python如何实现路由追踪

Python可以通过使用scapy库、subprocess模块、socket模块等方法实现路由追踪。其中，scapy库是一个强大的网络包处理工具，可以方便地构建和分析网络数据包；subprocess模块可以调用系统命令实现路由追踪；socket模块则可以直接进行底层网络编程。下面将详细介绍其中一种方法。

Python中实现路由追踪（Traceroute）的一种常见方法是使用scapy库。Scapy是一个强大的Python库，用于包生成和网络嗅探。它允许用户发送、接收、解码和处理网络包，适合进行Traceroute操作。

一、SCAPY库的介绍与安装

Scapy是一个强大的网络包处理库，能够构建、解析、嗅探和发送网络数据包。它广泛用于网络分析、安全研究和测试。要使用Scapy，需要先进行安装。

安装SCAPY

可以通过pip命令安装Scapy：

pip install scapy

安装完成后，即可在Python脚本中导入并使用Scapy进行路由追踪。

二、使用SCAPY进行路由追踪

1. 初始化Traceroute

在使用Scapy进行路由追踪时，首先需要初始化Traceroute。Traceroute通过发送一系列具有递增TTL（生存时间）的ICMP（Internet Control Message Protocol）数据包到目标主机，以便确定数据包在网络中经过的路由。

from scapy.all import *

def traceroute_target(target):
    ans, unans = sr(IP(dst=target, ttl=(1, 30))/ICMP(), timeout=2)

在上述代码中，我们使用sr()函数发送ICMP包，其中ttl参数设置为从1到30的范围。ans变量保存了成功收到响应的数据包，而unans保存了未收到响应的数据包。

2. 解析响应数据包

解析响应数据包是Traceroute的重要部分。我们可以从响应中提取每个跳的IP地址和响应时间。

    for snd, rcv in ans:

        print(f"{snd.ttl} {rcv.src} {rcv.time-snd.sent_time:.3f}s")

在这个循环中，我们遍历每个成功响应的数据包，打印出TTL、源IP地址和响应时间。

3. 执行Traceroute

完整的Traceroute函数如下：

from scapy.all import *

def traceroute_target(target):
    print(f"Traceroute to {target}")
    ans, unans = sr(IP(dst=target, ttl=(1, 30))/ICMP(), timeout=2, verbose=False)
    for snd, rcv in ans:
        print(f"{snd.ttl} {rcv.src} {rcv.time-snd.sent_time:.3f}s")
目标IP或域名
target = "google.com"
traceroute_target(target)

三、理解Traceroute的工作原理

1. TTL字段与ICMP响应

Traceroute的核心原理是利用IP包中的TTL字段。TTL字段用于限制数据包在网络中的生存时间，每经过一个路由器，TTL值会减1。当TTL值减为0时，路由器会丢弃数据包并返回一个ICMP超时消息。通过这种方式，Traceroute能够探测到数据包经过的每个路由器。

2. 数据包的发送与接收

在Traceroute过程中，源主机发送一系列TTL值递增的数据包。每个数据包在网络中经过的路由器都会根据其TTL值返回一个ICMP消息。源主机接收到这些ICMP消息后，可以解析出数据包经过的路由器信息。

3. 解析路由器信息

通过解析ICMP响应中的源IP地址，源主机可以获取每个数据包经过的路由器的IP地址。此外，通过计算每个数据包的往返时间，还可以获取到每个路由器的响应时间。

四、使用SUBPROCESS模块调用系统命令实现路由追踪

除了使用Scapy库外，还可以使用subprocess模块调用系统自带的traceroute命令，实现路由追踪。

1. 使用subprocess调用traceroute命令

在Python中可以使用subprocess模块来调用系统命令。通过subprocess模块，可以在Python脚本中执行traceroute命令，并获取其输出结果。

import subprocess

def traceroute_subprocess(target):
    process = subprocess.Popen(["traceroute", target], stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
    stdout, stderr = process.communicate()
    if process.returncode == 0:
        print(stdout.decode())
    else:
        print(stderr.decode())
目标IP或域名
target = "google.com"
traceroute_subprocess(target)

2. 解析traceroute命令输出

在使用subprocess模块调用traceroute命令后，可以解析其输出结果。traceroute命令的输出通常包含每个跳的序号、IP地址和往返时间。

    output = stdout.decode().split("\n")

    for line in output:
        print(line)

通过解析traceroute命令的输出，可以获取到数据包经过的每个路由器的信息。

五、使用SOCKET模块进行底层网络编程

除了Scapy和subprocess模块外，还可以使用socket模块进行底层网络编程，实现自定义的路由追踪功能。

1. 使用socket模块构建ICMP数据包

在使用socket模块进行底层网络编程时，需要手动构建ICMP数据包。ICMP数据包的结构包括ICMP头部和数据部分。

import socket

import os
import struct
import time
def checksum(source_string):
    sum = 0
    count_to = (len(source_string) // 2) * 2
    count = 0
    while count < count_to:
        this = source_string[count + 1] * 256 + source_string[count]
        sum = sum + this
        sum = sum & 0xffffffff
        count = count + 2
    if count_to < len(source_string):
        sum = sum + source_string[len(source_string) - 1]
        sum = sum & 0xffffffff
    sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff)
    sum = sum + (sum >> 16)
    answer = ~sum
    answer = answer & 0xffff
    answer = answer >> 8 | (answer << 8 & 0xff00)
    return answer
def create_packet(id):
    header = struct.pack('bbHHh', 8, 0, 0, id, 1)
    data = struct.pack('d', time.time())
    my_checksum = checksum(header + data)
    header = struct.pack('bbHHh', 8, 0, socket.htons(my_checksum), id, 1)
    return header + data

