HNU-计算机网络-实验5（自选）-安全相关编程实验

甘晴void2024-01-21 5:10

计算机网络 课程综合实验

安全相关编程实验（RUST）

计科210X 甘晴void 202108010XXX

【前言】

这个《课程综合实验》是21级开始新加的实验，之前都没有。具体的可以看实验指导书，是用的19级同学的毕设。我完成的这个实验需要一点点RUST基础，感觉还是有一点点难度。

文章目录

实验要求

从以下6个实验中选择一个完成

  • 实验一 TCP连接与泛洪攻击实验（NS-3）
  • 实验二 TCP拥塞控制算法改进实验（NS-3）
  • 实验三 控制平面实验（Mininet）
  • 实验四 数据平面实验（P4）
  • 实验五 控制平面与数据平面综合实验
  • 实验六 安全相关编程实验（RUST）

出于对网络信息安全的兴趣，我选择实验六。

实验目的

通过本实验，学习Rust在网络安全编程的应用，熟悉如何实现基础的ICMP网络攻击，理解网络攻击的危害。

（与实验的出题学长聊了一下，他当时出题的意图大概是这样）

实验原理

①ICMP差错攻击原理

ICMP差错攻击作为网络攻击的一种主流方式，它是通过利用ICMP协议在TCP/IP协议簇中的作用，来实现攻击的。

RFC规范不建议对接收到的ICMP错误消息进行任何类型的验证检查。但是也存在例外不听取RFC规范的建议，对ICMP错误消息进行验证检查。

对于ICMP，当接收到未受保护的ICMP错误消息时，它是通过ICMP错误消息有效负载中包含的SPI（安全参数索引）与相应的安全关联相匹配。然后，应用本地策略来确定是接受还是拒绝消息，以及如果接受将采取什么操作。例如，如果接收到ICMP目标不可达消息，则实现必须决定是对其进行操作、拒绝它，还是对其进行约束。

本次实验，将模拟ICMP差错攻击来完成ICMP目的端口不可达信息。

（上面是实验文档给出的实验原理，进一步询问老师，获得了有关ICMP差错攻击的两种方式如下）

ICMP 差错攻击的两种攻击方式，一为 ICMP Unreachable 攻击，二为 ICMP Source Quench 攻击。

  • ICMP Unreachable （ICMP不可达）攻击是指攻击者发送大量的 ICMP Unreachable 消息给受害者计算机，导致其无法访问其他主机或网络服务。如果被利用，TCP 盲连接重置漏洞可能允许攻击者针对现有的 TCP 连接创建拒绝服务条件，从而导致会话过早终止。由此产生的会话终止将影响应用程序层，其影响的性质和严重程度取决于应用程序层协议。主要依赖的是网络服务或应用程序对 TCP 连接丢失的容忍度。
  • ICMP Source Quench（ICMP源抑制）攻击是指攻击者发送大量的ICMP Source Quench消息给受害者计算机，使其服务中断或性能降低。如果主机按照 RFC 1122处理 ICMP 消息，则依赖于长期 TCP 连接的任何网络服务或应用程序也会受到影响。对于 ICMP Source Quench攻击，严重性将取决于 TCP 连接的吞吐量，该应用程序很可能会变得不可用。

（显然老师提出的多了一种源抑制的ICMP攻击，也比较有趣，可以讨论）

避免该攻击的方法：增加服务断开的判断机制，做多重判断，不能仅从ICMP不可达来判断失去连接从而断开服务。这个只能依靠linux内核的升级、开发者、操作系统、应用程序来修补该漏洞。（实际上有很大程度的实现）

不可达攻击的原理图：

②验证方式

但是以上仅仅是ICMP不可达/源抑制的原理，对于这个实验具体该如何完成，包括如何搭建，尤其是如何验证，实验文档没有给出具体的说明。

（再次联系出题的学长，得到了学长的想法）

出题人的思路大概是对本地与服务器已经建立的链接进行攻击，伪装本机ip给服务器发icmp，告诉服务器本机是不可达的，从而让服务器把链接断掉，验证方式是本地wireshark抓包。实际上链接并不会终止，显然这种简单的干扰手段应该被加以防范，并且很多服务器实际上不接受或处理差错ICMP报文。

在实验过程中，我将会先维持一个tcp连接，然后使用rust编程对该tcp连接进行监听，伪造icmp不可达包并返回。具体描述在实验过程中做出叙述。实验拓扑图如下

实验过程

0 搭建实验环境

（1）搭建Linux环境

使用的是windows WSL2 模拟运行的Ubuntu20.04.6 LTS

【原理】

Windows Subsystem for Linux（简称WSL）是一个在Windows 10\11上能够运行原生Linux二进制可执行文件（ELF格式）的兼容层。它是由微软与Canonical公司合作开发，其目标是使纯正的Ubuntu、Debian等映像能下载和解压到用户的本地计算机，并且映像内的工具和实用工具能在此子系统上原生运行。

（简单来说就是在windows操作系统上只使用命令行就能达到使用Linux操作系统的效果，当然文件系统是分开来的）

【注意】对于本实验而言，使用WSL环境有好处。

其一是网卡确定。WSL相当于被系统独立分配了一张网卡，在wireshark上也可以找到这个单独的。

其二是环境纯粹。Windows系统上的QQ，HTML等通信会对实验造成干扰，而WSL环境很纯粹，基本上只有我自己建立的连接在跑。

坏处就是WSL是纯命令行界面，没有GUI，所以（在不会用vim的情况下）改代码很不方便，但习惯了就适应了。

（2）配置Rust编译环境

①Rust语言初识

Rust是一门新的系统编程语言，是一种专注于安全，尤其是并发安全，支持函数式和命令式以及泛型等编程范式的多范式语言。Rust在语法上和C++类似，但是设计者想要在保证性能的同时提供更好的内存安全。

②配置Rust环境

使用这个指令直接安装会被墙

sh 复制代码 
curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

先分别在命令行添加以下指令（目的是讲下载源和更新源切换为中科大国内镜像）

sh 复制代码 
export RUSTUP_DIST_SERVER=https://mirrors.ustc.edu.cn/rust-static
export RUSTUP_UPDATE_ROOT=https://mirrors.ustc.edu.cn/rust-static/rustup

再使用curl命令请求安装（加不加参数不影响，和第一个指令效果差不多）

sh 复制代码 
curl https://sh.rustup.rs -sSf | sh

可见直接请求会连接失败，添加镜像源之后再请求成功。

出现如下反应，使用回车默认安装。

sh 复制代码 
root@LAPTOP-S8GDLRKI:~# curl https://sh.rustup.rs -sSf | sh
info: downloading installer

Welcome to Rust!

