开源网络抓包与分析框架学习-Packetbeat篇

开源简介
packbeat是一个开源的实时网络抓包与分析框架，内置了很多常见的协议捕获及解析，如HTTP、MySQL、Redis等。在实际使用中，通常和Elasticsearch以及kibana联合使用，用于数据搜索和分析以及数据展示。
开发环境：Go语言
Git：源码管理
IDE：推荐sublime或者liteide
开发之前
1.packbeat已经被elastic整合在beats项目中，使用前登录github,并打开
https://github.com/elasticsearch/beats.fork到自己的仓库。

如：https://github.com/lindsay-show/packbeat

2.创建相应目录

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  1. mkdir -p $GOPATH/src/github.com/elastic  
  2. cd $GOPATH/src/github.com/elastic  

3.git clone

[html] view plain copy
 
  1. git clone https://github.com/elasitc/beats.git  
  2. cd beats  

4.修改官方库为upstream源，设置自己的仓库为orgin源

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  1. git remote rename origin upstream  
  2. git remote add origin git@github.com:lindsay-show/packbeat.git  

5.获取最新代码（刚fork，可忽略），并创建分支用于自定义功能开发

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  1. git pull upstream master  
  2. git checkout -b mypackbeat  

6.切换到packbeat，并获取依赖信息

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  1. cd packbeat  
  2. mkdir -p $GOPATH/src/golang.org/x/  
  3. cd $GOPATH/src/golang.org/x   
  4. git clone https://github.com/golang/tools.git  
  5. go get github.com/tools/godep  

7.使用make编译packbeat源码，得到packbeat可执行文件
注：
[1] git的相关介绍和命令可参考 Git教程（http://www.liaoxuefeng.com/wiki/0013739516305929606dd18361248578c67b8067c8c017b000）
[2] go安装及环境变量配置可参考 Golang官网（https://golang.org/doc/install）

源码框架
packbeat项目源码结构如下：

packetbeat整合在beats项目中，其中还包括topbeat以及filebeat,现简要介绍beats源码框架内容如下:

  • /libbeat:公共依赖库
  • /filebeat:logstash升级版，处理日志类型数据
  • /packbeat:网络抓包
  • /topbeat:监控系统性能；
  • /vendor:依赖的第三方库（如dns开源库或者其他协议栈）
  • /tests:用于测试的pcamp抓包文件
  • /scripts:测试脚本

关于topbeat及filebeat的更多介绍参考elastic官网（https://www.elastic.co/）。

packebeat源码框架介绍如下：

  • /packetbeat/main.go:项目启动入口;
  • /packetbeat/config/:config.go，定义了所有配置相关的struct结构体
  • /packetbeat/debian/:打包相关
  • /packetbeat/docs/:文档
  • /packetbeat/etc/:配置文件示例
  • /packetbeat/procs/:获取系统内核运作状态与进程信息的工具类
  • /packetbeat/protos/:自定义协议类，每个子目录对应一个应用协议,包含配置相关的结构体及具体实现
  • /packetbeat/sniffer/:三种不同抓包方式的实现，如pcap、af_packet及pf_ring
  • /packetbeat/tests/:测试相关的文件，包含协议pcap文件及python测试脚本

注：以上介绍针对packetbeat-1.2.1,区别官网的开发帮助文档（官网未更新）。

工作原理

介绍了beats及packetbeat源码结构，简要说明一下packetbeat的工作原理:

每一个协议都有一个或者多个固定的端口用于通信，开发者要做的事情就是定义协议端口，然后按照TCP以及UDP实现对应的接口，Packetbeat会捕获到指定端口的数据包，然后交给开发者定义的方法来解析，如TCP对应的是Parse，UDP是ParseUdp.解析出来的结构化数据封装成Json，插入到Elasticsearch中，后续便可使用Elasticsearch的搜索和数据统计能力进行应用层数据分析。

使用方法

了解Packetbeat的工作原理后，接下来介绍如何使用packetbeat进行网络数据包捕获及分析。

在上述介绍中，我们知道packetbeat/protos目录下支持自定义协议，目前Packebeat支持的协议如下:

  • ICMP (v4 and v6)
  • DNS
  • HTTP
  • Mysql
  • PostgreSQL
  • Redis
  • Thrift-RPC
  • MongoDB
  • Memcache

