前面讲述了使用tcpdump和wireshark抓WIFI包，但这只是使用工具的层面，再深一层则是自己写代码实现这个功能。本文在前面文章《Linux系统有线网络抓包程序》的基础上添加实现无线网络的抓包功能。
首先要介绍ieee802.11的帧格式，只有知道帧格式才能正确解析对应字段，拿到我们感兴趣的信息。其次介绍Linux raw socket编程抓包。最后解析ieee802.11数据包，从而获取到MAC地址。实际上，从数据包中可以得到很多信息，这些信息就是后续需要继续进行的事了。
一、ieee802.11帧格式
ieee802.11帧格式如下图所示：
上图来自ieee802.11标准文档《802.11-2012.pdf》的8.2.3小节。它比802.3以太帧不同。帧类型有很三大类：数据帧、管理帧、控制帧。每种类型帧又分很多种“子帧”。在手机WIFI开启扫描热点、连接热点、过程主要涉及管理帧。手机或PC在开启WIFI时，会向周边发出probe request帧(子帧类型为4)，热点会回应probe response帧(子帧类型为5)，其中probe request帧头部包含了手机MAC号信息。抓到此包，就能解析出手机MAC号了。不同的帧的Frame Body不同，但这不是本文关注的重点。关于帧类型，具体参考ieee802.11标准文档8.2.4.1.3 (Type and Subtype fields)小节。
二、C实现socket抓包
Linux系统抓包使用SOCK_RAW方式，类型为ETH_P_ALL(表示抓取所有类型的帧，不管是IP帧还是ARP帧)。下面给出代码重要函数代码片段。为减小文章篇幅，保留主要代码函数，至于完整代码，请参阅文章后面的附录。
1、设置混杂模式
抓包工具都会开启混杂模式(promisc)，下面是代码：
// 混杂模式
bool set_promisc_mode(const char* eth, bool promisc)
{
int org_errno = 0;
int fd;
struct ifreq ifreq;
if ((fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)
return false;
memset(&ifreq, 0, sizeof(ifreq));
strncpy(ifreq.ifr_name, eth, IF_NAMESIZE - 1);
ioctl(fd, SIOCGIFFLAGS, &ifreq);
// check if eth is up
if (!(ifreq.ifr_flags & IFF_UP))
{
printf("%s is not up yet.\n", eth);
return false;
}
if (promisc)
ifreq.ifr_flags |= IFF_PROMISC;
else
ifreq.ifr_flags &= ~IFF_PROMISC;
ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifreq);
if (close(fd))
return false;
return true;
}
2、初始化socket
初始化socket包括创建RAW socket，绑定指定网卡。
int init_socket(const char* eth)
{
int ret = 0;
int fd = -1;
// 混杂模式
if (!set_promisc_mode(eth, true))
{
//printf("set %s to promisc mode failed.\n", eth);
return -1;
}
// 注意与下面绑定时协议一致
fd = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL));
// 绑定网卡
struct ifreq req;
strcpy(req.ifr_name, eth);
ioctl(fd, SIOCGIFINDEX, &req);
struct sockaddr_ll addr;
addr.sll_family = PF_PACKET;
addr.sll_ifindex = req.ifr_ifindex;
addr.sll_protocol = htons(ETH_P_ALL);
ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(struct sockaddr_ll));
return fd;
}
3、获取网卡信息
int get_hwinfo(int fd, char* eth, unsigned char* mac)
{
struct ifreq ifr;
memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
strncpy(ifr.ifr_name, eth, IFNAMSIZ - 1);
ifr.ifr_name[IFNAMSIZ - 1] = '\0';
if (ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, &ifr) < 0)
{
printf("Could not get arptype\n");
return -1;
}
printf("ARPTYPE %d\n", ifr.ifr_hwaddr.sa_family);
memcpy(mac, ifr.ifr_hwaddr.sa_data, 6);
return ifr.ifr_hwaddr.sa_family;
}
注意，函数返回的sa_family十分重要，它是判断抓取的帧类型的依据。跟踪SIOCGIFHWADDR调用过程，发现内核驱动将dev->dev_addr赋值给ifr->ifr_hwaddr.sa_data，而dev->type赋值给ifr->ifr_hwaddr.sa_family。
4、接收数据
一般网络接收数据都会使用select模型，使用recv即可收到内核传递的数据。
int receive_packet(int socket)
{
int ret = 0;
struct timeval tv;
static fd_set read_fds;
tv.tv_sec = 0;
tv.tv_usec = 100;
FD_ZERO(&read_fds);
FD_SET(socket, &read_fds);
ret = select(socket+1, &read_fds, NULL, NULL, &tv);
if (ret == -1 && errno == EINTR) /* interrupted */
return -1;
if (ret == 0)
return -1;
else if (ret < 0)