This will download and install the official compiler for the Rust
programming language, and its package manager, Cargo.

Rustup metadata and toolchains will be installed into the Rustup
home directory, located at:

  /root/.rustup

This can be modified with the RUSTUP_HOME environment variable.

The Cargo home directory is located at:

  /root/.cargo

This can be modified with the CARGO_HOME environment variable.

The cargo, rustc, rustup and other commands will be added to
Cargo's bin directory, located at:

  /root/.cargo/bin

This path will then be added to your PATH environment variable by
modifying the profile files located at:

  /root/.profile
  /root/.bashrc

You can uninstall at any time with rustup self uninstall and
these changes will be reverted.

Current installation options:


   default host triple: x86_64-unknown-linux-gnu
     default toolchain: stable (default)
               profile: default
  modify PATH variable: yes

1) Proceed with installation (default)
2) Customize installation
3) Cancel installation
>

完成安装后使用如下指令刷新环境变量

sh 复制代码 
source "$HOME/.cargo/env"

使用如下指令验证安装成功

sh 复制代码 
cargo --version

截图如下：

（3）设置cargo源

目的是提高速度

进入配置文件

sh 复制代码 
vi /root/.cargo/config

写入以下

sh 复制代码 
[source.crates-io]
replace-with = 'ustc'

[source.ustc]
registry = "sparse+https://mirrors.ustc.edu.cn/crates.io-index/"

vi的使用：保存退出：先shift+：，然后输入wq，回车。

【补充】据说字节源更好用（可能是企业源优于高校源）

sh 复制代码 
[source.crates-io]
replace-with = 'rsproxy'
 
# 字节跳动
[source.rsproxy]
registry = "https://rsproxy.cn/crates.io-index"

（4）开发工具

在开发时，除了编辑器，还需要常开至少一个命令行，用作调试等操作。Rust有专有ide：rustRover，VScode的插件等。

由于本实验不大，故直接写入运行，没有去专门配置专门的开发工具。

（补充：后来被折磨地受不了了，在windows上的VScode安装了一个RustAnalyzer扩展，至少可以高亮显示Rust的一些组件了，自动补全更是奢望，自动补全还是很重要的）

1 基础知识

（0）Rust语法概览

以下是一个典型的RUST简单程序。

rust 复制代码 
fn main() {
    let mut x = 6;
    println!("变量的值=={}", x);
    x=7;
    println!("重新赋值后的变量的值=={}", x);
}

使用println!()进行带换行的输出

使用let x = 6这样赋值的数值是不能做修改的，如果要允许做修改，要使用let mut x = 6，上面如果不加mut会导致编译报错。

对于函数的调用，跟c++类似，但是参数的类型在参数后面，且需要冒号连接。

rust 复制代码 
fn main() {
   info(45, 56);
}

fn info(x:i32,y:i32){
    println!("this is a function!,参数的值是=={}",x);
    println!("this is a function!,参数的值是=={}",y);
}

此外还要注意Rust对于数据类型，特别是整数类型，有更严格的划分。

这些可以从附录参考文献《RUST语法简要了解》对应网址了解到。

总之与c/c++有结构上相似，但有一些不同点值得关注。

此外，在这里没有提及的是Rust对于变量所有权/生命周期这一部分的知识（这个才是Rust的核心），在附录参考文献《Rust核心：所有权》对应网址可以了解。这个对于本实验造成的困扰不是很大，但是很有必要了解。

（1）校验和计算

校验和计算是依据二进制编码进行计算的，这个可能涉及到回滚。

IP数据包头部的校验和只是计算头部的数据，所以，计算只需要关注IP头部。 ICMP的校验和是包括：ICMP头部和ICMP数据的，也就是ICMP的全部数据的校验和。

详细有关校验和的知识可以参考：

https://blog.csdn.net/to_be_better_wen/article/details/129191378

实际上，在代码中可以直接调用checksum()来实现，使用set_checksum()设置校验和，get_checksum()获取自动计算的校验和。这个会更准确也会更快，不必手动编写代码。

