IP_POST_ROUTING处理以后,再传输到网络上。
本地产生的数据经过HOOK函数NF_IP_LOCAL_OUT 处理后,进行路由选择处理,然后经过NF_IP_POST_ROUTING处理后发送出去。
在这里插入图片描述
2.nf_hooks结构:
在这里插入图片描述
3.协议头字段

#include <linux/netfilter.h>

/* only for userspace compatibility */

#include <limits.h> /* for INT_MIN, INT_MAX */

/* IP Cache bits. */
/* Src IP address. */
#define NFC_IP_SRC		0x0001
/* Dest IP address. */
#define NFC_IP_DST		0x0002
/* Input device. */
#define NFC_IP_IF_IN		0x0004
/* Output device. */
#define NFC_IP_IF_OUT		0x0008
/* TOS. */
#define NFC_IP_TOS		0x0010
/* Protocol. */
#define NFC_IP_PROTO		0x0020
/* IP options. */
#define NFC_IP_OPTIONS		0x0040
/* Frag & flags. */
#define NFC_IP_FRAG		0x0080

/* Per-protocol information: only matters if proto match. */
/* TCP flags. */
#define NFC_IP_TCPFLAGS		0x0100
/* Source port. */
#define NFC_IP_SRC_PT		0x0200
/* Dest port. */
#define NFC_IP_DST_PT		0x0400
/* Something else about the proto */
#define NFC_IP_PROTO_UNKNOWN	0x2000

二、源码解析:

1.通过源码make编译,生成simple_nf_test.ko,加载进内核使用;
2.使用rmmod卸载模块,将内核计算数据保存进user file;
3.使用od -tu /root/netfilter.log查看保存的file数据。
#Makefile
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
obj-m += simple_nf_test.o
all:
	make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules
		         
clean:
	make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

[root@test02 netfilter-test]# insmod simple_nf_test.ko
[root@test02 netfilter-test]# ping 114.114.114.114
PING 114.114.114.114 (114.114.114.114) 56(84) bytes of data.
^C
--- 114.114.114.114 ping statistics ---
64 packets transmitted, 0 received, 100% packet loss, time 64552ms

[root@test02 netfilter-test]# rmmod simple_nf_test
#dmesg日志
[22038.705777] ----------------------------------------------------------
[22038.705779] 114.114.114.114 is denied by netfilter!
[22038.705780] drop 114.114.114.114  packets count is : 20
[22039.575591] ----------------------------------------------------------
[22039.575602] # source address is 63baf772 , xxx.xxx.xxx.99
[22039.575607] # dest address is bc14a8c0 , 192.168.20.188
[22039.575609] ----------------------------------------------------------
[22039.575611] ...packet pass filter...
[22039.575613] [simple_nf_test] packet_filter. end.
[22039.729706] ----------------------------------------------------------
[22039.729762] # source address is 72727272 , 114.114.114.114
[22039.729767] # dest address is bc14a8c0 , 192.168.20.188
[22039.729770] ----------------------------------------------------------
[22039.729772] 114.114.114.114 is denied by netfilter!
[22039.729774] drop 114.114.114.114  packets count is : 21
[22040.753807] ----------------------------------------------------------
[22040.753822] # source address is 72727272 , 114.114.114.114
[22040.753826] # dest address is bc14a8c0 , 192.168.20.188
[22040.753829] ----------------------------------------------------------
[22040.753830] 114.114.114.114 is denied by netfilter!
[22040.753832] drop 114.114.114.114  packets count is : 22
...
[22088.630236] ----------------------------------------------------------
[22088.630237] ...packet pass filter...
[22088.630239] [simple_nf_test] packet_filter. end.
[22089.055705] ----------------------------------------------------------
[22089.055722] # source address is 63baf772 , xxx.xxx.xxx.99
[22089.055727] # dest address is bc14a8c0 , 192.168.20.188
[22089.055729] ----------------------------------------------------------
[22089.055731] ...packet pass filter...
[22089.055733] [simple_nf_test] packet_filter. end.
[22089.060209] packet fillter capture count: 64
[22089.060212] begin to write to netfilter.log
[22089.060258] record file write done .
[22089.060470] [simple_nf_test] remove hook lkm success!