以HTTP为例，安装packetbeat源码后，配置文件packetbeat.yml中默认已经配置了上述支持的协议类型。使用步骤简述如下:

  • 安装Packetbeat源码
  • 配置packetbeat.yml文件，默认不用更改（默认配置输出到elasticsearch）
  • 加载packetbeat索引至elasticsearch中（使用第三方脚本）
  • 启动elasticsearch及kibana，查看http数据包捕获及分析

如：启动packetbeat，打开几个网页，在终端极即可看到packetbeat已注册的协议类型以及http请求数据和应答数据包

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  1. cd packetbeat-1.2.1  
  2. ./packetbeat -N -e  


注：
[1] Packetbeat详细使用说明，请参考Packetbeat官方帮助文档（https://www.elastic.co/guide/en/beats/packetbeat/current/_step_4_starting_packetbeat.html），非常详细。
[2] Elasticsearch及kibana的安装和使用，请参考Elastic官方帮助文档（https://www.elastic.co/guide/index.html）。

扩展协议开发
在前面介绍到，目前packetbeat支持的协议类型主要是HTTP等常见协议类型，即时通信协议，如sip、msrp以及xmpp等暂不支持。如何对packetbeat进行协议扩展是我们研究该源码的主要目的。
网络传输两大协议TCP和UDP，应用层协议都离不开这两种协议，如源码中的HTTP、MySQL走的是TCP传输协议，DNS走的是UDP协议，在Packetbeat里面，要实现自定义协议，只需实现这两者对应的接口。扩展协议的框架代码可分别参考基于TCP的http以及基于udp的dns协议实现代码。


在进行扩展协议开发之前，需要了解protos/register.Go中tcp、udp以及基础协议的接口定义:

  • TcpPlugin:TCP协议插件的接口定义。其中Pares()用于解析Packet，ReceivedFin()用于处理TCP断开连接，GapInStream（）处理空包丢包，ConnectionTimeout（）处理超时时间
  • UdpPlugin:UDP协议插件的接口定义。其中ParseUdp()用于解析Packet
  • ProtocolPlugin:TCP和UDP以及其他扩展协议均需要实现ProtocolPlugin的基础接口，主要是提供获取端口方法

上述对应的接口定义如下所示：

[cpp] view plain copy
 
  1. type Plugin interface {  
  2. // Called to return the configured ports  
  3. GetPorts() []int  
  4. }  
  5. type TcpPlugin interface {  
  6. Plugin  
  7. // Called when TCP payload data is available for parsing.  
  8. Parse(pkt *Packet, tcptuple *common.TcpTuple,  
  9.     dir uint8, private ProtocolData) ProtocolData  
  10. // Called when the FIN flag is seen in the TCP stream.  
  11. ReceivedFin(tcptuple *common.TcpTuple, dir uint8,    private ProtocolData) ProtocolData  
  12.    // Called when a packets are missing from the tcp    // stream.  
  13. GapInStream(tcptuple *common.TcpTuple, dir uint8, nbytes int,  
  14.     private ProtocolData) (priv ProtocolData, drop bool)  
  15. // ConnectionTimeout returns the per stream connection timeout.  
  16. // Return <=0 to set default tcp module transaction timeout.  
  17. ConnectionTimeout() time.Duration  
  18. }  
  19. type UdpPlugin interface {  
  20. Plugin  
  21.   
  22. // ParseUdp is invoked when UDP payload data is available for parsing.  
  23.   
  24. ParseUdp(pkt *Packet)  
  25. }  


接下来，需要了解config.go中ProtocolCommon的结构体，扩展协议需要继承该基本结构.