（2）IP报文

在Rust中推荐使用MutableIpv4Packet::new来创建，输入参数为一块内存。然后设置相应属性。

IP 报头的最小长度为 20 字节，上图中每个字段的含义如下：

  • 版本（version）：占 4 位，表示 IP 协议的版本。通信双方使用的 IP 协议版本必须一致。目前广泛使用的IP协议版本号为 4，即 IPv4。
  • 首部长度（网际报头长度IHL）：占 4 位，可表示的最大十进制数值是 15。这个字段所表示数的单位是 32 位字长（1 个 32 位字长是 4 字节）。因此，当 IP 的首部长度为 1111 时（即十进制的 15），首部长度就达到 60 字节。当 IP 分组的首部长度不是 4 字节的整数倍时，必须利用最后的填充字段加以填充。数据部分永远在 4 字节的整数倍开始，这样在实现 IP 协议时较为方便。首部长度限制为 60 字节的缺点是，长度有时可能不够用，之所以限制长度为 60 字节，是希望用户尽量减少开销。最常用的首部长度就是 20 字节（即首部长度为 0101），这时不使用任何选项。
  • 区分服务（tos）：也被称为服务类型，占 8 位，用来获得更好的服务。这个字段在旧标准中叫做服务类型，但实际上一直没有被使用过。1998 年 IETF 把这个字段改名为区分服务（Differentiated Services，DS）。只有在使用区分服务时，这个字段才起作用。
  • 总长度（totlen）：首部和数据之和，单位为字节。总长度字段为 16 位，因此数据报的最大长度为 2^16-1=65535 字节。
  • 标识（identification）：用来标识数据报，占 16 位。IP 协议在存储器中维持一个计数器。每产生一个数据报，计数器就加 1，并将此值赋给标识字段。当数据报的长度超过网络的 MTU，而必须分片时，这个标识字段的值就被复制到所有的数据报的标识字段中。具有相同的标识字段值的分片报文会被重组成原来的数据报。
  • 标志（flag）：占 3 位。第一位未使用，其值为 0。第二位称为 DF（不分片），表示是否允许分片。取值为 0 时，表示允许分片；取值为 1 时，表示不允许分片。第三位称为 MF（更多分片），表示是否还有分片正在传输，设置为 0 时，表示没有更多分片需要发送，或数据报没有分片。
  • 片偏移（offsetfrag）：占 13 位。当报文被分片后，该字段标记该分片在原报文中的相对位置。片偏移以 8 个字节为偏移单位。所以，除了最后一个分片，其他分片的偏移值都是 8 字节（64 位）的整数倍。
  • 生存时间（TTL）：表示数据报在网络中的寿命，占 8 位。该字段由发出数据报的源主机设置。其目的是防止无法交付的数据报无限制地在网络中传输，从而消耗网络资源。路由器在转发数据报之前，先把 TTL 值减 1。若 TTL 值减少到 0，则丢弃这个数据报，不再转发。因此，TTL 指明数据报在网络中最多可经过多少个路由器。TTL 的最大数值为 255。若把 TTL 的初始值设为 1，则表示这个数据报只能在本局域网中传送。
  • 协议：表示该数据报文所携带的数据所使用的协议类型，占 8 位。该字段可以方便目的主机的 IP 层知道按照什么协议来处理数据部分。不同的协议有专门不同的协议号。例如，TCP 的协议号为 6，UDP 的协议号为 17，ICMP 的协议号为 1。
  • 首部检验和（checksum）：用于校验数据报的首部，占 16 位。数据报每经过一个路由器，首部的字段都可能发生变化（如TTL），所以需要重新校验。而数据部分不发生变化，所以不用重新生成校验值。
  • 源地址：表示数据报的源 IP 地址，占 32 位。
  • 目的地址：表示数据报的目的 IP 地址，占 32 位。该字段用于校验发送是否正确。
  • 可选字段：该字段用于一些可选的报头设置，主要用于测试、调试和安全的目的。这些选项包括严格源路由（数据报必须经过指定的路由）、网际时间戳（经过每个路由器时的时间戳记录）和安全限制。
  • 填充：由于可选字段中的长度不是固定的，使用若干个 0 填充该字段，可以保证整个报头的长度是 32 位的整数倍。
  • 数据部分：表示传输层的数据，如保存 TCP、UDP、ICMP 或 IGMP 的数据。数据部分的长度不固定。

（3）TCP报文

推荐使用MutableTcpPacket::new来创建，输入参数为一块内存。然后设置相应属性。

对于本实验而言，只要能从TCP报文中提取出源端口，目的端口就可以了。

（4）ICMP报文

推荐使用MutableIcmpPacket::new来创建，输入参数为一块内存。然后设置相应属性。ICMP目标不可达报文是由type和code字段共同决定的，当type为3时就是不可达报文。至于code取值按攻击类型决定（我用的是端口不可达）。

ICMP数据报格式

有关于ICMP数据报的TYPE和CODE属性取值可以参考下表。（右边打x表示是该项，用来区分查询和差错报告）

type code description query error
0 0 Echo Reply------回显应答（Ping应答） x
3 0 Network Unreachable------网络不可达 x
3 1 Host Unreachable------主机不可达 x
3 2 Protocol Unreachable------协议不可达 x
3 3 Port Unreachable------端口不可达 x
3 4 Fragmentation needed but no frag. bit set------需要进行分片但设置不分片比特 x
3 5 Source routing failed------源站选路失败 x
3 6 Destination network unknown------目的网络未知 x
3 7 Destination host unknown------目的主机未知 x
3 8 Source host isolated (obsolete)------源主机被隔离（作废不用） x
3 9 Destination network administratively prohibited------目的网络被强制禁止 x
3 10 Destination host administratively prohibited------目的主机被强制禁止 x
3 11 Network unreachable for TOS------由于服务类型TOS，网络不可达 x
3 12 Host unreachable for TOS------由于服务类型TOS，主机不可达 x
3 13 Communication administratively prohibited by filtering------由于过滤，通信被强制禁止 x
3 14 Host precedence violation------主机越权 x
3 15 Precedence cutoff in effect------优先中止生效 x
4 0 Source quench------源端被关闭（基本流控制）
5 0 Redirect for network------对网络重定向
5 1 Redirect for host------对主机重定向
5 2 Redirect for TOS and network------对服务类型和网络重定向
5 3 Redirect for TOS and host------对服务类型和主机重定向
8 0 Echo request------回显请求（Ping请求） x
9 0 Router advertisement------路由器通告
10 0 Route solicitation------路由器请求
11 0 TTL equals 0 during transit------传输期间生存时间为0 x
11 1 TTL equals 0 during reassembly------在数据报组装期间生存时间为0 x
12 0 IP header bad (catchall error)------坏的IP首部（包括各种差错） x
12 1 Required options missing------缺少必需的选项 x
13 0 Timestamp request (obsolete)------时间戳请求（作废不用） x
14 Timestamp reply (obsolete)------时间戳应答（作废不用） x
15 0 Information request (obsolete)------信息请求（作废不用） x
16 0 Information reply (obsolete)------信息应答（作废不用） x
17 0 Address mask request------地址掩码请求 x
18 0 Address mask reply------地址掩码应答

