前往小程序,Get更优阅读体验!
立即前往
首页
学习
活动
专区
工具
TVP
发布
社区首页 >专栏 >从0到1用java再造tcpip协议栈:使用责任链模式实现ICMP错误数据报解析

从0到1用java再造tcpip协议栈:使用责任链模式实现ICMP错误数据报解析

作者头像
望月从良
发布2019-01-03 10:49:21
7290
发布2019-01-03 10:49:21
举报
文章被收录于专栏:Coding迪斯尼Coding迪斯尼

上一节我们讲述了ICMP协议的数据格式,说到了ICMP数据报包含两种类型的信息:错误消息和控制消息。同时我们详细解析了包含错误消息时的数据格式,本节我们使用代码来实现ICMP错误数据报的解析。

上图显示的是ICMP数据报包含错误消息时的格式。它一个特点是底层数据格式需要根据上头type和code两个字段指定,这两个字段不同数值的组合对应底层不同数据结构,由于type有125种取值,而对应固定的type取值,code的取值有可能有十几种,因此我们的解析代码需要处理成千上万种情况。如果我们把所有的处理逻辑用代码集中起来处理,那么我们就得写庞大的if…else…分支,这会使得代码冗余,容易出错,而且难以维护,为了实现代码的结构化和鲁棒性,我们采用设计模式中的责任链模式来完成数据解析设计,如下图:

所谓责任链模式就是把很多个if…else拆解成多个并列的处理对象,然后将这些对象用队列串联起来,这些对象导出同一个接口,一旦有数据来临时,我们从队列里将这些处理对象一一取出,把数据传入,如果该对象能解析当前数据,那么它返回true,处理流程结束,如果不能处理,那么我们把数据传入下一个解析对象,一直到所有解析对象都调用完毕为止。责任链模式能很好应对多变的数据格式场景,如果要解析的数据发生改变,我们只要改变某个处理对象或增加一个新的处理对象即可,于是代码可以保持紧凑和鲁棒。由于ICMP错误数据报有多种格式,因此我们采用这种模式来应对,接下来看看代码实现。

首先我们添加一个新类叫ICMPProtocolLayer,它专门用于解读或构造ICMP数据包:

代码语言:javascript
复制
package ICMPProtocolLayer;

import java.nio.ByteBuffer;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;

import jpcap.PacketReceiver;
import jpcap.packet.EthernetPacket;
import jpcap.packet.Packet;

public class ICMPProtocolLayer implements PacketReceiver{
    private static byte PROTOCL_ICMP = 1;
    public static int ICMP_DATA_OFFSET = 20 + 14; //越过20字节IP包头
    private static int PROTOCOL_FIELD_IN_IP_HEADER = 14 + 9;

    private ArrayList<IICMPErrorMsgHandler> error_handler_list = new ArrayList<IICMPErrorMsgHandler>();
    private enum ICMP_MSG_TYPE {
        ICMP_UNKNOW_MSG,
        ICMP_ERROR_MSG,
        ICMP_INFO_MSG
    };

    private int icmp_type  = 0;
    private int icmp_code = 0;
    private byte[] packet_header = null;
    private byte[] packet_data = null;

    public ICMPProtocolLayer() {
        //添加错误消息处理对象
        error_handler_list.add(new ICMPUnReachableMsgHandler());
    }

    @Override
    public void receivePacket(Packet packet) {
        if (packet == null) {
            return;
        }

        //确保收到数据包是IP类型
        EthernetPacket etherHeader = (EthernetPacket)packet.datalink;
        if (etherHeader.frametype != EthernetPacket.ETHERTYPE_IP) {
            return;
        }

        //读取IP包头,也就是接在数据链路层后面的20字节,读取协议字段是否表示ICMP,也就是偏移第10个字节的值为1
        if (packet.header[PROTOCOL_FIELD_IN_IP_HEADER] != PROTOCL_ICMP) {
            return;
        }

        packet_header = Arrays.copyOfRange(packet.header, ICMP_DATA_OFFSET, packet.header.length);
        packet_data = packet.data;

        analyzeICMPMessage(packet_header);
    }

    private ICMP_MSG_TYPE  checkType(int type) {
        /*
         * 传递错误消息的ICMP数据报type处于0到127,
         * 传递控制信息的ICMP数据报type处于128到255
         */
        if (type >= 0 && type <= 127) {
            return ICMP_MSG_TYPE.ICMP_ERROR_MSG;
        }

        if (type >= 128 && type <= 255) {
            return ICMP_MSG_TYPE.ICMP_INFO_MSG;
        }

        return ICMP_MSG_TYPE.ICMP_UNKNOW_MSG;
    }

    private void analyzeICMPMessage(byte[] data) {
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.wrap(data);
        icmp_type = byteBuffer.get(0);
        icmp_code = byteBuffer.get(1);

        //检测当前数据包是错误信息还是控制信息,并根据不同情况分别处理
        if (checkType(icmp_type) == ICMP_MSG_TYPE.ICMP_ERROR_MSG) {
            handleICMPErrorMsg(packet_data);
        }
    }

    private void handleICMPErrorMsg(byte[] data) {
        /*
         * ICMP错误数据报的类型很多,一个type和code的组合就能对应一种数据类型,我们不能把对所有数据类型的处理全部
         * 塞入一个函数,那样会造成很多个if..else分支,使得代码复杂,膨胀,极难维护,因此我们使用责任链模式来处理
         */
        for (int i = 0; i < error_handler_list.size(); i++) {
            if (error_handler_list.get(i).handleICMPErrorMsg(icmp_type, icmp_code, data) == true) {
                break;
            }
        }
    }