#netfilter.log记录(8byte)
[root@test02 netfilter-test]# od -tu /root/netfilter.log
0000000         64          0
0000010

#simple_nf_test.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/version.h>
 
#include <linux/ip.h>
#include <linux/tcp.h>
#include <linux/udp.h>
#include <linux/netfilter.h>
#include <linux/netfilter_ipv4.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>

//count变量用于统计filter hook的拦截次数
unsigned long int count = 0L;
//内核数据写入本地文件方法
static int  _fileWrite(unsigned long int count)
{
    
    unsigned long int  buf[]= {
     count };
    printk("packet fillter capture count: %ld \n",count);
    struct file *fp;
    mm_segment_t fs;
    loff_t pos;
    printk("begin to write to netfilter.log \n");
    //打开本地文件句柄
    fp =filp_open("/root/netfilter.log",O_RDWR|O_CREAT,0644);
    if (IS_ERR(fp)){
    
        printk("open file error\n");
        return -1;
    }
    //保护内核空间,地址参数检查
    fs =get_fs();
    //扩大空间限制到内核地址空间,从而可以在内核空间中使用文件系统调用
    set_fs(KERNEL_DS);
    //ssize_t kernel_write(struct file *file, const void *buf, size_t count, loff_t *pos)
    //内核数据写入用户态文件API,注意buf如果为Int类型,将以ascii码的方式,保存进文件。所以从文件中获取Int数据时,需要使用od -tu filename命令。
    pos =0;
    kernel_write(fp,buf, sizeof(buf), &pos);
    //关闭文件句柄
    filp_close(fp,NULL);
    //关闭内核空间的文件系统调用
    set_fs(fs);
    return 0;
}


unsigned int packet_filter(unsigned int hooknum, struct sk_buff *skb,const struct net_device *in, const struct net_device *out,int (*okfn)(struct sk_buff *))
{
          
        //ip协议头部
        struct iphdr *iph;
        //tcp协议头部
        struct tcphdr *tcph;
        //udp协议头部
        struct udphdr *udph;
       //如socket buffer指针为空,则当前hook点允许该数据包继续在协议栈中流转。 
       //define NF_ACCEPT 1 
        if(skb == NULL)
        return NF_ACCEPT;
        //如skb不为空,则从skb获取ip头,使用内核API ip_hdr()
        iph = ip_hdr(skb);
        //如ip头为空,则当前hook点允许该数据包继续在协议栈中流转。
        if(iph == NULL)
        return NF_ACCEPT;
        //打印经过hook的包信息
        printk("----------------------------------------------------------");
        printk("# source address is %x , %pI4 \n",iph->saddr,&iph->saddr);	
        printk("# dest address is %x , %pI4 \n",iph->daddr,&iph->daddr);
        printk("----------------------------------------------------------");	
	    //示例增加对IP地址114.114.114.114(十六进制表示:0x72727272)的地址过滤
	    if(iph->saddr == 0x72727272){
    
           printk("114.114.114.114 is denied by netfilter!\n");
           //命中计数器统计
           count++;
	       printk("drop 114.114.114.114  packets count is : %ld \n",count);
	       // 丢弃该数据包
	       return NF_DROP;
	         /*
			#include\uapi\linux\netfilter.h
			/* Responses from hook functions. */
			#define NF_DROP 0 // 丢弃该数据包
			#define NF_ACCEPT 1 // 当前hook点,允许该数据包继续在协议栈中流转
			#define NF_STOLEN 2 // 让netfilter框架忽略该数据包的处理
			#define NF_QUEUE 3 // 该数据包加入到用户队列,供用户程序处理
			#define NF_REPEAT 4
			#define NF_STOP 5	/* Deprecated, for userspace nf_queue compatibility. */
			#define NF_MAX_VERDICT NF_STOP
           */
	     }
	    printk("...packet pass filter...");
        //协议层逻辑
        switch(iph->protocol)
        {
    
                case IPPROTO_TCP:
                        tcph = (struct tcphdr *)(skb->data + (iph->ihl * 4));
                        //printk("#tcp source port is [%d].\n",ntohs(tcph->source));
                        //printk("#tcp dest port is [%d].\n",ntohs(tcph->dest));
			            //if TCP then do something
                        break;
 
                case IPPROTO_UDP:
                        udph = (struct udphdr *)(skb->data + (iph->ihl * 4));
                        //printk("#udp source port is [%d].\n",ntohs(udph->source));
                        //printk("#udp dest port is [%d].\n",ntohs(udph->source));
                        //if UDP then do someting 
			break;
 
                default :
                        //放行数据包
                        return NF_ACCEPT;
        }
        printk("[simple_nf_test] %s. end.\n", __func__);
        return NF_ACCEPT;
 
