简述基于winpcap体系结构的捕获网络数据包的过程

Question

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Answer 1

Winpcap是针对Win32平台上的抓包和网络分析的一个架构。它包括一个核心态的包过滤器，一个底层的动态链接库（packet.dll）和一个高层的不依赖于系统的库（wpcap.dll）。
抓包是NPF最重要的操作。在抓包的时候，驱动使用一个网络接口监视着数据包，并将这些数据包完整无缺地投递给用户级应用程序。
抓包过程依赖于两个主要组件：
一个数据包过滤器，它决定着是否接收进来的数据包并把数据包拷贝给监听程序。数据包过滤器是一个有布尔输出的函数。如果函数值是true，抓包驱动拷贝数据包给应用程序；如果是false，数据包将被丢弃。NPF数据包过滤器更复杂一些，因为它不仅决定数据包是否应该被保存，而且还得决定要保存的字节数。被NPF驱动采用的过滤系统来源于BSD Packet Filter（BPF），一个虚拟处理器可以执行伪汇编书写的用户级过滤程序。应用程序采用用户定义的过滤器并使用wpcap.dll将它们编译进BPF程序。然后，应用程序使用BIOCSETF IOCTL写入核心态的过滤器。这样，对于每一个到来的数据包该程序都将被执行，而满足条件的数据包将被接收。与传统解决方案不同，NPF不解释（interpret）过滤器，而是执行（execute）它。由于性能的原因，在使用过滤器前，NPF提供一个JIT编译器将它转化成本地的80x86函数。当一个数据包被捕获，NPF调用这个本地函数而不是调用过滤器解释器，这使得处理过程相当快。
一个循环缓冲区，用来保存数据包并且避免丢失。一个保存在缓冲区中的数据包有一个头，它包含了一些主要的信息，例如时间戳和数据包的大小，但它不是协议头。此外，以队列插入的方式来保存数据包可以提高数据的存储效率。可以以组的方式将数据包从NPF缓冲区拷贝到应用程序。这样就提高了性能，因为它降低了读的次数。如果一个数据包到来的时候缓冲区已经满了，那么该数据包将被丢弃，因此就发生了丢包。