libnids使用

Libnids是一个用于网络入侵检测开发的专业编程接口,它使用了Libpcap所以它具有捕获数据包的功能。同时，Libnids提供了TCP 数据流重组功能，所以对于分析基于TCP协议的各种协议Libnids都能胜任.Libnids还提供了对IP分片进行重组的功能，以及端口扫描检测和异 常数据包检测功能。

Libnids数据结构

一.基本常量

1.报警类型

enum

{

NIDS_WARN_IP =1,  //IP数据包异常

NIDS_WARN_TCP,//TCP数据包异常

NIDS_WARN_UDP,//UDP数据包异常

NIDS_WARN_SCAN//表示有扫描攻击发生

}

enum

{

NIDS_WARN_UNDEFINED=0, //表示未定义

NIDS_WARN_IP_OVERSIZED.//表示IP数据包超长

NIDS_WARN_IP_INVLIST,//表示无效的碎片队列

NIDS_WARN_IP_OVERLAP,//表示发生重叠

NIDS_WARN_IP_HDR,//表示无效IP首部，IP数据包发生异常

NIDS_WARN_IP_SRR,//表示源路由IP数据包

NIDS_WARN_TCP_TOOMUCH,//表示tcp数据个数太多，因为在libnids中在同一时刻捕获的tcp个数最大值为tcp连接参数的哈希表长度3/4  

NIDS_WARN_TCP_HDR,//表示无效TCP首部，TCP数据包发生异常

NIDS_WARN_TCP_BIGAQUEUE,//表示TCP接收的队列数据过多

NIDS_WARN_TCP_BADFLAGS//表示错误标记

}

2.Libnids状态

在对TCP数据流进行重组时，必须考虑到TCP的连接状态，在Libnids中为了方便开发而定义了6种Libnids状态(描述的是连接的逻辑状态)

#define NIDS_JUST_EST 1//表示tcp连接建立

#define NIDS_DATA 2  //表示接受数据的状态

#define NIDS_CLOSE 3 //表示tcp连接正常关闭

#define NIDS_RESET 4 //表示tcp连接被重置关闭

#define NIDS_TIMED_OUT 5 //表示由于超时tcp连接被关闭

#define NIDS_EXITING 6  //表示libnids正在退出

真正的TCP连接状态有11种

enum

{

TCP_ESTABLISHED=1, //表示ESTABLISH状态，TCP连接建立，开始传输数据

TCP_SYN_SENT,//表示syn_sent状态,主动打开

TCP_SYN_RECV,//表示syn_recv状态,接收SYN

TCP_FIN_WAIT1,//表示FIN_WAIT_1状态

TCP_FIN_WAIT2,//表示FIN_WAIT2状态

TCP_TIME_WAIT//表示TIME_WAIT状态

TCP_ClOSE,//表示Closed状态

TCP_CLOSE_WAIT,//表示CLose_WAIT状态

TCP_LAST_ACK,//表示LAST_ACK状态

TCP_LISTEN,//表示LISTEN状态

TCP_CLOSING//表示CLOSING 状态

}

 

例如：

if (a_tcp->nids_state == NIDS_JUST_EST)
 {
  // connection described by a_tcp is established
  // here we decide, if we wish to follow this stream
  // sample condition: if (a_tcp->addr.dest!=23) return;
  // in this simple app we follow each stream, so..
  a_tcp->client.collect++; // we want data received by a client
  a_tcp->server.collect++; // and by a server, too
  a_tcp->server.collect_urg++; // we want urgent data received by a
  // server
//#ifdef WE_WANT_URGENT_DATA_RECEIVED_BY_A_CLIENT
  a_tcp->client.collect_urg++; // if we don't increase this value,
  // we won't be notified of urgent data
  // arrival
//#endif
  fprintf (stderr, "%s established/n", buf);
  return;
 }

 

3.校验和，与此相关的常量定义如下：

#define NIDS_DO_CHKSUM 0  //表示告诉Libnids要计算校验和

#define NIDS_DONT_CHKSUM 1//表示告诉LIbnids不需要计算校验和

二。数据结构

1.tuple4：此数据结构是Libnids中最基本的一种数据结构

struct tuple4

{

u_short source;//源端口

u_short dest;//目标端口

u_int saddr; //源IP

u_int daddr;//目的IP

};//用于描述一个地址端口对，它表示发送方IP和端口以及接收方IP和端口

2.half_stream：此数据结构用来描述在tcp连接中一端的所有信息，可以使客户端也可以是服务端。

struct half_stream

{

char state;//表示套接字的状态,也就是tcp连接状态

char collect;//表示是否存储数据到data中,如果大于0就存储,否则忽略

char collect_urg;//是否存储紧急数据到urgdata中,如果大于0就存储,否则忽略

 

char *data;//存储正常接收的数据

int offset;//存储在data中数据的第一个字节的偏移量

int count;//表示从tcp连接开始已经存储到data中的数据的字节数

int count_new;//表示有多少新数据到data 中

int bufsize;//

int rmem_alloc;

