電視臺(tái)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究

王昕光

（吉林電視臺(tái)，吉林 長春 130000）

1 有線電視臺(tái)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的概念論述

有線電視臺(tái)的網(wǎng)路安全，不同于一般單位可以通過 防火墻等系統(tǒng)避免網(wǎng)絡(luò)攻擊等網(wǎng)絡(luò)防護(hù)，其網(wǎng)絡(luò)安全主要是通過監(jiān)控非法信息發(fā)布于內(nèi)容受控訪問等措施實(shí)現(xiàn)的，這些特殊要求不容易通過通用軟件解決。本文結(jié)合電視臺(tái)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)用于監(jiān)視有線電視臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全的軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用嗅探器原理對(duì)網(wǎng)絡(luò)上所有信息進(jìn)行監(jiān)視，捕獲網(wǎng)絡(luò)上所有數(shù)據(jù)并通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議分析后解析其信息，把解析出的信息在監(jiān)視端上顯示，以此達(dá)到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理的目的。

以太協(xié)議是目前局域網(wǎng)普遍使用的協(xié)議，其工作方式是：對(duì)所有互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)機(jī)的主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包中含有對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行接收的主機(jī)的正確地址。只有與數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)相匹配的主機(jī)才能對(duì)其進(jìn)行接收。但是，如果主機(jī)在被監(jiān)聽的狀態(tài)下，將會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行接收并且忽略數(shù)據(jù)包中的目標(biāo)地址。

在使用以太網(wǎng)的局域網(wǎng)中，主機(jī)將電纜和集線器連接在一起，當(dāng)兩臺(tái)主機(jī)處于局域網(wǎng)通信的狀態(tài)下，目的主機(jī)直接接收源主機(jī)內(nèi)寫有目的的主機(jī)地址的數(shù)據(jù)包。對(duì)于IP 層來說，這種數(shù)據(jù)包是不允許被直接發(fā)送的。必須由因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議中 的IP 層交給網(wǎng)絡(luò)接口，即數(shù)據(jù)鏈路層。而IP 地址不能對(duì)網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行識(shí)別，所以一部分以太幀頭的信息又傳送到網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)包之中。識(shí)別網(wǎng)絡(luò)接口的源主機(jī)和目的主機(jī)的物理地址組成了幀頭中存在的兩個(gè)域，這是一個(gè)四十八位的地址且與IP 地址相適應(yīng)。

局域網(wǎng)中數(shù)據(jù)的傳輸工程過程是：物理線路通過網(wǎng)卡接收擁有物理地址的幀，可以在電纜上傳輸數(shù)字信號(hào)，使其可以到達(dá)線路上的每臺(tái)主機(jī)中。當(dāng)集成器處于工作狀態(tài)，集線器上每臺(tái)主機(jī)都可以接收到數(shù)字信號(hào)。當(dāng)一臺(tái)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接口接收到數(shù)字信號(hào)的時(shí)候，一般情況下，數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)絡(luò)接口處被讀取并對(duì)其進(jìn)行檢查，如果數(shù)據(jù)幀攜帶的物理地址是屬于自己的地址或者是一條廣播地址，那么就有上層協(xié)議軟件“接收”數(shù)據(jù)幀，即處于IP 層的軟件，否則會(huì)丟失該幀。

網(wǎng)絡(luò)接口的工作有以下幾種方式：廣播、多播、直接和混雜模式。在混雜模式下工作的網(wǎng)絡(luò)接口，可以接收流過網(wǎng)絡(luò)接口的幀。在這種模式下，信包捕獲程序開始運(yùn)行。廣播模式和直接模式共同構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)接口的缺省工作模式。其對(duì)發(fā)給自己的幀都不會(huì)被網(wǎng)絡(luò)接口丟棄而由上層協(xié)議軟件進(jìn)行處理，這樣就可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行監(jiān)視和捕獲。

2 電視臺(tái)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 電視臺(tái)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)主要包含兩個(gè)模塊：捕獲數(shù)據(jù)包和分析數(shù)據(jù)包，系統(tǒng)基本流程：開始→獲取本地網(wǎng)卡信息→打開設(shè)備，把網(wǎng)卡設(shè)置成混雜模式→獲取網(wǎng)絡(luò)包→分析捕獲的數(shù)據(jù)包→釋放空間，關(guān)閉網(wǎng)卡→結(jié)束。

2.2 電視臺(tái)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)步驟

第一，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，使用原始套接字設(shè)置網(wǎng)卡為混雜工作模式。在創(chuàng)建了原始套接字后，需要通過setsockopt 函數(shù)來設(shè)置IP 頭操作選項(xiàng)，接著在通過bind 函數(shù)將原始套接字綁定本地網(wǎng)卡。為了讓原始套接字可以接收所有的數(shù)據(jù)，還需要通過ioctlsocket 函數(shù)來進(jìn)行設(shè)置，而且還可以指定是否親自處理IP 頭。實(shí)際上就是能對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包進(jìn)行捕獲了，對(duì)數(shù)據(jù)包的捕獲可以想流式套接字或數(shù)據(jù)報(bào)套接字那樣通過recy 函數(shù)來完成。

