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Linux?C/C++實現(xiàn)網絡流量分析工具

 更新時間:2023年10月31日 09:17:41   作者:程序猿編碼  
網絡流量分析的原理基于對數(shù)據(jù)包的捕獲、解析和統(tǒng)計分析,通過對網絡流量的細致觀察和分析,幫助管理員了解和優(yōu)化網絡的性能,本文將通過C++實現(xiàn)網絡流量分析工具,有需要的可以參考下

網絡流量分析的原理基于對數(shù)據(jù)包的捕獲、解析和統(tǒng)計分析,通過對網絡流量的細致觀察和分析,幫助管理員了解和優(yōu)化網絡的性能、提高網絡安全性,并快速排查和解決網絡故障和問題。

Linux中的網絡流量常見類型

在Linux中,網絡流量可以分為幾種不同的類型。以下是一些常見的網絡流量類型:

TCP流量:TCP(傳輸控制協(xié)議)是一種可靠的、面向連接的協(xié)議。TCP流量通常用于傳輸可靠的數(shù)據(jù),例如網頁瀏覽、文件傳輸?shù)取?/p>

UDP流量:UDP(用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)是一種無連接的協(xié)議,不保證數(shù)據(jù)的可靠性和順序。UDP流量通常用于實時應用,如VoIP(網絡電話)、視頻流傳輸?shù)取?/p>

ICMP流量:ICMP(Internet控制消息協(xié)議)用于傳輸網絡控制消息和錯誤報告。ICMP流量通常用于網絡故障排查、Ping命令等。

HTTP流量:HTTP(超文本傳輸協(xié)議)是一種應用層協(xié)議,用于在Web瀏覽器和服務器之間傳輸數(shù)據(jù)。HTTP流量通常用于網頁瀏覽、下載文件等Web應用。

HTTPS流量:HTTPS是HTTP的安全版本,使用SSL(安全套接字層)或TLS(傳輸層安全)協(xié)議加密通信。HTTPS流量通常用于安全的Web傳輸,例如在線銀行、電子商務等。

DNS流量:DNS(域名系統(tǒng))用于將域名與IP地址相互映射。DNS流量通常用于解析域名、獲取IP地址等。

FTP流量:FTP(文件傳輸協(xié)議)用于在客戶端和服務器之間傳輸文件。FTP流量通常用于文件上傳、下載等。

SSH流量:SSH(安全殼層)是一種加密的網絡協(xié)議,用于安全和遠程登錄。SSH流量通常用于安全的遠程管理和文件傳輸。

這些網絡流量類型在不同的應用場景和協(xié)議中扮演著不同的角色。分析和監(jiān)控不同類型的網絡流量可以幫助管理員了解網絡使用情況、排查故障并優(yōu)化網絡性能。

Linux下監(jiān)控網絡流量的目的

Linux下監(jiān)控網絡流量的目的有多個:

  • 網絡性能優(yōu)化:監(jiān)控網絡流量可以幫助管理員了解網絡的使用情況和瓶頸,以便進行性能優(yōu)化和提高網絡效率。
  • 安全性增強:通過監(jiān)控網絡流量,可以及時發(fā)現(xiàn)異常的網絡流量,如DDoS攻擊、惡意軟件傳播等,以便及時采取相應的防御措施。
  • 資源管理:監(jiān)控網絡流量可以幫助管理員了解各個主機或設備的網絡使用情況,對網絡資源進行分配和管理,以避免某個用戶或設備占用過多的帶寬和資源導致其他用戶或設備受到影響。
  • 計費和成本控制:監(jiān)控網絡流量可以幫助提供網絡服務的機構或企業(yè)對用戶的網絡使用情況進行計費和成本控制,確保網絡資源的合理利用和節(jié)約成本。
  • 故障排查和問題定位:通過監(jiān)控網絡流量,可以及時發(fā)現(xiàn)網絡故障、問題和異常,輔助管理員進行故障排除和問題定位,以減少網絡停機時間和降低維護成本。