（5）发送数据报文

使用套接字发送前面设置报文属性的内存即可。不过需要注意的是，Rust的所有权将导致前面报文设置内存的属性会保存在缓冲区，需要从缓冲区写回。可以参考Rust针对所有权的方法：切片与引用。

（实际操作上我不是用套接字发送的，而是使用链路层隧道发送）

2 编写代码

（1）创建工程

使用这个指令将该文件夹转换成工程（为什么要用工程？因为有依赖）

sh 复制代码 
cargo init

这样将在该文件夹下创建Cargo.lock ,Cargo.toml这两个文件

  • Cargo.toml：从用户的角度出发来描述项目信息和依赖管理，因此它是由用户来编写
  • Cargo.lock：包含了依赖的精确描述信息，它是由 Cargo 自行维护，因此不要去手动修改

一般而言，工程文件的结构图如下，其中main.rs是程序入口

sh 复制代码 
├── Cargo.lock
├── Cargo.toml
├── src/
│   ├── main.rs
├── target/

之后对于工程的操作可以如下：

  1. cargo build # 生成可执行文件，在default下面生成可执行文件。 可选参数--release, 编译时会优化：代码会更快，但是编译时间更长。
  2. cargo run # 生成可执行文件并运行
  3. cargo check # 检查代码确保能通过编译，不生成科执行文件， 比1快很多

（2）修改依赖文件Cargo.toml

修改Cargo.toml，在[dependencies]下加pnet = "0.31.0"，注意要紧跟着[dependencies]，（如果有[[bin]]等别的项，不能写在别的后面，否则是无效的）。

sh 复制代码 
nano Cargo.toml

使用上下左右键操控，找到合适的位置，加入依赖pnet = "0.34.0"，使用ctrl+x，输入y，保存退出。

（3）导入依赖

【从这一步开始就开始正式写代码了】

导入依赖，相当于c++里的#include。猜测原理应该和c++类似，应该是在链接时到相应的库中找相关的代码移入（具体的原理跟计算机系统课程中学到的类似，但要考虑c/c++和rust的部分区别）。我们使用的库是pnet库，这里导入的是一些需要在之后用到依赖。

pnet是一个很大的库，我们用到的仅仅是中间的很小一部分。Rust要求对于用到的部分描述的很精细。

关于pnet库的所有项：https://docs.rs/pnet/latest/pnet/all.html

我们主要用到tcp,ipv4,icmp,ethernet,datalink等一些部分，如下。使用env环境变量是因为我们要从终端读入网卡编号，这里用到了环境变量。

rust 复制代码 
use pnet::datalink::{self, NetworkInterface};
use pnet::datalink::Channel::Ethernet;
use pnet::packet::{Packet};
use pnet::packet::ethernet::{EthernetPacket,MutableEthernetPacket,EtherTypes};
use pnet::packet::ipv4::{Ipv4Packet,MutableIpv4Packet};
use pnet::packet::tcp::TcpPacket;
use pnet::packet::icmp::{IcmpType,IcmpCode};
use pnet::packet::icmp::destination_unreachable::MutableDestinationUnreachablePacket;

use std::env;

（4）确定网卡

由于本机是Linux的WSL环境，网卡唯一且为eth0，所以这里处理网卡比较简单。（windows环境会比较复杂）

rust 复制代码 
fn main() {
    let interface_name = env::args().nth(1).unwrap();
    // 从命令行参数中获取网络接口的名称
    let interface_names_match =
        |iface: &NetworkInterface| iface.name == interface_name;
    // 定义一个闭包，用于检查接口名称是否与命令行参数中指定的名称匹配

    // 寻找可用网卡
    let interfaces = datalink::interfaces();
    // 获取系统中所有的网络接口列表
    let interface = interfaces.into_iter()
                              .filter(interface_names_match)
                              .next()
                              .unwrap();
    // 使用迭代器和闭包，过滤出匹配命令行参数中指定名称的接口，并获取第一个匹配的接口

解释如下：

根据命令行参数中指定的网络接口名称，在系统的网络接口列表中找到匹配的接口对象。

  • env::args().nth(1).unwrap(): 通过 env::args() 获取命令行参数，.nth(1) 获取第二个参数（第一个参数是程序的名称），然后使用 unwrap() 来获取参数的值。这个值应该是网络接口的名称。
  • |iface: &NetworkInterface| iface.name == interface_name;: 定义一个闭包，接受一个网络接口的引用，并检查接口的名称是否与命令行参数中指定的名称匹配。
  • datalink::interfaces(): 获取系统中所有的网络接口列表。
  • interfaces.into_iter().filter(interface_names_match).next().unwrap(): 使用 into_iter() 转换接口列表为迭代器，然后使用 filter 方法过滤出符合闭包条件的接口，最后使用 next() 获取第一个匹配的接口。由于网络接口列表应该至少包含一个接口（通常是回环接口 "lo"），因此使用 unwrap() 是安全的，表示取得了第一个匹配的接口。

（5）创建链路层隧道

rust 复制代码 
// 创建链路层隧道，解析链路层以太网包
    let (mut tx, mut rx) = match datalink::channel(&interface, Default::default()) {
        Ok(Ethernet(tx, rx)) => (tx, rx),   //tx为发送，rx为接收
        Ok(_) => panic!("Unhandled channel type"),
        Err(e) => panic!("An error occurred when creating the datalink channel: {}", e)
    };

解释如下：

创建一个数据链路层通道，并返回发送端 (tx) 和接收端 (rx)