使用Winpcap 來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)包細(xì)節(jié)的捕獲，Winpcap 是由伯克利分組捕獲庫派生而來的分組捕獲庫，他是在Windows 操作平臺(tái)上來實(shí)現(xiàn)對(duì)底層包的截取過濾。

第二，利用Winpcap 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的捕獲和過濾的設(shè)計(jì)步驟：（1）應(yīng)用pcap_findalldevs 函數(shù)枚舉本機(jī)網(wǎng)卡的信息；（2）打開網(wǎng)卡，并設(shè)為混雜模式；（3）回調(diào)函數(shù)Network Tap 在得到監(jiān)聽命令后，從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序處手機(jī)數(shù)據(jù)包，并把監(jiān)聽到的數(shù)據(jù)包負(fù)責(zé)傳送給過濾程序；（4）當(dāng)Packet filter 監(jiān)聽到有數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)，NDIS 中間驅(qū)動(dòng)程序首先調(diào)用分組驅(qū)動(dòng)程序，該程序?qū)?shù)據(jù)傳遞給每一個(gè)參與進(jìn)程的分組過濾程序；（5）然后由Packet filter 過濾程序決定哪些數(shù)據(jù)包應(yīng)該丟棄，哪些數(shù)據(jù)包應(yīng)該接收，是否需要將接收到的數(shù)據(jù)拷貝到相應(yīng)的應(yīng)用程序；（6）通過分組過濾器后，將數(shù)據(jù)未過濾掉的數(shù)據(jù)包提交給核心緩沖區(qū)，然后等待系統(tǒng)緩沖區(qū)滿后，再將數(shù)據(jù)包拷貝到用戶緩沖區(qū)，監(jiān)聽程序可以直接從用戶緩沖區(qū)中讀取捕獲數(shù)據(jù)包；（7）關(guān)閉網(wǎng)卡。

第三，協(xié)議分析模塊的實(shí)現(xiàn)。這時(shí)候捕獲到的數(shù)據(jù)包不僅僅是單純的數(shù)據(jù)信息，而是包含了IP 頭、TCP 頭等信息頭的最原始的數(shù)據(jù)信息，這些信息保留了它在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)。因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)是經(jīng)過了網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的打包，需要根據(jù)其附加的數(shù)據(jù)段頭對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)在從應(yīng)用層到達(dá)傳輸層，將添加TCP 數(shù)據(jù)段頭或者UDP 數(shù)據(jù)斷頭，在網(wǎng)絡(luò)層，還要給TCP 包頭添加一個(gè)IP 數(shù)據(jù)段頭組成IP 數(shù)據(jù)報(bào)，由于本課題主要是以網(wǎng)絡(luò)層上的一層的角度分析數(shù)據(jù)包，所以只需考慮數(shù)據(jù)被加了TCP 數(shù)據(jù)斷頭或者UDP 數(shù)據(jù)斷頭的情況，其中UDP 數(shù)據(jù)斷頭比較簡單，由一個(gè)8 字節(jié)的頭和數(shù)據(jù)部分組成，而TCP數(shù)據(jù)段 頭比較復(fù)雜，以20 個(gè)固定字節(jié)開始，在固定頭后面還可以有一些長度不固定的可選項(xiàng)，所以在設(shè)計(jì)過程中，選擇將所有的頭均看成20 個(gè)字節(jié)，判斷過程中，如果是TCP 段頭，直接進(jìn)行處理，20 個(gè)字節(jié)均被解包在數(shù)據(jù)段頭中，如果是UDP 段頭，就按照8 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)段頭處理，其他12 個(gè)按照空處理，不進(jìn)行分析。這樣，在參數(shù)傳遞過程中，包頭就按2O 個(gè)字節(jié)的常量進(jìn)行處理。協(xié)議分析模塊按照各層協(xié)議的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)把數(shù)據(jù)包一層一層的解析就可以了。

3 總結(jié)

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)而言，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)全網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容進(jìn)行有效監(jiān)控，從而成為有線電視臺(tái)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方面的監(jiān)控輔助工具。這種功能的實(shí)現(xiàn)有一定的實(shí)際使用價(jià)值。目前，人工參與識(shí)別信息還在該系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)用，但隨著模式識(shí)別和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘的技術(shù)日漸成熟，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻和音頻信息的自動(dòng)識(shí)別和全自動(dòng)預(yù)警，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約人力成本的目的。

［1］郭強(qiáng)，王志強(qiáng).有線電視臺(tái)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國有線電視：社會(huì)科學(xué)版，2009，10:1061-1063.

［2］呂倩，譚邦.網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].南華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，S1:89-93.

［3］曹曉梅，王能.層次式網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)視系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2009，08:114-116.