總而言之,監(jiān)控網絡流量可以提高網絡性能、保障網絡安全、管理網絡資源、控制成本和故障排查,對于維護良好的網絡運行非常重要。

有哪些專門的工具和技術分析網絡流量

要實現(xiàn)Linux上的網絡流量分析,可以使用一些專門的工具和技術。下面是一些常用的方法和原理:

  • 使用抓包工具:在Linux上,可以使用像tcpdump、Wireshark這樣的抓包工具來捕獲網絡數(shù)據(jù)包。這些工具可以監(jiān)聽網絡接口,并將捕獲到的數(shù)據(jù)包保存到文件中進行分析。
  • 使用流量監(jiān)控工具:像ntop、iftop、bmon等工具可以實時監(jiān)控網絡接口的流量情況,并提供統(tǒng)計信息和圖形化展示。
  • 分析捕獲的數(shù)據(jù)包:捕獲到的數(shù)據(jù)包可以使用Wireshark等工具進行解析和分析。Wireshark可以顯示捕獲的數(shù)據(jù)包的詳細信息,如源IP地址、目的IP地址、協(xié)議類型、端口等,并提供過濾機制來篩選感興趣的數(shù)據(jù)。
  • 使用流量分析工具:除了抓包工具和流量監(jiān)控工具,還有一些專門用于網絡流量分析的工具,如tcpflow、Bro等。這些工具可以解析并分析網絡流量中的各種協(xié)議,提供更深入的網絡流量分析功能。

這些工具的實現(xiàn)原理都涉及到網絡協(xié)議、socket編程、數(shù)據(jù)包的捕獲和解析等知識。具體來說,抓包工具通過監(jiān)聽網絡接口,將接收到的數(shù)據(jù)包保存到文件中;流量監(jiān)控工具通過讀取接口的流量數(shù)據(jù)并進行統(tǒng)計和展示;數(shù)據(jù)包分析工具和流量分析工具則依靠網絡協(xié)議和數(shù)據(jù)包的解析來提供更深入的分析功能。

總體來說,實現(xiàn)網絡流量分析需要一定的網絡知識和編程技巧,同時需要使用相關工具和技術進行數(shù)據(jù)的捕獲、解析和分析。

在Linux文件系統(tǒng)的/proc目錄下分析網絡流量

在Linux文件系統(tǒng)的/proc目錄下,可以找到一些與網絡流量相關的信息。以下是一些常見的文件和目錄:

/proc/net/dev:這個文件提供了網絡設備的收發(fā)網絡流量統(tǒng)計信息,包括每個網絡接口的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)量、錯誤統(tǒng)計、丟棄的數(shù)據(jù)包數(shù)量等。

使用cat或者less命令:你可以使用cat或者less命令來查看/proc下的文件內容,例如:cat /proc/net/dev可以查看網絡設備的收發(fā)網絡流量統(tǒng)計信息。

使用awk或者sed命令進一步處理:你可以使用awk或者sed命令來處理和過濾數(shù)據(jù),例如:cat /proc/net/dev | awk '{print $1, $2}'可以只打印出網絡設備名稱和接收流量的統(tǒng)計值.

/proc/net/tcp:這個文件提供了當前TCP連接的詳細信息,包括本地和遠程IP地址、端口號,連接狀態(tài),以及一些統(tǒng)計信息。
使用grep命令篩選:你可以使用grep命令來篩選你感興趣的信息,例如:grep "ESTABLISHED" /proc/net/tcp可以查看當前所有TCP連接中狀態(tài)為ESTABLISHED的連接信息。

/proc/net/udp:類似于/proc/net/tcp文件,提供了當前UDP連接的詳細信息。

/proc/net/raw:提供了當前原始套接字(RAW socket)的相關信息,包括本地和遠程IP地址、協(xié)議類型等。

/proc/net/snmp:提供了簡單網絡管理協(xié)議(SNMP)相關的統(tǒng)計信息,包括接口、IP、TCP、UDP等各層的統(tǒng)計信息。

/proc/net/ip_conntrack:如果系統(tǒng)啟用了連接跟蹤(conntrack)功能,這個文件提供了關于當前連接的跟蹤信息,包括連接狀態(tài)、源IP地址、目的IP地址、端口號等。

