tcpdump使用实例——基于ip统计流量

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tcpdump使用实例——基于ip统计流量

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tcpdump - dump traffic on a network

问题：基于ip统计流量。

硬件：学校集群

难点：

1.当使用高速网卡(千兆或IB)并且网卡满负荷时丢包率如何

2.程序的cpu占用率如何

3.日志文件过大

方案及分析：

1.抓包的实现方式有多种，如用libpcap库、采用零拷贝方式、使用PF_RING接口、直接使用系统函数

我看了一些文章并测试了netsniff-ng程序(基于零拷贝)，我认为零拷贝方式效率最高，丢包率最低。但是我

测试tcpdump时发现其效率也较高(测试时网卡几乎满负荷)，并且几乎没有丢包，又由于其方便使用等其他

因素最终选用tcpdump。

2.测试tcpdump抓包时cpu占用率4%左右

3.tcpdump由于记录每个数据包，虽然我们可以限制每个包记录的字节数(-s选项)，但是由于网卡满负荷，

所以包的数量格外大。 如下，60秒已经抓到748168个包，导致pcap文件也格外大

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Number of packets: 748168

File size: 58394582 bytes

Data size: 3900660165 bytes

Capture duration: 59.963470 seconds

 　　因此，我使用-G选项每分钟记录一个pcap文件然后自己统计删减其中数据，最后删掉该pcap文件。即每分钟

生成一个如下的文件（时间间隔可以根据需要改）

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

File name: /public/home/wangvsa/software/tcp-audit/2012-07-16,12:54:54.pcap File encapsulation: Ethernet Number of packets: 748168 File size: 58394582 bytes Data size: 3900660165 bytes Capture duration: 59.963470 seconds Start time: Mon Jul 16 12:54:53 2012 End time: Mon Jul 16 12:55:53 2012 Data rate: 65050607.75 bytes/s Data rate: 520404861.98 bits/s     IPv4 total packet:   748037        source ip  port   dir            dest ip  port   proto   flow  10. 10. 10. 61:  9090    >     10. 10. 10. 49: 27884    tcp 1793   0.  0.  0.  0:    68    >    255.255.255.255:    67    UDP 5310  10. 10. 10. 49:     -    >     10. 10. 10. 62:     -    ICMP    234  10. 10. 10. 49:    22    >     10. 10. 10. 61: 47051    tcp 117124  10. 10. 10. 48: 38906    >     10. 10. 10. 49: 16797    tcp 44288974  10. 10. 10. 48: 64468    >     10. 10. 10. 49: 45094    tcp 171  10. 10. 10. 61: 47051    >     10. 10. 10. 49:    22    tcp 5406  10. 10. 10. 49: 27884    >     10. 10. 10. 61:  9090    tcp 2112  10. 10. 10. 49: 45094    >     10. 10. 10. 48: 64468    tcp 108  10. 10. 10. 62:     -    >     10. 10. 10. 49:     -    ICMP    234  10. 10. 10. 49: 16797    >     10. 10. 10. 48: 38906    tcp 3856230180

具体实现：

1.编写针对pcap文件的统计脚本(如果对效率要求高可以写成c语言程序)，共两个文件tcp-audit.sh 和

tcp-reduce.sh。在tcp-audit.sh中调用了tcp-reduce.sh，自己不要直接调用。

先看tcp-audit.sh，这个文件从ready.txt中读取内容，每一行都是一个要统计的pcap文件的文件名，稍后

讨论如何得到的ready.txt文件。

#!/bin/bash
# tcp-audit.sh
# 读取ready.txt文件，每次读取一行
# 将其内容作为参数传给tcp-reduce.sh
# 执行完后删除该行

DIR="/home/wangchen/shell_ex/"

while read line
do
    # tcp-reduce.sh处理
    $DIR/tcp-reduce.sh ${line}
    # 删除该pcap文件
    rm $DIR/${line}
    # 删除该行
    sed -i '1d' $DIR/ready.txt
done < $DIR/ready.txt

再看tcp-reduce.sh，这个脚本完成了所有的统计操作并且输出到日志文件中。这个脚本中使用了grep和sed命令

来格式话pcap文件的输出方便之后awk程序的使用。还是用了capinfos这个程序提供的一些分析数据。

注：tcpdump 和 capinfos 版本不同，其参数选项要注意修改。如capinfos 的-x在旧版本中是用-i

#!/bin/bash
# tcp-reduce.sh
DIR="/home/wangchen/shell_ex"