协议的基本配置结构体定义如下所示(该结构体对应packetbeat.yml的配置结构，参考默认的packetbeat.yml文件):

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  1. type ProtocolCommon struct {  
  2. Ports              []int         `config:"ports"`  
  3. SendRequest        bool          `config:"send_request"`  
  4. SendResponse       bool          `config:"send_response"`  
  5. TransactionTimeout time.Duration `config:"transaction_timeout"`  
  6. }  


最后了解一下packetbeat中的关于packet结构定义:

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  1. type Packet struct {  
  2. Ts      time.Time  
  3. Tuple   common.IpPortTuple  
  4. Payload []byte  
  5. }  
  • Ts:收到数据包的时间戳
  • Tuple:来源ip+来源端口+目的ip+目的端口的元组
  • Payload:应用层字节数，不包括tcp及udp头部信息，这部分正是七层协议需要解析的部分

以上，扩展协议的基本思路介绍完毕。现以sip协议扩展开发为例：(扩展开发之前，参考前文开发之前所述）

[html] view plain copy
 
  1. cd $GOPATH/src/github.com/elastic/beats/packetbeat/protos  
  2. mkdir sip&&cd sip  
  3. touch sip.go config.go sip_parse.go  


其中，sip.go用于sip协议的具体实现，包括实现基于TCP及UDP对应的解析方法，config.go用于sip协议的配置结构定义，sip_parse.go用于sip消息解析结构的定义。
config.go中定义如下：

[cpp] view plain copy
 
  1. package sip  
  2. import (  
  3.   
  4. "github.com/elastic/beats/packetbeat/config"  
  5.   
  6. "github.com/elastic/beats/packetbeat/protos"  
  7. )  
  8. //ProtocolCommon struct  
  9. type sipConfig struct {  
  10. config.ProtocolCommon ``config:",inline"  
  11. }  
  12. var (    defaultConfig = sipConfig{  
  13.     ProtocolCommon: config.ProtocolCommon{  
  14.   
  15.         TransactionTimeout: protos.DefaultTransactionExpiration,  
  16.     },  
  17. }  
  18. )  


sip下的config.go定义完毕后，在packetbeat.yml中增加sip对应的配置，如下所示：

[html] view plain copy
 
  1. protocols:  sip:    ports: [5060,5260]  
  2.   
  3. # send_request and send_response control whether or not the stringified SIP  
  4. # request and response message are added to the result.  
  5. # Nearly all data about the request/response is available in the sip.*  
  6. # fields, but this can be useful if you need visibility specifically  
  7. # into the request or the response.  
  8. # Default: false  
  9. # send_request:  true  
  10. # send_response: true  


在sip.go中实现udp协议插件接口方法Parseudp，并注册协议，使用registor.go中的register方法，如下：

[cpp] view plain copy
 
  1. func init() {  
  2.   
  3. protos.Register("sip", New)  
  4. }  
  5. func New(    testMode bool,  
  6. results publish.Transactions,  
  7.   
  8. cfg *common.Config,  
  9. ) (protos.Plugin, error) {  
  10. p := &Sip{}  
  11. config := defaultConfig  
  12. if !testMode {  
  13.     if err := cfg.Unpack(&config); err != nil {  
  14.         return nil, err  
  15.     }  
  16. }  
  17. if err := p.init(results, &config); err != nil {  
  18.     return nil, err  
  19. }  
  20. return p, nil  
  21. }   


最后一步，在packetbeat的main.go主程序中加载sip协议，如下所示：

[cpp] view plain copy
 
  1. package main  
  2. import (  
  3.   
  4. "os"  
  5. "github.com/elastic/beats/libbeat/beat"  
  6. "github.com/elastic/beats/packetbeat/beater"  
  7. // import support protocol modules  
  8. _ "github.com/elastic/beats/packetbeat/protos/amqp"  
  9. _ "github.com/elastic/beats/packetbeat/protos/dns"  
  10. _ "github.com/elastic/beats/packetbeat/protos/http"  
  11. _ "github.com/elastic/beats/packetbeat/protos/memcache"  
  12. _ "github.com/elastic/beats/packetbeat/protos/mongodb"  
  13. _ "github.com/elastic/beats/packetbeat/protos/mysql"  
  14. _ "github.com/elastic/beats/packetbeat/protos/nfs"  
  15. _ "github.com/elastic/beats/packetbeat/protos/pgsql"  
  16. _ "github.com/elastic/beats/packetbeat/protos/redis"  
  17. _ "github.com/elastic/beats/packetbeat/protos/sip"  
  18. _ "github.com/elastic/beats/packetbeat/protos/thrift"  
  19. )  


使用makefile，编译packeteat，执行./packetbeat -N -e后，在终端上会显示sip协议已注册成功。


至此，packetbeat的协议扩展介绍完毕了。

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原文地址：https://www.cnblogs.com/beautiful-code/p/6625507.html