 

int urg_count;

u_int acked;

u_int seq;

u_int ack_seq;

u_int first_data_seg;

u_char urgdata;//用来存储紧急数据

u_char count_new_urg;//表示是否有新的紧急数据到达

u_char urg_seen;

u_int urg_ptr;

u_short window;

u_char ts_on;

u_int curr_ts;

struct skbuff *list;

struct skbuff *listtail;

}

 

data中的数据为此TCP流中第offset开始到count。data中数据的大小为 (count - offset) 个数。（默认情况：count - offset = count_new）。默认情况tcp_callback中没有调用nids_discard，则在tcp_callback返回后，data中的所有数据都会被销毁。当处理者需要N字节数据，才能进行处理时，但是只接收了 n < N，则可以调用nids_discard(a_tcp, 0)保留此次接收的数据在缓存中。

 

3.tcp_stream:描述的是一个TCP连接的所有信息

struct tcp_stream

{

struct tuple4 addr;//是一个tuple4类型的成员,它表示一个tcp连接的四个重要信息

char nids_state;//表示逻辑连接状态

struct lurker_node *listeners;

struct half_stream client;

struct half_stream server;

struct tcp_stream *next_node;

struct tcp_stream *prev_node;

int hash_index;

struct tcp_stream *next_time;

struct tcp_stream *prev_time;

int read;

struct tcp_stream *next_free;

};//描述了一个TCP连接的完整信息

4.nids_prm:描述libnids的一些全局参数信息

struct nids_prm

{

int n_tcp_streams;//表示哈西表大小,此哈西表用来存放tcp_stream数据结构,

int n_hosts;//表示存放ip碎片信息的哈西表的大小

char *device;

char *filename;//用来存储网络数据捕获文件.如果设置了文件,与此同时就应该设置成员device为null,默认值为NULL

int sk_buff_size;//表示数据结构sk_buff的大小.数据结构sk_buff是linux内核中一个重要的数据结构,是用来进行数据包队列操作的

int dev_addon;//表示在数据结构sk_buff中用于网络接口上信息的字节数,如果是-1(默认值),那么libnids会根据不同的网络接口进行修正

void (*syslog)();//函数指针,默认值为nids_syslog()函数.在syslog中可以检测入侵攻击,如:网络扫描攻击

函数定义类型为nids_syslog(int type,int errnum,struct ip_header * iph,void *data)

int syslog_level;//表示日志等级,默认值为LOG_ALERT.

int scan_num_hosts;//表示存储端口扫描信息的哈西表的大小

int scan_delay;//表示在扫描检测中,两端口扫描的间隔时间

int scan_num_ports;//表示相同源地址必须扫描的tcp端口数目

void (*no_mem)(char *);//当libnids发生内存溢出时被调用

int (*ip_filter)();//函数指针,此函数可以用来分析ip数据包,当有ip数据包到达时,此函数被调用.默认值为nids_ip_filter,该函数的定义如下：

static int nids_ip_filter(struct ip * x,int len)

char *pcap_filter;//表示过滤规则

int promisc;//表示网卡模式,非0为混杂模式,否则为非混杂模式,默认值为1

int one_loop_less;//表示捕获数据返回的时间,以豪秒计算.默认值为1024

int pcap_timeout;

};

在Libnids中用nids_prm数据结构定义了一个全局变量nids_params,其定义和初始值如下:

struct nids_prm nids_params={

1040,//n_tcp_streams

256,//n_hosts

NULL,//device

NULL,//filename

168,//sk_buff_size

-1,//dev_addon

nids_syslog,//syslog()

LOG_ALERT,//syslog_level

256,//scan_num_hosts

3000,//scan_delay

10,//scan_num_prots

nids_no_mem,//no_mem()

nids_ip_filter,//ip_filter

NULL,//pcap_filter

1,//promisc

0,//one_loop_less

1024//pcap_timeout

}在使用Libnids开发程序时,可以首先对nids_params全局变量的值进行修改,这样对整个Libnids就全部有效

5.nids_chksum_ctl:描述的是计算校验和

struct nids_chksum_ctl

{

u_int netaddr;

u_int mask;

u_int action;//表示动作,如果是NIDS_DO_CHKSUM,表示要计算校验和;如果是NIDS_DONT_CHKSUM表示不计算校验和

u_int reserved;     

}

三.Libnids函数

1.基本函数

(1)int  nids_init(void);//对libnids进行初始化

(2)void nids_run(void);//运行Libnids,进入循环捕获数据包状态.