  • datalink::channel(&interface, Default::default()): 这个函数用于创建一个数据链路层通道，它接受两个参数，第一个参数是网络接口 (&interface)，第二个参数是默认配置 (Default::default())。interface 可能是之前定义的网络接口对象。
  • match 语句：这里使用 match 匹配语法来处理函数的返回值。如果函数成功返回一个 Ethernet(tx, rx) 枚举变体，就说明成功创建了以太网通道，其中 tx 是发送端，rx 是接收端。
  • Ok(Ethernet(tx, rx)) => (tx, rx): 如果成功匹配到 Ethernet(tx, rx)，则将发送端 tx 和接收端 rx 绑定到元组中，并作为结果返回。
  • Ok(_) => panic!("Unhandled channel type"): 如果匹配到其他类型而非 Ethernet，则会发生错误，程序抛出一个错误信息，表示未处理的通道类型。
  • Err(e) => panic!("An error occurred when creating the datalink channel: {}", e): 如果创建通道过程中发生错误，同样抛出一个错误信息，其中包含具体的错误信息 (e)。

（6）解析数据包

对接收端接收到的包rx.next()进行匹配，逐层拆解匹配，解析数据报的类型。

①解析链路层数据包（ethernet）

解析链路层数据包并向终端输出（这里主要是获得数据包的源mac地址和目的mac地址）

rust 复制代码 
let ethernet_packet = EthernetPacket::new(packet).unwrap();
let source_mac = ethernet_packet.get_source();
let destination_mac = ethernet_packet.get_destination();
println!("Layer 4: Ethernet");
println!("Source MAC: {:?}", source_mac);
println!("Destination MAC: {:?}", destination_mac);
②解析网络层数据包（ipv4）

判断是否是ipv4数据包，若是，解析并向终端输出（这里主要是获得数据包的源ip地址和目的ip地址），忽略ipv6数据包。

rust 复制代码 
// 检查链路层载荷是否是IPv4数据包
if ethernet_packet.get_ethertype() == pnet::packet::ethernet::EtherTypes::Ipv4 {
	if let Some(ipv4_packet) = Ipv4Packet::new(ethernet_packet.payload()) {
	// 解析IPv4数据包
		let source_ip = ipv4_packet.get_source();
 		let destination_ip = ipv4_packet.get_destination();
		println!("Layer 3: Ipv4");
		println!("Source IP: {:?}", source_ip);
		println!("Destination IP: {:?}", destination_ip);
③解析运输层数据包（tcp）

判断是否是tcp数据包，若是，解析并向终端输出（这里主要是获得数据包的源端口和目的端口），忽略其它数据包。

（实际上这个源端口和目的端口的意义不大，。毕竟我们发送的icmp报文不涉及端口层，也不需要使用套接字，因此解析与否都可以。如果解析了等会儿可以和wireshark比对一下，看看效果）

rust 复制代码 
// 检查运输层载荷是否是TCP数据包
if ipv4_packet.get_next_level_protocol() == pnet::packet::ip::IpNextHeaderProtocols::Tcp {
	if let Some(tcp_packet) = TcpPacket::new(ipv4_packet.payload()) {
	// 解析TCP数据包
		let source_port = tcp_packet.get_source();
		let destination_port = tcp_packet.get_destination();
		println!("Layer 2: TCP");
 		println!("Source Port: {:?}", source_port);
		println!("Destination Port: {:?}", destination_port);
④调用差错报文回传函数

如果确实是我们感兴趣的tcp报文，那么我们要回传差错报告icmp报文，调用该函数，该函数功能后面实现。注意这里的参数把源和目的进行了一个对调，以达到发还的目的。

rust 复制代码 
// 若确定是TCP包，我要发送差错报告报文,以试图干扰通信
send_icmp_unreachable(&mut tx, destination_ip, source_ip, destination_mac, source_mac);

（7）报文回传函数

①函数参数列表
rust 复制代码 
fn send_icmp_unreachable(
    tx: &mut Box<dyn datalink::DataLinkSender>, //链路层隧道发送端指针
    source_ip: std::net::Ipv4Addr,
    destination_ip: std::net::Ipv4Addr,
    source_mac: pnet::util::MacAddr,
    destination_mac: pnet::util::MacAddr,
)
②创建icmp包

注意这里我没有使用MutableIcmpPacket给定的ICMP包创建，而是使用了MutableDestinationUnreachablePacket，这是pnet给出的封装好的ICMP不可达报文类型。

rust 复制代码 
// 创建ICMP包 (差错报告)
    let mut icmp_buffer = vec![0u8; 8];
    let mut icmp_packet = MutableDestinationUnreachablePacket::new(&mut icmp_buffer).unwrap();
    // 设置差错报告参数
    icmp_packet.set_icmp_type(IcmpType(3));
    icmp_packet.set_icmp_code(IcmpCode(1));
    // 计算校验和
    icmp_packet.set_checksum(icmp_packet.get_checksum());

为什么不可以用ICMPPacket创建呢？类似下面的这样创建

rust 复制代码 
// 错误范例
let mut icmp_buf = vec![0; ICMPHEADER];
let mut icmp_header = MutableIcmpPacket::new(&mut icmp_buf[..]).unwrap();
icmp_header.set_icmp_type(pnet::packet::icmp::IcmpType(3));  
// IcmpType = 3 表示 Unreachable
icmp_header.set_icmp_code(pnet::packet::icmp::IcmpCode(2));  
// IcmpCode = 2 表示 bad protocol

会导致抓包出来的并不是ICMP包，而且源ip和目的ip地址会有问题，是没有设置好。具体原因没有细致研究，初步判定是包ICMP包可能并不是一个完整的包，或者是中间哪一步出了错漏。总之是没有采用这种方法。

③创建ipv4包

使用MutableIpv4Packet::new创建包，设置源ip和目的ip，并将ICMP不可达包放入ipv4的数据段。

rust 复制代码 
// 创建IPv4包
    let mut ipv4_buffer = vec![0u8; 28];
    let mut ipv4_packet = MutableIpv4Packet::new(&mut ipv4_buffer).unwrap();
    // 设IPv4包参数，设置载荷为icmp包
    ipv4_packet.set_version(4);
    ipv4_packet.set_source(source_ip);
    ipv4_packet.set_destination(destination_ip);
    ipv4_packet.set_next_level_protocol
    (pnet::packet::ip::IpNextHeaderProtocols::Icmp);
    ipv4_packet.set_ttl(64);
    ipv4_packet.set_header_length(5);
    ipv4_packet.set_total_length(20+8);
    ipv4_packet.set_payload(icmp_packet.packet());
    // 计算校验和
    ipv4_packet.set_checksum(ipv4_packet.get_checksum());
④创建ethernet包