這些文件提供了一些基本的網絡流量統(tǒng)計和連接信息,可以通過讀取這些文件進行分析和監(jiān)控。想要更加深入和詳細地分析網絡流量,則需要使用更專業(yè)的網絡流量分析工具。

Linux C/C++ 網絡流量分析

代碼中網絡流量分析是一個用于網絡統(tǒng)計的命令行工具,用于監(jiān)視系統(tǒng)網絡接口的流量、帶寬使用情況以及與網絡相關的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。它可以提供網絡傳輸?shù)母鞣N統(tǒng)計信息,包括數(shù)據(jù)包的數(shù)量、字節(jié)數(shù)、錯誤、丟包等。

/*
 * 接口統(tǒng)計信息
 */
typedef struct nic_stats {
	struct timeval tv;		/* tv_sec, tv_usec */
	uint64_t rbytes;		/* total read bytes */
	uint64_t wbytes;		/* total written bytes */
	uint64_t rpackets;		/* total read packets */
	uint64_t wpackets;		/* total written packets */
	uint64_t ierr;			/* total input errors */
	uint64_t oerr;			/* total output errors */
	uint64_t coll;			/* total collisions */
	uint64_t nocp;			/* total nocanput */
	uint64_t defer;			/* total defers */
	uint64_t sat;			/* saturation value */
} nicstats_t;
/*
 * print_header - 打印標題行
 */
static void
print_header(void)
{
	if (g_style)
		(void) printf("%8s %5s %14s %14s\n",
		    "Time", "Int", "rKb/s", "wKb/s");
	else
		(void) printf(
		    "%8s %5s %7s %7s %7s %7s %7s %7s %7s %7s\n",
		    "Time", "Int", "rKb/s", "wKb/s", "rPk/s",
		    "wPk/s", "rAvs", "wAvs", "%Util", "Sat");
}
static int split_ifname(char *if_name, char *drv, uint32_t *instance)
{
...
	n = 0;
	for (p = if_name; *p; p++)
		n++;
	if (n <= 1)
		return (B_FALSE);
	m = n;
	for (p--; isdigit(*p); p--)
		n--;
	if (m == n || n == 0)
		return (B_FALSE);
	(void) strncpy(drv, if_name, n);
	drv[n] = '\0';
	*instance = (uint32_t)atol(++p);
...
}
...
static void update_ksp_by_type(kstat_t **kspp, uint32_t types, char *name)
{
...
	if (types & KS_LINK) 
	{
		*kspp = fetch_ksp("link", 0, name);
		return;
	}
	(void) split_ifname(name, drv, &instance);
	if (types & KS_DRV_MAC) 
	{
		*kspp = fetch_ksp(drv, instance, "mac");
		return;
	}
	if (types & KS_DIN) 
	{
		*kspp = fetch_ksp(drv, instance, name);
		return;
	}
	if (types & KS_DRV) {
		*kspp = fetch_ksp(drv, instance, NULL);
		return;
	}
	if (types & KS_NAME) {
		*kspp = fetch_ksp(name, -1, NULL);
		return;
	}
	...
}
static void update_stats(void)
{
...
	(void) gettimeofday(&now_tv, NULL);
	if (g_tcp) 
	{
		/* 更新TCP統(tǒng)計信息 */
		if (g_new_kstat_chain) 
		{
			g_tcp_ksp = kstat_lookup(g_kc, "tcp", -1, "tcp");
			if (! g_tcp_ksp)
				die(1, "kstat_lookup");
		}
		if (kstat_read(g_kc, g_tcp_ksp, NULL) < 0)
			die(1, "kstat_read");
		g_tcp_new->tv.tv_sec = now_tv.tv_sec;
		g_tcp_new->tv.tv_usec = now_tv.tv_usec;
		TCP_UPDATE(inDataInorderSegs, "inDataInorderSegs");
		TCP_UPDATE(outDataSegs, "outDataSegs");
		TCP_UPDATE(inDataInorderBytes, "inDataInorderBytes");
		TCP_UPDATE(inDataUnorderSegs, "inDataUnorderSegs");
		TCP_UPDATE(inDataUnorderBytes, "inDataUnorderBytes");
		TCP_UPDATE(outDataBytes, "outDataBytes");
		TCP_UPDATE(estabResets, "estabResets");
		TCP_UPDATE(outRsts, "outRsts");
		TCP_UPDATE(attemptFails, "attemptFails");
		TCP_UPDATE(retransBytes, "retransBytes");
		TCP_UPDATE(passiveOpens, "passiveOpens");
		TCP_UPDATE(activeOpens, "activeOpens");
		TCP_UPDATE(halfOpenDrop, "halfOpenDrop");
		TCP_UPDATE(listenDrop, "listenDrop");
		TCP_UPDATE(listenDropQ0, "listenDropQ0");
	}
	if (g_udp) 
	{
		/* 更新UDP統(tǒng)計信息 */
		if (g_new_kstat_chain) 
		{
			g_udp_ksp = kstat_lookup(g_kc, "udp", -1, "udp");
			if (! g_udp_ksp)
				die(1, "kstat_lookup");
		}
		if (kstat_read(g_kc, g_udp_ksp, NULL) < 0)
			die(1, "kstat_read");
		g_udp_new->tv.tv_sec = now_tv.tv_sec;
		g_udp_new->tv.tv_usec = now_tv.tv_usec;
		UDP_UPDATE(inDatagrams, "inDatagrams");
		UDP_UPDATE(outDatagrams, "outDatagrams");
		UDP_UPDATE(inErrors, "inErrors");
		UDP_UPDATE(outErrors, "outErrors");
