智能手机网络抓包程序报告

一、 作业要求

1、作业内容：开发一个程序，实现智能手机网络数据抓取的功能，系统不限，针对对象不限（WiFi，蓝牙，GPRS等都可以）。

2、组织形式：分小组进行，小组成员最多3人且分工明确，要指定小组长。

3、作业提交：源代码、文档（电子版和打印版）、演示。

二、 作业研究

1、系统平台选择

做智能手机应用程序，尤其是这种和底层功能比较接近的应用程序，目前还没有一种比较好的技术方案可以一次开发，同时适用于几乎所有的系统，如iPhone、Android、Windows Mobile等。即使是Java ME也不能很好的做到这一点。所以在做正式的之前，必须要对平台做出选择。

基于下面的考虑，我们选择了Google的Android操作系统。从主观因素上考虑，对于目前的智能手机操作系统，我们接触和研究较多的是Android，在（且只在）Android平台上做过应用开发，对Android平台上的应用开发比较熟悉。从客观因素上考虑，Android是一个开源的手机操作系统，对于我们研究探索很有利，而iPhone和Windows Mobile则是一个封闭的手机操作系统，能够获得资料相对有限；另外，Android手机在智能手机占有的市场份额非常巨大，这决定了开发Android平台上的智能手机抓包程序具有相当大的实用性。

2、开发方案研究

在确定了Android平台上，我们开始在互联网和图书馆上查阅与Android、网络数据抓取等主题相关的文章和书籍。由于Android系统具有Linux和Java部分"血缘"的特点，所以还查阅与Linux和Java中网络、数据抓取等主题有关的文章。经过一番努力，我们总结出了在智能手机网络数据抓取的几个基本方案，并对他们做简要的分析。

A. tcpdump+Java解析

使用tcpdump（安卓系统底层的Linux工具）抓取网络数据，并转存到文件中，使用Java文件操作方法解析这个文件，并展示到用户界面上。这是我们所采用的方案，将在后面具体说明。

B. tcpdump+Jpcap解析

使用tcpdump抓取网络数据，并转存到网络中，而根据tcpdump转存文件是libpcap文件格式特点，使用libpcap的Java实现jpcap（或jnetpcap，下面统称jpcap）进行解析。这个方案和上面的方案相比，优点是不用自己实现文件解析的类了。缺点是在Android上在这个作业中，我们需要调用到的jpcap相关的方法是很有限的，但是却要包含一系列完整的jar文件，无意是增大了最终程序的大小，对于手机这种资源敏感的设备，这样做的代价太大。同时原本是为桌面平台开发的jpcap向Android平台移植（部分代码需要交叉编译），难度虽然不是很大，但是存在一定的不确定性。

C. libpcap+NDK

使用libcap 和Android NDK。Android提供了NDK的开发套件，可以使用C和C++语言来编写Android的类库。Libcap是Linux上一个非常程序的网络抓包代码库，本身用C语言实现。所以可以考虑把二者相结合，实现想要的功能。具体来说就是用NDK把libcap编译成Android应用层可以调用的底层库并提供响应的函数接口，在应用层实现用户交互和简单的逻辑处理的主要功能。这个方案的优势是在运行效率和开发灵活性上有很大的尝试空间，但是NDK对于我们而言非常陌生，其本身学习曲线也比较长，在我们有限的作业时间里面，这套方案不太合适。

D. socket+NDK

使用socket和Android NDK，这套方案，和libpcap和Android的方案，基本思路是一致的。不同点在于，使用自己实现的Socket代替了现有的Libpcap库，这样和上一套方案相比，程序的体积可以更加轻巧。不过这个需要对Linux Socket编程非常熟悉，同时熟悉Android的交叉编译。虽然我们在这些知识方面有一定的了解，同时也很有兴趣，但是和上面的方案一样，实施这个方案的时间成本太大，可行性弱。

 

三、 作业方案说明

经过上述的研究，我们最终采取了Tcpdump + JavaIO的方案。我们把最终完成的Android应用程序称为Andump，意为Android和Tcpdump二者结合。

1、程序功能设计

在开始开发之前，先要确定程序计划实现功能，以及暂不考虑实现的功能。对于Andump，我们计划实现以下功能：

功能A，调用tcpdump进行抓包，并转存到指定的文件中；

功能B，从指定文件中读取抓包数据，并友好的展示给用户；

功能C，能够指定抓包的类型，如tcp、udp、ip（暂定实现这三种类型的划分）；

功能D，能够方便地控制tcpdump的运行，开始和停止（暂定只实现这两种控制）；

功能E，其他可能必须实现的辅助功能。

2、程序基本框架

针对需要上述实现的各个功能，并结合Android平台应用程序开发的基本方法，经过分析，我们制定了Andump程序的基本框架，如下图所示。

如上图所示，整个程序由四个核心模块组成。下面详细说明每个功能模块的作用。

3、模块设计说明

(a)存储设定模块

对应的类：DumpSettings。

这个模块属于辅助模块，实现目的是为了保存运行时在模块间需要经常使用的一些数据。如数据包类型的选择设定等。通过单例模式实现了这个类，保证了数据的唯一性。同时提供了生成tcpdump完整命令的方法。

与其他模块的联系，供配置模块设置抓包时运行参数（抓包类型和是否屏蔽调试通信信息），供抓包模块获取完整的运行命令。

(b)控制模块

对应的类：ControlActivity。

这个模块位于各个模块的中心，也是用户主要面对的模块。这个模块的主要作用包括，

调用其他模块（ConfigActivity、DumpService和ReadActivity）并接受其他模块调用返回的信息；提供功能D的用户接口（下面会说明这里为什么不是实现功能D）。