使用MutableEthernetPacket::new创建包，设置源mac地址和目的mac地址，并将ipv4放入ethernet数据段。

rust 复制代码 
// 创建Ethernet包
    let mut ethernet_buffer = vec![0u8; 64];
    let mut ethernet_packet = MutableEthernetPacket::new(&mut ethernet_buffer).unwrap();
    // 设置源MAC和目的MAC地址，设置载荷为ipv4包
    ethernet_packet.set_ethertype(EtherTypes::Ipv4);
    ethernet_packet.set_source(source_mac);
    ethernet_packet.set_destination(destination_mac);
    ethernet_packet.set_payload(ipv4_packet.packet());
⑤发送数据包

使用发送通道发送数据包，并做错误处理，若成功发送，在终端输出。

rust 复制代码 
match tx.send_to(ethernet_packet.packet(), None) {
    Some(Ok(_bytes_sent)) => {
        println!("Successfully sent 1 icmp packet");
        println!("Sent Packet: {:?}", ethernet_packet.packet());
    }
    Some(Err(error)) => {
        eprintln!("Error sending packet: {:?}", error);
    }
    None => {
        eprintln!("Error: No bytes sent.");
    }

（8）错误与调试

遇到了很多很多的错误，尤其以下面这个错误为最，花费了好多时间。

①ipv4长度设置不合理

问题原因：ipv4报文长度设置不合理。需人为指定设置一定长度。

②调试

在Linux上可以使用RUST_BACKTRACE=1设置终端输出错误发生时栈上的信息。

RUST_BACKTRACE=1 cargo run eth0

在windows上则需要先set RUST_BACKTRACE=1再运行。

这样可以看到在错误发生之前，具体哪些步骤出了问题。

也可以按建议的，使用RUST_BACKTRACE=FULL获取更完整的信息。十分有用。

3 实验测试

（0）操作思路

在WSL-Linux中，一个终端运行rust程序，一个终端建立与网站的tcp链接（这个可以用tcping或者httping实现）。

运行rust程序

sh 复制代码 
cargo run eth0

建立tcp链接

sh 复制代码 
httping www.hnu.edu.cn

在windows下使用wireshark对vEthernet(WSL)抓包。这样可以抓到WSL环境的包。

（1）httping验证

【注意】三个窗口的三件事同时进行。

运行rust程序，捕获tcp包的mac,ip,端口信息，成功发还ICMP不可达数据包。

【这里图片把MAC地址处理掉了，原因大家都懂的嘿嘿（MAC地址可是唯一的喔）】

使用httping对www.hnu.edu.cn进行http请求访问。由于http基于tcp实现，故这将创建一个tcp链接。

使用rust抓包，可以抓到由rust发出的ICMP不可达数据包。

使用过滤器筛选ICMP可见发送的这些包，查看其结构发现携带的信息符合预期。

（2）ping验证

由于ping使用的是ICMP包，与本实验需要作出反应的tcp连接不一致，故按照本实验预期，rust程序将不做出反应。

如下图，rust程序监听并捕获了正在发生的ICMP报文并予以显示，但不做出回应。

注意rust捕获的ip信息与wireshark中抓到的ip信息。

使用wireshark抓包。这里的ICMP不可达报文不是我们的rust做出的回应（类型不一致），可能是ping的附带产品。

（3）更换类型验证

如果想返回不可达类型为"协议不可达"，只需要更改设置即可

rust 复制代码 
icmp_packet.set_icmp_code(IcmpCode(2));

使用wireshark抓包如下，可以发现协议发生改变。

也可以更换为其它类型，应该都是可以的。

实验工程与代码

工程结构

.
├── ethernet
│   ├── Cargo.lock			<- 配置依赖的地方
│   └── Cargo.toml
│   ├── src
│       └── main.rs 		<- 这是写代码的地方
│   ├── target
│       ├── CACHEDIR.TAG
│       └── debug
│             └── ...

Cargo.toml

rust 复制代码 
[package]
name = "ethernet"
version = "0.1.0"
edition = "2021"

# See more keys and their definitions at https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/manifest.html

[dependencies]
pnet = "0.34.0"

main.rs

rust 复制代码 
use pnet::datalink::{self, NetworkInterface};
use pnet::datalink::Channel::Ethernet;
use pnet::packet::{Packet};
use pnet::packet::ethernet::{EthernetPacket,MutableEthernetPacket,EtherTypes};
use pnet::packet::ipv4::{Ipv4Packet,MutableIpv4Packet};
use pnet::packet::tcp::TcpPacket;
use pnet::packet::icmp::{IcmpType,IcmpCode};
use pnet::packet::icmp::destination_unreachable::MutableDestinationUnreachablePacket;

use std::env;

// 读入环境变量：网卡标号
fn main() {
    let interface_name = env::args().nth(1).unwrap();// 从命令行参数中获取网络接口的名称
    let interface_names_match =
        |iface: &NetworkInterface| iface.name == interface_name;// 定义一个闭包，用于检查接口名称是否与命令行参数中指定的名称匹配

    // 寻找可用网卡
    let interfaces = datalink::interfaces();// 获取系统中所有的网络接口列表

    let interface = interfaces.into_iter()
                              .filter(interface_names_match)
                              .next()
                              .unwrap();// 使用迭代器和闭包，过滤出匹配命令行参数中指定名称的接口，并获取第一个匹配的接口