# 根据pcap文件名构造出日志文件名(以时间命名)
tmp1=$*
tmp2=(${tmp1//./ })
LOG_FILE_NAME=${tmp2[0]}".log"

# 输出文件信息，即网卡信息
capinfos -a -c -d -e -E -s -u -x -y $DIR/$* >> $DIR/$LOG_FILE_NAME

# 将tcpdump文件生成可读文本
# 由grep，sed执行过滤、替换处理后交给awk
# 使用awk语言处理数据行，统计基于ip的流量信息
tcpdump -q -n -e -t -r $DIR/$* \
| grep "IPv4" | sed 's/,/ /g; s/>/ /g; s/://g' \
| awk '

BEGIN {
    printf("\n")
}
{
    # $5:packet length
    # $6:source ip.port
    # $7:destination ip.port
    # $8:proto

    # array_flow是数组记录每个方向的流量
    # 其下标是数据传输方向(字符串)

    count++
    way = $6"."$7"."$8
    for(x in arr_total_flow)
    {
    if(way==x)
    {
        arr_total_flow[way] += $5
        next
    }
    }
    arr_total_flow[way] = $5
}

END {
    printf("\nIPv4 total packet:   %d\n",NR)
    printf("%16s%6s%6s%19s%6s\tproto\tflow\n","source ip","port","dir","dest ip","port")
    for(x in arr_total_flow)
    {
    # 格式化输出
    split(x,chunks,".")
    if(chunks[9]=="ICMP")
    {
        printf("%3s.%3s.%3s.%3s:%6s    >    %3s.%3s.%3s.%3s:%6s\t%s\t%d\n",
        chunks[1],chunks[2],chunks[3],chunks[4],"-",        # 源地址 : 端口
        chunks[5],chunks[6],chunks[7],chunks[8],"-",        # 目的地址 : 端口
        chunks[9],arr_total_flow[x])                　　　　 # 协议 总流量
    }
    else
    {
        printf("%3s.%3s.%3s.%3s:%6s    >    %3s.%3s.%3s.%3s:%6s\t%s\t%d\n",
        chunks[1],chunks[2],chunks[3],chunks[4],chunks[5],     # 源地址 : 端口
        chunks[6],chunks[7],chunks[8],chunks[9],chunks[10],    # 目的地址 : 端口
        chunks[11],arr_total_flow[x])                　　　　　　# 协议 总流量
    }
    }
}
' >> $DIR/$LOG_FILE_NAME

2.接下来就是如何运行的问题，首先用root权限执行tcpdump抓包程序，我使用的命令如下：

sudo cpdump -i eth3 -s 84 -G 60 -z ./tcp-add.sh -w %F,%T.pcap

参数分析：-i eth3 在eth3上抓包； -s 84每个包最多记录84字节； -G 60 每60秒就在打开一个文件记录；

-z  ./tcp-add.sh配合-G使用，每次记录完一个文件后执行./tcp-add.sh脚本(后面讲这个脚本)

-w %F,%T.pcap 输出，文件名有时间组成%F表示年月日，%T表示时分秒，如2012-07-16,12:54:54.pcap

再来看这个tcp-add.sh，这个脚本十分简单，实际就是将刚才的记录完的pcap文件名写到ready.txt文件中。

#!/bin/bash
# 作为tcpdump的-z参数使用
# 将已经存储完的pcap文件名加入ready.txt等待处理

echo $* >> ready.txt

这样就会每分钟生成一个pcap文件，并将其文件名写到ready.txt文件中。

3.下面就要用到cron来定时执行我们的统计任务。在开启crond服务后执行如下命令

sudo crontab -e

此命令打开一个文件，在最后一行加入如下，之后保存退出

*/2 * * * * /home/wangchen/shell_ex/tcp-audit.sh

这一条表示每两分钟（时间随意定）执行一次tcp-audit.sh脚本。

到此功能就基本实现，在集群中实测可行。

当然以上方案仅仅是一个我在实验室的一个练习，肯定有很多的不足，希望高手能不惜赐教。