2. 发送ICMP数据包并接收响应

在构建ICMP数据包后，可以使用socket模块发送数据包，并接收ICMP响应。

def traceroute_socket(target):

    try:
        dest_addr = socket.gethostbyname(target)
    except socket.gaierror:
        print(f"Cannot resolve {target}: Unknown host")
        return
    icmp = socket.getprotobyname('icmp')
    udp = socket.getprotobyname('udp')
    ttl = 1
    max_hops = 30
    while ttl <= max_hops:
        recv_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, icmp)
        send_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM, udp)
        send_socket.setsockopt(socket.SOL_IP, socket.IP_TTL, ttl)
        recv_socket.bind(("", 33434))
        send_socket.sendto(create_packet(33434), (target, 33434))
        curr_addr = None
        curr_name = None
        try:
            recv_socket.settimeout(2)
            _, curr_addr = recv_socket.recvfrom(512)
            curr_addr = curr_addr[0]
            try:
                curr_name = socket.gethostbyaddr(curr_addr)[0]
            except socket.error:
                curr_name = curr_addr
        except socket.error:
            pass
        finally:
            send_socket.close()
            recv_socket.close()
        if curr_addr is not None:
            curr_host = f"{curr_name} ({curr_addr})"
        else:
            curr_host = "*"
        print(f"{ttl}\t{curr_host}")
        ttl += 1
        if curr_addr == dest_addr:
            break

3. 执行自定义的路由追踪

完整的自定义路由追踪函数如下：

import socket

import os
import struct
import time
def checksum(source_string):
    sum = 0
    count_to = (len(source_string) // 2) * 2
    count = 0
    while count < count_to:
        this = source_string[count + 1] * 256 + source_string[count]
        sum = sum + this
        sum = sum & 0xffffffff
        count = count + 2
    if count_to < len(source_string):
        sum = sum + source_string[len(source_string) - 1]
        sum = sum & 0xffffffff
    sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff)
    sum = sum + (sum >> 16)
    answer = ~sum
    answer = answer & 0xffff
    answer = answer >> 8 | (answer << 8 & 0xff00)
    return answer
def create_packet(id):
    header = struct.pack('bbHHh', 8, 0, 0, id, 1)
    data = struct.pack('d', time.time())
    my_checksum = checksum(header + data)
    header = struct.pack('bbHHh', 8, 0, socket.htons(my_checksum), id, 1)
    return header + data
def traceroute_socket(target):
    try:
        dest_addr = socket.gethostbyname(target)
    except socket.gaierror:
        print(f"Cannot resolve {target}: Unknown host")
        return
    icmp = socket.getprotobyname('icmp')
    udp = socket.getprotobyname('udp')
    ttl = 1
    max_hops = 30
    while ttl <= max_hops:
        recv_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, icmp)
        send_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM, udp)
        send_socket.setsockopt(socket.SOL_IP, socket.IP_TTL, ttl)
        recv_socket.bind(("", 33434))
        send_socket.sendto(create_packet(33434), (target, 33434))
        curr_addr = None
        curr_name = None
        try:
            recv_socket.settimeout(2)
            _, curr_addr = recv_socket.recvfrom(512)
            curr_addr = curr_addr[0]
            try:
                curr_name = socket.gethostbyaddr(curr_addr)[0]
            except socket.error:
                curr_name = curr_addr
        except socket.error:
            pass
        finally:
            send_socket.close()
            recv_socket.close()
        if curr_addr is not None:
            curr_host = f"{curr_name} ({curr_addr})"
        else:
            curr_host = "*"
        print(f"{ttl}\t{curr_host}")
        ttl += 1
        if curr_addr == dest_addr:
            break
目标IP或域名
target = "google.com"
traceroute_socket(target)

通过上述代码，我们可以使用socket模块实现自定义的路由追踪功能，获取到数据包在网络中经过的路由器信息。

六、总结

通过本文的介绍，我们了解了Python中实现路由追踪的多种方法，包括使用Scapy库、subprocess模块和socket模块。这些方法各有优劣，适用于不同的应用场景。希望本文能够帮助读者更好地理解和实现Python中的路由追踪功能。

相关问答FAQs：

如何使用Python进行网络路由追踪？
Python可以通过多种库实现网络路由追踪，其中最常用的是scapy和traceroute。scapy允许用户创建和发送网络数据包，能够灵活控制追踪过程，而traceroute则是一个专门用于路由追踪的工具。通过这些库，用户可以获取到网络路径上的每一跳信息，包括延迟和IP地址等。

Python路由追踪的应用场景有哪些？
路由追踪在网络故障排查、性能监测和网络安全分析中具有重要的应用价值。通过路由追踪，用户可以识别网络瓶颈、检测延迟较高的节点、分析网络连接的路径，甚至能够发现潜在的网络攻击或异常流量行为。

使用Python进行路由追踪时需要注意哪些问题？
在使用Python进行路由追踪时，用户应考虑网络防火墙和安全设置，某些网络可能会限制或阻止路由追踪请求。此外，使用scapy或其他库进行低级网络操作需要管理员权限，确保在测试和使用时遵循当地法律法规和网络安全政策。