    // 创建链路层隧道，解析链路层以太网包
    let (mut tx, mut rx) = match datalink::channel(&interface, Default::default()) {
        Ok(Ethernet(tx, rx)) => (tx, rx),   //tx为发送，rx为接收
        Ok(_) => panic!("Unhandled channel type"),
        Err(e) => panic!("An error occurred when creating the datalink channel: {}", e)
    };

    loop {
        match rx.next() {
            Ok(packet) => {
                let ethernet_packet = EthernetPacket::new(packet).unwrap();
                let source_mac = ethernet_packet.get_source();
                let destination_mac = ethernet_packet.get_destination();
                println!("Layer 4: Ethernet");
                println!("Source MAC: {:?}", source_mac);
                println!("Destination MAC: {:?}", destination_mac);

                // 检查链路层载荷是否是IPv4数据包
                if ethernet_packet.get_ethertype() == pnet::packet::ethernet::EtherTypes::Ipv4 {
                    if let Some(ipv4_packet) = Ipv4Packet::new(ethernet_packet.payload()) {
                        // 解析IPv4数据包
                        let source_ip = ipv4_packet.get_source();
                        let destination_ip = ipv4_packet.get_destination();
                        println!("Layer 3: Ipv4");
                        println!("Source IP: {:?}", source_ip);
                        println!("Destination IP: {:?}", destination_ip);

                        // 检查运输层载荷是否是TCP数据包
                        if ipv4_packet.get_next_level_protocol() == pnet::packet::ip::IpNextHeaderProtocols::Tcp {
                            if let Some(tcp_packet) = TcpPacket::new(ipv4_packet.payload()) {
                                // 解析TCP数据包
                                let source_port = tcp_packet.get_source();
                                let destination_port = tcp_packet.get_destination();
                                println!("Layer 2: TCP");
                                println!("Source Port: {:?}", source_port);
                                println!("Destination Port: {:?}", destination_port);

                                // 若确定是TCP包，我要发送差错报告报文,以试图干扰通信
                                send_icmp_unreachable(&mut tx, destination_ip, source_ip, destination_mac, source_mac);
                            }
                        }

                        // 忽略其它运输层包
                    }
                }
                println!("\n");

                // 忽略IPv6数据包
            },
            Err(e) => {
                // If an error occurs, we can handle it here
                panic!("An error occurred while reading: {}", e);
            }
        }
    }
}

// 发送链路层包的函数
fn send_icmp_unreachable(
    tx: &mut Box<dyn datalink::DataLinkSender>, //链路层隧道发送端指针
    source_ip: std::net::Ipv4Addr,
    destination_ip: std::net::Ipv4Addr,
    source_mac: pnet::util::MacAddr,
    destination_mac: pnet::util::MacAddr,
) {
    // 创建ICMP包 (差错报告)
    let mut icmp_buffer = vec![0u8; 8];
    let mut icmp_packet = MutableDestinationUnreachablePacket::new(&mut icmp_buffer).unwrap();
    // 设置差错报告参数
    icmp_packet.set_icmp_type(IcmpType(3));
    icmp_packet.set_icmp_code(IcmpCode(1));
    // 计算校验和
    icmp_packet.set_checksum(icmp_packet.get_checksum());

    // 创建IPv4包
    let mut ipv4_buffer = vec![0u8; 28];
    let mut ipv4_packet = MutableIpv4Packet::new(&mut ipv4_buffer).unwrap();
    // 设IPv4包参数，设置载荷为icmp包
    ipv4_packet.set_version(4);
    ipv4_packet.set_source(source_ip);
    ipv4_packet.set_destination(destination_ip);
    ipv4_packet.set_next_level_protocol
    (pnet::packet::ip::IpNextHeaderProtocols::Icmp);
    ipv4_packet.set_ttl(64);
    ipv4_packet.set_header_length(5);
    ipv4_packet.set_total_length(20+8);
    ipv4_packet.set_payload(icmp_packet.packet());
    // 计算校验和
    ipv4_packet.set_checksum(ipv4_packet.get_checksum());

    // 创建Ethernet包
    let mut ethernet_buffer = vec![0u8; 64];
    let mut ethernet_packet = MutableEthernetPacket::new(&mut ethernet_buffer).unwrap();
    // 设置源MAC和目的MAC地址，设置载荷为ipv4包
    ethernet_packet.set_ethertype(EtherTypes::Ipv4);
    ethernet_packet.set_source(source_mac);
    ethernet_packet.set_destination(destination_mac);
    ethernet_packet.set_payload(ipv4_packet.packet());

    // 发送包
    match tx.send_to(ethernet_packet.packet(), None) {
    Some(Ok(_bytes_sent)) => {
        println!("Successfully sent 1 icmp packet");
        println!("Sent Packet: {:?}", ethernet_packet.packet());
    }
    Some(Err(error)) => {
        eprintln!("Error sending packet: {:?}", error);
    }
    None => {
        eprintln!("Error: No bytes sent.");
    }
}
}

其它探索：直接向目的ip发送icmp不可达数据包

在最终探索这个的过程中，还实现了其它demo（最终被弃用），一并呈现。

如题所说，在原来的icmp-ping的基础上，直接修改ping的ICMP数据包，使得本来一个请求回应的包现在变成一个发送不可达协议的包。缺点是没法伪造发送地址，而且只能单词输入一个目的ip地址并持续发送。

依赖Cargo.toml
rust 复制代码 
[package]
name = "icmp_against_tcp_new"
version = "0.1.0"
edition = "2021"

# See more keys and their definitions at https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/manifest.html

[dependencies]
anyhow = "1.0.57"
pnet = "0.31.0"
pnet_transport = "0.31.0"
rand = "0.8.5"
代码main.rs
rust 复制代码 
use std::{net::{IpAddr}, time::{Instant, Duration}, sync::{Arc, RwLock}, env};
use pnet::packet::{ip::{IpNextHeaderProtocols,}, icmp::{IcmpTypes, echo_request::{IcmpCodes, MutableEchoRequestPacket}, echo_reply::EchoReplyPacket}, util, Packet};
use pnet_transport::{transport_channel, TransportProtocol};
use pnet_transport::TransportChannelType::Layer4;
use pnet_transport::{icmp_packet_iter};
use rand::random;

const ICMP_SIZE:usize = 64;

fn main() -> anyhow::Result<()>{
    let args: Vec<String> = env::args().collect();
    if(args.len() < 2) {
        panic!("Usage: icmp-demo target_ip");
    }
    let target_ip:IpAddr = args[1].parse().unwrap();
    println!("icpm echo request to target ip:{:#?}",target_ip);