return -1;
if (FD_ISSET(socket, &read_fds))
{
memset(buffer, '\0', BUFFER_SIZE);
ret = recv(socket, buffer, BUFFER_SIZE, MSG_DONTWAIT);
if (ret <= 0)
return -1;
//printf("--recv len: %d\n", ret);
if (debug_level)
{
dump(buffer, ret);
printf("====================\n");
}
if (arphrd == 1)
parse_packet(buffer, ret); // ieee802.3包
else if (arphrd == 802 || arphrd == 803) // ieee802.11包
parse_packet_wlan(buffer, ret);
}
return 0;
}
函数最后根据arphrd类型调用不同的解析函数。这样就能在同一个程序中把有线网络、无线网络抓包合二为一了。但本文只针对无线网络包解析，即函数parse_packet_wlan。
三、解析
下图是笔者手机发的probe request帧截图(使用tcpdump抓包，再用wireshark查看)。
其中第一部分是radiotap头部，第二部分是probe request头部，第三部分是probe request的frame body。本文只关心第二部分的MAC地址。其它跳过忽略。
1、radiotap头部
radiotap包含大量有用信息，比如SSI信号强度。但我们暂时不需要，直接跳过。它的结构体定义如下：
// radiotap头部
// radiotap官网：http://www.radiotap.org/
struct ieee80211_radiotap_header {
uint8_t it_version; /* set to 0 */
uint8_t it_pad;
uint16_t it_len; /* entire length */
uint32_t it_present; /* fields present */
} __attribute__((__packed__));
其中的it_len成员表示整个radiotap头部的大小。因此在代码中直接使用it_len作偏移量计算出ieee802.11头部地址。
2、ieee802.11头部
ieee802.11头部结构体如下：
// 802.11帧头
struct wlan_frame {
uint16_t fc;
uint16_t duration;
uint8_t addr1[6];
uint8_t addr2[6];
uint8_t addr3[6];
uint16_t seq;
union {
uint16_t qos;
uint8_t addr4[6];
struct {
uint16_t qos;
uint32_t ht;
} __attribute__ ((packed)) ht;
struct {
uint8_t addr4[6];
uint16_t qos;
uint32_t ht;
} __attribute__ ((packed)) addr4_qos_ht;
} u;
} __attribute__ ((packed));
从前面的图示知道，addr1为接收方(Receiver)MAC地址，addr2为发送者(Transmitter)MAC地址，addr3为BSSID。不同类型的帧，Receiver和Transmitter不同，对于probe request类型帧来说，Transmitter地址即为所需要的MAC号——因为probe都是广播，目标地址都是ff。
下面是解析ieee802.11的函数代码：
int parse_packet_wlan(const char* buffer, int len)
{
int hdrlen = 0;
uint16_t fc = 0;
uint8_t* ra = NULL;
uint8_t* ta = NULL;
uint8_t* bssid = NULL;
struct ieee80211_radiotap_header* radiotap_header = NULL;
struct wlan_frame* wh = NULL;
if (buffer == NULL)
{
return -1;
}
radiotap_header = (struct ieee80211_radiotap_header*)buffer;
// it_len表示整个radiotap信息，包括头部，因此直接跳过到ieee80211头部
int radiotap_len = radiotap_header->it_len;
wh = (struct wlan_frame*)(buffer+radiotap_len);
fc = le16toh(wh->fc); // 传输格式为little endian，要转换成host格式
int wlan_type = (fc & 0xfc);
int type = (fc & 0xc)>>2;
int stype = (fc & 0xf0)>>4;
//printf("fc:0x%x wlan_type 0x%x - type 0x%x - stype 0x%x \n", fc, wlan_type, type, stype);
// 数据帧
if (type == 0x02)
{
}
// 控制帧
else if (type == 0x01)
{
}
// 管理帧
else if (type == 0x0)
{
if (stype == 0x04) // probe帧
{
ra = wh->addr1;
ta = wh->addr2;
bssid = wh->addr3;
if (ta)
printf("SRC MAC: [" MACFMT "] --> ", MAC2ADDR(ta));
if (ra)
printf("DST MAC: [" MACFMT "]", MAC2ADDR(ra));
if (bssid)
printf(" BSSID MAC: [" MACFMT "]", MAC2ADDR(bssid));
printf("\n");
}
}
else
{
printf("unknown frame.\n");
return -1;
}
return 0;
}
看上去十分简单，因为我们只需要其中一种帧的MAC地址信息，其它一概忽视。
下图是扫描probe得到的MAC地址，并且根据OUI查出MAC所属组织名称(代码需修改)：
修改后的版本演示结果如下(代码需修改)：
PS：本文所述代码工程将会不断完善，并择机上传至github。
附代码：
李迟 2016.11.01 夜