与其他模块的联系，可以启动其他各个模块。

(c)设置模块

对应的类：ConfigActivity。

这个模块由控制模块启动，完成功能C（指定抓取数据包的类型），调用完成之后返回控制模块。在实际开发过程中，我们发现Android模拟器和Eclipse一直在进行大量的无关通信，这些通信的数据内容主要是提供给开发工具使用一些调试信息，对于实际应用没有任何作用，所以提供了一个关闭这些调试信息的捕获的选项。

与其他模块的联系，配置信息保存在一个单例对象中，用于规划tcpdump的执行命令，供抓包模块使用。

(d)抓包模块

对应的类：DumpService。

这个模块运行在系统后台，实现功能A和功能D，同时根据设置模块的选项辅助实现功能C（应该说是功能C的本质实现者）。这个模块的主要实现方法是在Android的后台开启一个服务，这个服务使用Java中运行时调用功能，即调用Runtime.getRuntime().exec(String)方法，开启一个Tcpdump子进程。（Tcpdump是Linux底层的程序，可以实现网络数据的抓取。通过配置tcpdump的参数选项，可以实现数据存储和过滤的功能。）关闭这个子进程就可以停止抓包活动了。

与其他模块的联系，接受控制模块的控制信息以开始和停止抓包；把抓取的数据存储在文件中，供读包模块使用。

(e)读包模块

对应的：ReadActivity。

这个模块实现功能B，一方面要实现对抓包模块获取的模块进行读取分析，另一方面还要把他们展示到用户界面上来。由于Android系统对于UI线程时间响应敏感，所以对抓包文件的读取使用了后台线程。每次抓包的数据量也是很多的，一次性显示出来对于手机内存资源的消耗太大，所以使用了简单的分页处理。

与其他模块的联系，读取抓包模块获取的存储文件。

(f)文件数据分析相关的类

对应的类：cn.todd.andump.layerReader下面各个类。

这些类主要是按照读二进制文件的方式按照TCP/IP的协议规范逐字节或字节块的分析其含义，然后存储在一定的数据结构中。文件格式参考了这篇文章：http://www.360doc.com/content/11/1117/17/8151417_165252820.shtml。

(g)其他实用工具类

对应的类：cn.toddapp.andump.util下各个类。

这些类与Android的UI实现机制有一定的联系，为UI的提供一些辅助方法。

这里从宏观的角度说明了各个模块的设计思路，具体实现，可以从代码中参考。这里不再赘述了。

 

四、 作业成果说明

1、 基本说明

这次作业实现了一个Android系统智能手机网络数据抓取的应用程序Andump。由于条件限制，我们只在Android SDK的Android模拟器上做了测试。同时由于时间限制，测试工作也不是非常充分，对运行时的正确性和稳定性不能做出完全的保证。但是总体上而言，Andump具备了完整的网络数据的抓取的功能，在绝大多数使用情况下可以正常的工作。

2、如何使用

本项目定位为一个学习研究型项目，所以只以源代码的形式发布，不发布直接安装使用的二进制文件。使用前，请导入到Eclipse项目中，编译后安装到Android虚拟机上运行。Android虚拟机必须分配足够大（大于32M）的Sdcard。

3、使用演示

从Eclipse启动以后，首先看到的画面如下图所示。

    

点击扳手样图标按钮，进入到配置界面，如右上图所示。

我们可以根据需要设置响应的运行参数，如下图

    

之后，点击back按钮返回到主界面。此时点击Start按钮，开始抓包系统界面托盘会显示正在Andump程序正在运行。三个按钮会同时做出响应的改变。如下图所示。

    

这是按键盘上的Home键（不要按Back键，不然会退出程序），打开浏览器，如下图，

    

打开一个网页以后，可以通过拖出系统托盘，点击Andump一栏后返回到Andump的主页面。这时点击Stop按钮，停止抓包，Read按钮和扳手按钮可以使用了。点击Read，进入数据包查看界面。界面上显示了一个列表，显示了某一个时间，抓取到数据包的大小。点击列表上的任一兰，可以查看数据包的详细信息，如下图所示。

    

正如我们看到的，抓取到的一个数据包中两个IP地址，一个是10.0.2.15，这是虚拟机的虚拟Ip地址，另一个是74.125.71.104，这是Google主页的Ip地址，而我们刚才访问的正是Google的主页，证明我们的数据抓取是正确的。

当然这里也部分实现了分页的功能。点击Menu键可以看到有下一页的菜单按钮，点击会进入下一页（上一页的功能还有待完善）。如下图所示。

    

可以看到，点击Next之后，界面上的数据列表进行了刷新。

 

五、 后记

经过几个晚上的奋斗，我们最终完成了这款智能手机网络数据抓包程序。在这个过程中对TCP/IP协议、Android应用开发、Java文件读取等技术都有了更加深入的了解。其实按照本文做出这个Android应用，本身并没有特别有复杂或者高端的技术，更重要的是在确定最终选取本文所要使用的方案的过程。

刘老师给出的题目要求很简明，这对于我们完成作业来说，有利有弊。弊端在于，刚拿到作业要求的时候，会有一种"无处下手"的感觉，因为作业要求给的信息太少。好处则是，我们在完成作业的时候更加的自由。所以，在一开始我们想到了上文提到的四种方案，当然，也可能还有其他更好的解决方案，但是对于完成一个作业，自己能够在正式开始做的时候，想到这么多的方案，还是很少有的。其中作业要求的宽松是其中一个重要因素。

当然，我们做出来的这个应用还有需要改进的地方，初步打算，再做一定修改之后，把我们的代码放到网上，开发源代码，让更多的人一起来完善它。