    // 确定协议 并且创建数据包通道 tx 为发送通道, rx 为接收通道
    let protocol = Layer4(TransportProtocol::Ipv4(IpNextHeaderProtocols::Icmp));
    let (mut tx, mut rx) = match transport_channel(4096, protocol) {
            Ok((tx, rx)) => (tx, rx),
            Err(e) => return  Err(e.into()),
    };

    // 将 rx 接收到的数据包传化为 iterator
    let mut iter = icmp_packet_iter(&mut rx);
    loop {
        let mut icmp_header:[u8;ICMP_SIZE] = [0;ICMP_SIZE];
        let icmp_packet = create_icmp_packet(&mut icmp_header);
        // println!("icmp_packet:{:?}",icmp_packet);
        let timer = Arc::new(RwLock::new(Instant::now()));
        // 发送 ICMP 数据包
        tx.send_to(icmp_packet, target_ip)?;

        std::thread::sleep(Duration::from_millis(500));
    }

    Ok(())
}

/**
 * 创建 icmp EchoRequest 数据包
 */
fn create_icmp_packet<'a>(icmp_header: &'a mut [u8]) -> MutableEchoRequestPacket<'a> {
    let mut icmp_packet = MutableEchoRequestPacket::new(icmp_header).unwrap();
    icmp_packet.set_icmp_type(pnet::packet::icmp::IcmpType(3));
    icmp_packet.set_icmp_code(pnet::packet::icmp::IcmpCode(1));
    icmp_packet.set_identifier(random::<u16>());
    icmp_packet.set_sequence_number(1);
    let checksum = util::checksum(icmp_packet.packet(), 1);
    icmp_packet.set_checksum(checksum);

    icmp_packet
}
运行方式
sh 复制代码 
cargo run +目的地址
测试样例
sh 复制代码 
cargo run 233.233.233.233

效果如下：

同样可以通过修改代码，从而修改发送包的含义。

实验感悟

最直观的感觉是，这个实验确实耗费了好多精力，但也确实学到了一些东西。

首先，是Rust语言。配置Rust环境，简单学习Rust语言。这是一门崭新的语言，虽然我有一点c++的基础，学起来不是很难，基本上很快就能看懂，模仿着也能写，但总归是没那么熟练，有时错误就看不出来。

然后，是这个语言的学习交流环境。这个环境对新手来说实在是太不友好了。在中文社区基本上搜不到资源，实现的demo项目搜来搜去基本上就是那么几个，我只看到了一个ICMP的ping的实现。碰到问题在中文社区寻找答案简直是大海捞针。加了一个Rust的交流群聊，但是大家研究的方向又都不一样，也没有人细致研究过IPv4包的构建，因此也没能获取很多的帮助。但是从群聊中学习到了看文档，自己研究文档果然有很多收获，因此也能逐渐看懂一些语法和demo项目的逻辑了。

接着，是大语言模型的乏力。Rust语言有点类似python，在包管理这方面做的比c/c++好，有很多可以直接调用的包，但是这些包的迭代很快，版本号成为了一个很重要的因素，我上次只是误把pnet的"0.34.0"写成了"0.31.0"（这是pnet_transport的版本），就无法使用了。因此求助大语言模型（GPT及其国内接口）来学习Rust收效甚微，它们所知道的早就被淘汰甚至弃用了，有时无法过编译。

另外，是语言的官方文档。Rust的官方文档很缺乏示例，它出色地完成了一个文档的功能，给出了所有函数和项的原型，参数等。但它没有示例，我就不能模仿地写了，这经常导致很多错误，这些错误的排除成本很高，而且很令人绝望，对一个bug调试一上午没有得到一点反馈，真的很让人绝望。

再者，可参考的项目不足。以往实验基本上都有学长学姐的探路，在CSDN上也能找到相应的指引或经验可供参考。本次的实验是我们这一级第一次开始，这份答卷得完完整整由我们自己一笔一划书写。另外，这个实验想完成的效果，其实信息安全专业的同学知道很多可靠的软件可以直接办到，如netwox等，很少有人想到去手写这么底层的（其实虽然也还是调包）代码。所以很遗憾网上也没有相关的资源。这个项目太考验搜寻资料的能力了。

此外，理解实验的意思花了一些时间，包括向任课老师袁老师请教，向实验出题的陈学长请教，终于大概理解了这个实验想要我们干什么（实验题目的文档确实很晦涩难懂），这也导致了这个实验花的时间真的有点多了，尤其还是在接近期末周。

我大概是从上周五晚上一直写到现在，是这周二晚上。中间整整花了3天，其中大半时间花费在调bug上。

以上，是本实验的感悟，最后还要致谢一些同学/老师（不分先后，想到就写）。

感谢同班刘麟旗同学，感谢出题人陈世清学长，感谢信息安全专业的桂民强同学，感谢任课老师袁小坊老师，感谢助教月姐，以上同学/老师都在我实验遇到瓶颈的时候给予了很多帮助，并最终让我得以把这个实验，不论效果怎样，走完。

甘晴void 2023.12.19 于天马学生公寓

参考文献

最重要的3个，Rust官方库检索/文档/pnet网络编程示例（写代码需要对着看）

Rust基础（简要地了解RUST语言，比较重要）

可供参考的rust项目以及讲解（短时间看懂有难度，但可以了解一些rust网路编程逻辑）

ICMP差错攻击的一些介绍（拓宽眼界）

老师提供的参考课程（没时间看，从0开始学时间成本太高，对网络编程帮助不大，有时间想学RUST可以看）

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