用Linux的iptables和Python類比廣域網路

更新：哥現在已經發展出了基於TUN/TAP+指令碼語言的更成熟、穩定的技術，所以下面的內容算是廢了。

首先聲明：本人只是實驗成功，還沒有進行過嚴格正確性、效能和穩定性的實驗。以下程式可能存在bug。使用者自己注意。

問題：有人在豆瓣Python版提出“在一台PC上類比多個IP地址向伺服器發起socket串連，並在建立串連後發資料包“的需求。具體要求是“可以在
介面上輸入想要類比的IP地址的範圍，比如我想類比100個使用者，就輸入192.168.4.100——192.168.4.200，然後自動以這些IP
地址向伺服器發socket串連和一些資料“，“伺服器側是一個註冊系統，以IP和序號區分不同使用者，我要想進行壓力測試必須類比不同的IP地址“。環
境是“測試所有使用的都是私網地址，而且環境比較獨立，所以不必考慮NAT和IP衝突問題“。限制：”伺服器側要是能動就好了，就是不能改動“。以下是我
的解決方案。

搭建環境：伺服器端環境不限。用戶端必須是Linux。伺服器和客戶直接通過LAN串連。以上只是邏輯要求，可以用虛擬機器在一台電腦上實現。用戶端ip地
址設定為cip，掩碼nm，伺服器端ip地址設定為sip（sip&nm ==
cip&nm），掩碼nm，預設網關cip（注意，是把伺服器的預設網關地址設定為客戶ip地址。課後練習：為什嗎？）。

軟體安裝：在用戶端裝nfqueue-bindings（http://software.inl.fr/trac/wiki/nfqueue-
bindings）。有大量的依賴需要安裝，不過不需要Perl，只要把CMakeLists.txt中“ADD_SUBDIRECTORY(perl)
“這一行去掉。另外libnetfilter-queue要自己下載編譯安裝，至少在我的機器上用rpm安裝後nfqueue-bindings不認。

運行ip模擬器：在用戶端以root許可權運行wansim.py（代碼在後面），命令列參數為：
python wansim.py sip cip ip_range
其中sip為上面設定的伺服器ip，cip為上面設定的用戶端機器ip，ip_range為要類比的ip範圍，例如：
1.1.1.1-254

1.1.1-254.1-254

222-235.1-8.2.3-6 

限制：類比ip不能進入用戶端-伺服器所用LAN的子網ip範圍，即對任何類比ip地址fip：fip&nm != sip&nm（課後作業：為什嗎？）。
ip模擬器開始運行後，所有從用戶端發起到伺服器端的tcp會話將被ip模擬器從指定ip範圍中隨機分配一個ip。伺服器程式看到的是這個類比的ip，而不是cip。

運行：運行伺服器。在客戶機上運行用戶端測試軟體。以下是我Windows上伺服器看到的效果：

 

很明顯伺服器看到的是類比出來的客戶ip。

 最後，上代碼，再次聲明，本人不負任何責任。以下代碼進入公用域。

wansim.py

import sys
sys.path.append(r'/usr/local/lib/python2.6/site-packages')
import nfqueue
import time
from socket import AF_INET, AF_INET6, inet_ntoa, inet_aton
from dpkt import ip, tcp, hexdump
import re
import sys
import random

svr_ip=sys.argv[1]

my_ip=sys.argv[2]

def parse():
        for r in sys.argv[3].split('.'):
                if '-' in r: #xxx-yyy
                        m=re.match(r'(\d+)-(\d+)', r)
                        yield range(int(m.group(1)), int(m.group(2))+1)
                else: #xxx
                        yield range(int(r), int(r)+1)
fake_ip_range=list(parse())
def get_fake_ip():
        ip = '.'.join(str(random.choice(r)) for r in fake_ip_range)
        print 'fake ip: ', ip
        return ip
        
#Track connection by src port. This is very crude. Should watch tcp more closely.
port2ip={}

time0 = None

def cb(i,payload):
        global time0
        data = payload.get_data()
        pkt = ip.IP(data)
        if not time0:
                time0=time.time()
        print time.time()-time0,\
              "source: %s" % inet_ntoa(pkt.src),\
              "dest: %s" % inet_ntoa(pkt.dst)
        if pkt.p == ip.IP_PROTO_TCP:
                #outgoing to target server
                if inet_ntoa(pkt.dst) == svr_ip:
                        if pkt.tcp.sport in port2ip:
                                pkt.src = port2ip[pkt.tcp.sport]
                        else:
                                fip = inet_aton(get_fake_ip())
                                port2ip[pkt.tcp.sport]=fip
                                pkt.src = fip

                #incoming from target server
                elif inet_ntoa(pkt.src) == svr_ip and \
                     inet_ntoa(pkt.dst) != my_ip:
                        #a stronger condition is to check if it is one of our fake ip
                        pkt.dst = inet_aton(my_ip)
                        
                pkt.tcp.sum = 0
                pkt.sum = 0
                payload.set_verdict_modified(
                        nfqueue.NF_ACCEPT,str(pkt),len(pkt))

                return 0
        payload.set_verdict(nfqueue.NF_ACCEPT)

        sys.stdout.flush()
        return 1

def run(cmd):
        from commands import getstatusoutput
        (s, o) = getstatusoutput(cmd)
        print cmd
        print 'exit code ', s
        if len(o):
                print o

cmds = [
        #intercept outgoing packets
        "iptables -t mangle -A POSTROUTING -p tcp -d %s -j NFQUEUE" % svr_ip,
        #intercept incoming packets
        "iptables -t mangle -A PREROUTING  -p tcp -s %s -j NFQUEUE" % svr_ip,
        #"iptables -A INPUT -p tcp -i eth1 -j NFQUEUE "
]

for c in cmds:
        run(c)

q = nfqueue.queue()

print "open"
q.open()

print "bind"
q.bind(AF_INET);

print "setting callback"
q.set_callback(cb)

print "creating queue"
q.create_queue(0)

print "trying to run"
try:
        q.try_run()
except KeyboardInterrupt, e:
        print "interrupted"

print "unbind"
q.unbind(AF_INET)

print "close"
q.close()

for c in cmds:
        run(c.replace('-A', '-D'))

 

如果需要更改類比ip分配的方式，只需修改get_fake_ip這個函數。