};
/*
//hook结构体
struct nf_hook_ops {							 
	struct list_head 	list;	 /* 标准链表—由于链接所有钩子点 */ 
	/* User fills in from here down. */
	nf_hookfn		*hook;	/* 钩子函数回调指针 */
	struct net_device	*dev;    /* 网络设备指针 */
	void			*priv;		/* 私有数据,在钩子回调函数中使用 */
	u_int8_t		pf;				/* 协议族 */
	unsigned int		hooknum;		/* hook点   */
	/* Hooks are ordered in ascending priority. */
	int			priority;			/* 优先级 */
};
*/
//初始化hook参数
static struct nf_hook_ops packet_simple_nf_opt = {
    
				//hook函数packet_filter
        .hook = (nf_hookfn *)packet_filter,
        //协议指定为ip协议
        .pf = NFPROTO_INET,
        //hook点 NF_INET_PRE_ROUTING 优先级最高
        .hooknum = NF_INET_PRE_ROUTING,
        .priority = NF_IP_PRI_FIRST,
        /*
		//hook支持的协议
		enum {
			NFPROTO_UNSPEC =  0,
			NFPROTO_INET   =  1,        
			NFPROTO_IPV4   =  2,
			NFPROTO_ARP    =  3,
			NFPROTO_NETDEV =  5,
			NFPROTO_BRIDGE =  7,
			NFPROTO_IPV6   = 10,
			NFPROTO_DECNET = 12,
			NFPROTO_NUMPROTO,
		};
		*/
		/*
		内核中注册的5个HOOK点如下:
		
		enum nf_inet_hooks {
		NF_INET_PRE_ROUTING,
		NF_INET_LOCAL_IN,
		NF_INET_FORWARD,
		NF_INET_LOCAL_OUT,
		NF_INET_POST_ROUTING,
		NF_INET_NUMHOOKS
		};
		*/
		/*
		enum nf_ip_hook_priorities {
			NF_IP_PRI_FIRST = INT_MIN,
			NF_IP_PRI_RAW_BEFORE_DEFRAG = -450,
			NF_IP_PRI_CONNTRACK_DEFRAG = -400,
			NF_IP_PRI_RAW = -300,
			NF_IP_PRI_SELINUX_FIRST = -225,
			NF_IP_PRI_CONNTRACK = -200,
			NF_IP_PRI_MANGLE = -150,
			NF_IP_PRI_NAT_DST = -100,
			NF_IP_PRI_FILTER = 0,
			NF_IP_PRI_SECURITY = 50,
			NF_IP_PRI_NAT_SRC = 100,
			NF_IP_PRI_SELINUX_LAST = 225,
			NF_IP_PRI_CONNTRACK_HELPER = 300,
			NF_IP_PRI_CONNTRACK_CONFIRM = INT_MAX,
			NF_IP_PRI_LAST = INT_MAX,
		};
		*/

};

static int simple_nf_init(void)
{
       
    //注册函数钩子,内核版本大于4.3.0的内核函数API为nf_register_net_hook,否则为nf_register_hook
    #if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(4,3,0) 
    //int nf_register_net_hook(struct net *net, const struct nf_hook_ops *reg)
    //网络系统在初始化的时候会初始化一个初始网络命名空间,即init_net命名空间。后续创建的net namespace命名空间会和init_net一起通过list项组织起来,且每个网络设备都对应一个命名空间
        nf_register_net_hook(&init_net, &packet_simple_nf_opt);
    #else
        nf_register_hook(&packet_simple_nf_opt);
    #endif
        printk("[simple_nf_test] network hooks success.\n");
        return 0;
 
};

static void simple_nf_exit(void)
{
    
	//write capute packets count  to user file.
	_fileWrite(count);
	printk("record file write done.\n");
	//卸载hook函数
    #if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(4,3,0)
        nf_unregister_net_hook(&init_net, &packet_simple_nf_opt);
    #else
        nf_unregister_hook(&packet_simple_nf_opt);
    #endif
	printk("[simple_nf_test] remove hook lkm success!\n");
};
//内核模块加载和卸载时,执行的函数
module_init(simple_nf_init);
module_exit(simple_nf_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Jeb");

版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接:https://blog.csdn.net/ljbcharles/article/details/123113887

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