	}
	if (g_style == STYLE_NONE && ! g_list)
		return;
	/* 更新接口統(tǒng)計信息 */
	for (nicp = g_nicdatap; nicp; nicp = nicp->next) 
	{
		if (! (nicp->flags & NIC_UP))
			/* 鏈接未打開 */
			continue;
		if (g_nonlocal && (nicp->flags & NIC_LOOPBACK))
			continue;
		if (! (nicp->flags & NIC_OK_UPDATED))
			if (kstat_read(g_kc, nicp->op_ksp, NULL) < 0)
				die(1, "kstat_read");
		/* 保存網絡值 */
		nicp->new.tv.tv_sec = now_tv.tv_sec;
		nicp->new.tv.tv_usec = now_tv.tv_usec;
		nicp->new.rbytes =
			fetch6432(nicp->op_ksp, "rbytes64", "rbytes", 0);
		nicp->new.wbytes =
			fetch6432(nicp->op_ksp, "obytes64", "obytes", 0);
		nicp->new.rpackets =
			fetch6432(nicp->op_ksp, "ipackets64", "ipackets", 0);
		nicp->new.wpackets =
			fetch6432(nicp->op_ksp, "opackets64", "opackets", 0);
		switch (g_style) 
		{
		case STYLE_EXTENDED_PARSEABLE:
		case STYLE_EXTENDED:
			nicp->new.ierr = fetch32(nicp->op_ksp, "ierrors", 0);
			nicp->new.oerr = fetch32(nicp->op_ksp, "oerrors", 0);
			/*FALLTHROUGH*/
		case STYLE_FULL:
		case STYLE_SUMMARY:
			nicp->new.coll = fetch32(nicp->op_ksp, "collisions",
				0);
			nicp->new.nocp = fetch_nocanput(nicp->op_ksp, 0);
			nicp->new.defer = fetch32(nicp->op_ksp, "defer_xmts",
				0);
			nicp->new.sat = nicp->new.defer + nicp->new.nocp +
				nicp->new.coll;
			nicp->new.sat += fetch32(nicp->op_ksp, "noxmtbuf", 0);
			break;
		}
		nicp->speed = fetch64(nicp->op_ksp, "ifspeed", 0);
		nicp->duplex = fetch32(nicp->op_ksp, "link_duplex", 0);
	}
...
}
static void load_snmp(FILE *snmp)
{
...
	/* 從/proc/net/snmp加載TCP和/或UDP統(tǒng)計信息 */
...
	while (remaining) 
	{
		p = fgets(buf, sizeof (buf), snmp);
		if (! p)
			break;
		if (g_tcp && strncmp("Tcp: RtoAlgorithm RtoMin RtoMax MaxConn "
				"ActiveOpens PassiveOpens AttemptFails "
				"EstabResets CurrEstab InSegs OutSegs "
				"RetransSegs InErrs OutRsts", p, 141) == 0) 
				{
			int n;
			n = fscanf(snmp, "Tcp: %lld %lld %lld %lld "
			    "%lld %lld %lld %lld %lld %lld "
			    "%lld %lld %lld %lld\n",
			    &ll[0], &ll[1], &ll[2], &ll[3],
			    &ll[4], &ll[5], &ll[6], &ll[7],
			    &ll[8], &ll[9], &ll[10], &ll[11],
			    &ll[12], &ll[13]);
			if (n == 14) 
			{
				g_tcp_new->inDataInorderSegs = ll[9];
				g_tcp_new->outDataSegs = ll[10];
				g_tcp_new->estabResets = ll[7];
				g_tcp_new->outRsts = ll[13];
				g_tcp_new->attemptFails = ll[6];
				/* Note: bytes */
				g_tcp_new->retransBytes = ll[11];
				g_tcp_new->passiveOpens = ll[5];
				g_tcp_new->activeOpens = ll[4];
			}
			remaining--;
		} 
		else if (g_udp && strncmp("Udp: InDatagrams NoPorts "
				"InErrors OutDatagrams RcvbufErrors "
				"SndbufErrors\n", p, 72) == 0) 
				{
			int n;
			n = fscanf(snmp, "Udp: %lld %lld %lld %lld "
			    "%lld %lld\n",
			    &ll[0], &ll[1], &ll[2], &ll[3],
			    &ll[4], &ll[5]);
			if (n == 6) 
			{
				g_udp_new->inDatagrams = ll[0];
				g_udp_new->outDatagrams = ll[3];
				g_udp_new->inErrors = ll[2]; /* + ll[4]? */
				g_udp_new->outErrors = ll[5];
			}
			remaining--;
		}
	}
}
...
static void update_timestr(time_t *tptr)
{
...
	if (tptr)
		t = *tptr;
	else
		t = time(NULL);
	tm = localtime(&t);
	(void) strftime(g_timestr, sizeof (g_timestr), "%H:%M:%S", tm);
}
static void sleep_for(hrtime_t period, hrtime_t start_n)
{
...
	do 
	{
		pause_tv.tv_sec = pause_n / NANOSEC;
		pause_tv.tv_nsec = pause_n % NANOSEC;
		status = nanosleep(&pause_tv, (struct timespec *)NULL);
		if (status < 0)
			if (errno == EINTR)
			 {
				now_n = gethrtime();
				pause_n = start_n + period - now_n;
				if (pause_n < 100)
					return;
			}
			 else 
			{
				...
			}
	} while (status != 0);
}
...