}

它跟我们前几节实现的ARP解析类一样,一旦数据链路层有数据包时,就会将数据包交给它,它会检测数据包是否来自ICMP协议,如果不是就返回,是的话就执行下一步处理流程。它包含的error_handler_list就是前面我们提到的将处理对象串联起来的队列,这些处理对象统一导出一个名为handleICMPErrorMsg的接口,该接口定义如下:

代码语言:javascript
复制
package ICMPProtocolLayer;

public interface IICMPErrorMsgHandler {
    public  boolean handleICMPErrorMsg(int type, int code, byte[] data);
}

接下来我们实现一个能解读Destination Unreachable错误数据报的处理对象,其代码如下:

代码语言:javascript
复制
package ICMPProtocolLayer;

import java.nio.ByteBuffer;

import jpcap.packet.IPPacket;

public class ICMPUnReachableMsgHandler implements IICMPErrorMsgHandler {
    private static int ICMP_UNREACHABLE_TYPE = 3;
    private static int IP_HEADER_LENGTH = 20;

    enum ICMP_ERROR_MSG_CODE {
      ICMP_NETWORK_UNREACHABLE,
      ICMP_HOST_UNREACHABLE,
      ICMP_PROTOCAL_UNREACHABLE,
      ICMP_PORT_UNREACHABLE,
      ICMP_FRAGMETATION_NEEDED_AND_DF_SET
      //后面需要在继续添加其他类型
    } ;
    @Override
    public boolean handleICMPErrorMsg(int type, int code, byte[] data) {
        if (type != ICMPUnReachableMsgHandler.ICMP_UNREACHABLE_TYPE) {
            return false;    
        }

        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(data);

        switch (ICMP_ERROR_MSG_CODE.values()[code]) {
        case ICMP_PORT_UNREACHABLE:
            //错误数据格式:IP包头和8字节内容
            //获取协议类型
            byte protocol = buffer.get(9);
            if (protocol == IPPacket.IPPROTO_UDP) {
                handleUDPError(buffer);
            }
            break;
        default:
            return false;
        }

        return true;
    }

    private void handleUDPError(ByteBuffer buffer) {
        System.out.println("protocol of error packet is UDP");
        System.out.println("Source IP Address is :");
        int source_ip_offset = 12;
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            int v = buffer.get(source_ip_offset + i) & 0xff;
            System.out.print(v + ".");
        }
        System.out.println("\nDest IP Address is :");
        int dest_ip_offset = 16;
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            int v = buffer.get(dest_ip_offset + i) & 0xff;
            System.out.print(v + ".");
        }

        /*
         * 打印UDP数据包头前8个字节信息,其格式为:
         * source_port(2 byte),
         * dest_port (2byte)
         * length (2byte)
         * check_sum(2byte)
         */
        int source_port = (int) (buffer.getShort(IP_HEADER_LENGTH) & 0xFFFF);
        System.out.println("\nSource Port: " + source_port);
        int source_port_len = 2;
        int dest_port = (int) (buffer.getShort(IP_HEADER_LENGTH + source_port_len) & 0xFFFF);
        System.out.println("dest port: " + dest_port);
    }

}

我们看到,Destination UnReachable错误对应的type是3,但它有对应不同的code值,这些值对应不同情形的unreachable错误,代码里的枚举类ICMP_ERROR_MSG_CODE对应不同code值,在上面实现中,我们暂时只处理code值是3的情况,也就是处理port unreachable这种情形。该类继承了IICMPErrorMsgHandler,因此它必须实现handleICMPErrorMsg函数。在Destination UnReachable ICMP数据包中,附带内容的格式是导致该错误数据包的IP包头加8字节内容,因此我们需要按照IP数据包头格式解析前20字节,回忆一下IP包头的数据结构:

从包头开始偏移9个字节后表示数据包上层协议类型,因此在函数handleICMPErrorMsg中,它首先读取该字段,确定数据包采用的是UDP协议,如果是的话,我们调用handleUDPError进一步对数据进行解析。该函数首先从IP包头中打印数据包发出者和接收者的IP,然后根据UDP数据包的协议,开始两字节是发送者的端口,接着两字节是接收者的端口。

为了验证代码的正确性,我们先使用wireshak抓取一个ICMP错误类型数据包:

从上图看出该数据包的type和code都是3,表示它包含Destination UnReachable错误信息,具体错误类型为port unreachable。接着往下拉我们会看到接在ICMP报头后面的是IP报头:

从上图我们可以看出,错误数据包的发送者ip是192.168.2.243,接收者是222.220.238.40,越过20字节的IP包头后,跟着的是UDP数据包头,它头两个字节是发送者端口,从上面看出是50687,接收者端口是25748,由此我们对应一下代码运行后的结果:

从代码运行结果来看,它打印出来的信息与wireshak抓包的信息时一致的,在上面显示中没有打印接收者端口,那是因为我在调试时提前把代码运行终止了。

本文参与 腾讯云自媒体分享计划,分享自微信公众号。
原始发表:2018-12-28,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

本文分享自 Coding迪斯尼 微信公众号,前往查看

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

本文参与 腾讯云自媒体分享计划  ,欢迎热爱写作的你一起参与!

评论
登录后参与评论
0 条评论
热度
最新
推荐阅读
领券
问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档