(3)int nids_getfd(void);//获得文件描述号

(4)int nids_dispatch(int cnt)//功能是调用Libpcap中的捕获数据包函数pcap_dispatch().

(5)int nids_next(void)//调用Libpcap中的捕获数据包函数pcap_next()

(6)void nids_register_chksum_ctl(struct nids_chksum_ctl *ptr,int nr)//决定是否计算校验和,它是根据数据结构nids_chksum_ctl中的action进行决定的

2.IP碎片函数

(1)void nids_register_ip_frag(void(*))//此函数的功能是注册一个能够检测所有IP数据包的回调函数,包括IP碎片

eg:nids_register_ip_frag(ip_frag_function);

这样就定义了一个回调函数ip_frag_function的定义类型如下:

void ip_frag_function(struct ip *a_packet,int len)

(2)void nids_register_ip(void(*))//此函数定义一个回调函数,此回调函数可以接受正常的IP数据包,eg:

nids_register_ip(ip_function);

此回调函数的定义类型如下:

void ip_function(struct ip * a_packet)

3.TCP数据流重组函数

(1)void nids_register_tcp(void(*))

回调函数的功能是注册一个TCP连接的回调函数,回调函数的类型定义如下:

void tcp_callback(struct tcp_stream *ns,void **param);

其中参数ns表示一个tcp连接的所有信息,它的类型是tcp_stream数据结构;参数param表示要传递的连接参数信息,可以指向一个TCP连接的私有数据

(2)void nids_killtcp(struct tcp_stream * a_tcp)//此函数功能是终止TCP连接

(3)void nids_discard(struct tcp_stream *a_tcp,int num)//丢弃num字节TCP数据,用于存储更多的数据

4.UDP注册函数

(1)void nids_register_udp(void(*));

此函数的功能注册一个分析UDP协议的回调函数,回调函数的类型定义如下:

void udp_callback(struct tuple4 *addr,char *buf,int len,struct ip * iph);

其中参数addr表示的是端口的信息,参数buf表示UDP协议负载数据内容,参数len 表示UDP负载数据的长度;参数iph表示一个IP数据包,包括IP首部,UDP首部以及UDP负载内容

利用Libnids开发的流程

用函数nids_init()进行初始化。

然后注册相应的回调函数。不同的回调函数实现不同的功能

最后利用函数nids_run()进入循环捕获数据包的状态

 

四、常见问题
在使用libnids时，可能出现下面的问题：

1、可能抓不到包

是因为libnids默认是从第一个可用网络设备上抓包，如果你的数据不是走第一个可用网络设备，而是走其它的网络设备。则可能出现上面的情况。解决方法：

nids_params.device="eth1";

if (!nids_init ())
 {
  fprintf(stderr,"%s/n",nids_errbuf);
  exit(1);
 }

2、只能捕获client->server的TCP流，没有server->client的TCP流。（我用的版本是：libnids-1.24）

原因是 tcp.c中第743行my_tcp_check过滤掉了server->client的TCP流。解决方法就是注释它。

 

3、在64位系统上，动态库中静态编译libnids时会出现错误提示。解决方法就是按错误提示，用-fPIC重新编译libnids静态库

 

4、性能上的优化：两种优化方法，可见自带文档PERFORMANCE

A、加大pcap的BUFFER

B、启用一个线程抓包，另一个线程进行处理。这种情况下，1.24版本对线程处理结构有BUG。nids_run的线程结构不会有问题。 nids_next、nids_dispatch中是每调用一次这两个函数就会启用一个处理线程。所以这会出现BUG。修改方法是，单独启用线程，在这两 个函数中就不用启用线程，只是进行数据捕获。

 

5、libnids中的几个陷阱

   （1）struct tuple4结构体存储连接双方ip和端口信息。需要注意的是，这里的源地址与目的地址可能跟我们想的不太一样。它跟一次通信中是由client像 server发送数据还是server像client发送数据无关，而是由一次连接是由谁发起来决定源地址和目的地址的。通俗的讲，如果A给B发送数 据，A不一定是源，B不一定是目的。只有当本次连接是由A发起时，A才是源，B是目的。

     （2）当tcp_stream中的nids_state为NIDS_JUST_EST时，必须把client.collect和server.collect置成非零的数值，才能够在状态为NIDS_DATA时接受数据并进行处理。否则，数据都会被抛弃。

     （3）void nids_discard(struct tcp_stream *a_tcp,int num)函数的用法：如果你期望将要处理的数据长度为n，但是已经收到的数据包总长度为m，其中m<n。那么你可以把第二个参数设置为0，告诉 libnids这次数据暂时不处理，给我缓存起来，等到新的数据到来时，一块处理。说白了，该函数的意思就是把第一个参数a_tcp中缓存的数据丢掉第二 个参数num个字节，如果还有剩余的话，留到下一次处理。

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