If you need the complete source code, please add the WeChat number (c17865354792)

運行結果:

Time列:表示當前采樣的響應時間.

Int: 網卡名稱.

rKB/s : 每秒接收到千字節(jié)數(shù).

wKB/s : 每秒寫的千字節(jié)數(shù).

rPk/s : 每秒接收到的數(shù)據(jù)包數(shù)目.

wPk/s : 每秒寫的數(shù)據(jù)包數(shù)目.

rAvs : 接收到的數(shù)據(jù)包平均大小.

wAvs : 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包平均大小.

%Util : 網卡利用率(百分比).

Sat : 網卡每秒的錯誤數(shù).網卡是否接近飽滿的一個指標.嘗試去診斷網絡問題的時候,推薦使用-x選項去查看更多的統(tǒng)計信息.

這將顯示ens33接口的流量、帶寬使用情況以及其他統(tǒng)計數(shù)據(jù):

監(jiān)控所有網絡接口的統(tǒng)計信息,同時顯示TCP和UDP連接相關的統(tǒng)計信息:

總結

網絡流量分析需要一定的技術知識和經驗,但通過學習和實踐,我們可以掌握這個技能,更好地管理和維護網絡環(huán)境。

以上就是Linux C/C++實現(xiàn)網絡流量分析工具的詳細內容,更多關于C/C++網絡流量分析的資料請關注腳本之家其它相關文章!

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