使用 Python TAP 设备嗅探 ICMP 数据包（例如 ping 回显请求）

Question

我正在实现一个简单的用户空间网络堆栈以用于自学目的。我正在用 Python 编写它，在 Linux（Ubuntu 16.04.2 LTS）中运行它。我正在使用a Python TAP device 接收第 2 层帧（例如以太网）。从那里，我根据标题字段提取标题和处理帧。

问题： TAP 设备接收到几种类型的帧，但不接收 ICMP 数据包（例如 ICMP 回显请求）。我也希望它接收 ICMP 回显请求。

详细信息：为了测试我正在运行的堆栈的行为ping 10.0.0.4在同一台机器上。我的 Ubuntu 环境在 VM 上运行，因此我也尝试从主机运行ping 10.0.0.4 （在向路由表添加适当的条目之后）。即使 TAP 设备没有看到任何回显请求，我也总是收到 ICMP 回显回复：

PING 10.0.0.4 (10.0.0.4): 56 data bytes
64 bytes from 10.0.0.4: icmp_seq=0 ttl=64 time=0.451 ms
64 bytes from 10.0.0.4: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.530 ms

这是数据包处理代码（为本问题的目的而简化）：

from pytun import TunTapDevice, IFF_TAP, IFF_NO_PI

tap_dev = TunTapDevice(flags = (IFF_TAP | IFF_NO_PI))
tap_dev.persist(True)
tap_dev.addr = '10.0.0.4'
tap_dev.netmask = '255.255.255.0'
tap_dev.up()

while (1):
    frame = tap_dev.read(1500)
    # extract the Ethernet header from the raw frame 
    # (assume this is working correctly)
    eth_frame_hdr = unpack_eth_hdr(frame)

    # check if it is an IPv4 packet
    if eth_frame_hdr.type == 0x0800:
        ipv4_hdr = unpack_ipv4_hdr(frame)

        # check if an icmp packet
        if ipv4_hdr.proto == 0x01:
            process_icmp(frame)

我的诊断：我认为正在发生的事情是 Linux 内核正在直接处理 ICMP 回显请求，并且 (1) 甚至没有将数据包“在线上”或 (2 ) 不会将 ICMP 数据包传递给用户空间。

（失败）解析尝试：我已经尝试了几种方法来获取 TAP 设备上的 ICMP 数据包，但都没有导致 TAP 设备接收到 ICMP 回显请求：

1. 忽略 ICMP 回显处理：

   echo 1 | sudo tee /proc/sys/net/ipv4/icmp_echo_ignore_all

2. 添加 iptables 规则以丢弃 ICMP 回显请求：

   sudo iptables -I INPUT -p icmp --icmp-type echo-request -j DROP

3. 添加一个“跳转”到QUEUE 目标的 iptables 规则（想法是将 ICMP 数据包传递到用户空间）：

   sudo iptables -I INPUT -p icmp --icmp-type echo-request -j QUEUE

4. 使用原始套接字作为处理 ICMP 数据包的特殊情况：

   from socket import * icmp_listener_sock = socket(AF_PACKET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP) icmp_listener_sock.bind((tap_dev.name, IPPROTO_ICMP)) (icmp_ipv4_dgram, snd_addr) = icmp_listener_sock.recvfrom(2048) process_icmp(icmp_ipv4_dgram)

您能否指出让 Python TAP 设备接收 ICMP 回显请求的正确方法？

Answer 1

我查看了解决方案尝试 4，并通过在创建原始套接字并将套接字绑定到地址 (<ip-address>, 0) 时将 AF_PACKET 更改为 AF_INET 使其工作。

from socket import * 
icmp_listener_sock = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP)
icmp_listener_sock.bind((tap_dev.ip_addr, 0))
(icmp_ipv4_dgram, snd_addr) = icmp_listener_sock.recvfrom(2048)
process_icmp(icmp_ipv4_dgram)

请注意，这是一种解决方法，它不回答有关如何使用 Python TAP 设备获取 ICMP 数据包的问题。

编辑（和明确的答案）：

我尝试了另一种方法，该方法未在原始帖子中列出。我没有使用python-pytun 包，而是直接打开Linux 的TUN/TAP 设备，使用类似Python 的open() 和ioctl() 系统调用。

它工作得很好，它不需要原始套接字解决方法来处理 ICMP 数据包。

事后看来，这是我一开始就应该遵循的方法......

这是一个如何做的最小示例：

import os
import struct
from fcntl import ioctl

# ioctl constants
TUNSETIFF = 0x400454ca
TUNSETPERSIST = 0x400454cb    
IFF_TUN = 0x0001
IFF_TAP = 0x0002
IFF_NO_PI = 0x1000
SIOCGIFHWADDR = 0x00008927

try:
    # tap device name
    tap_devname = 'tap0'

    # open tap device
    tap_fd = os.open('/dev/net/tun', os.O_RDWR)

    # set tap device flags via ioctl():
    #
    # IFF_TUN   : tun device (no Ethernet headers)
    # IFF_TAP   : tap device
    # IFF_NO_PI : do not provide packet information, otherwise we end 
    #             up with unnecessary packet information prepended to 
    #             the Ethernet frame
    ifr = struct.pack("16sH", ("%s" % (tap_devname)), IFF_TAP | IFF_NO_PI)
    ioctl(tap_fd, TUNSETIFF, ifr)

    # set device to persistent (if needed be, if not, comment the next line)
    ioctl(tap_fd, TUNSETPERSIST, 1)

    print("[INFO] tap device w/ name %s allocated" % (ifr[:16].strip("\x00")))

except Exception as e:
    print("[ERROR] cannot setup tap device (%s)" % (e.message))

注意：在完成上述操作后，您应该做 2 件事来使 TAP 设备正常运行：

1. 启动 TAP 设备。例如。在 Linux 中，这可以通过 ip 命令完成，如下所示（假设 TAP 设备名称为 tap0）：

$ ip link set dev tap0 up

1. 您可能希望将 IP 地址与您的 TAP 设备相关联。您应该添加一个路由表条目，以便定向到该地址的数据包通过tap0 接口转发（假设要关联的 IP 地址为 10.0.0.4，网络掩码为 255.255.255.0：

$ ip route add dev tap0 10.0.0.4/24

您也可以在 Python 中执行上述操作，使用 Python 的 subprocess 包（参见示例 in my Github）。