基于VC++的包过滤防火墙系统设计与实现

目录
摘要 I
Abstract II
目录 III
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究意义 2
1.3 课题内容 3
2 包过滤防火墙技术 4
2.1 包过滤防火墙技术简介 4
2.2 防火墙包过滤技术的特点 4
2.3 包过滤防火墙工作原理 5
2.4 数据包过滤技术 7
2.5 数据包过滤类型 8
2.6开发工具 10
3 防火墙系统构成 12
3.1 需求分析 12
3.2 设计思路 12
3.3 功能模块构成 12
3.4 功能模块介绍 13
4 系统实现 14
4.1程序关键类 14
4.2详细设计 16
4.3驱动程序设计 22
5 程序结果测试 25
6 总结 28
参考文献 29
致谢 30
2.6开发工具
2.6.1 VC++ 6.0
混合型面向对象程序设计语言既支持面向对象设计方法，也支持面向过程设计方法和结构化设计方法，最典型的是C++语言。
C++作为一种应用最广泛的面向对象程序设计语言，具有类、对象、消息等概念，全面支持面向对象技术的抽象性、封装性、继承性和多态性特征。
Visual C++6.0是微软公司推出的开发Win32应用程序的、面向对象的可视化集成工具。该工具最大优点就是提供了功能强大的MFC类库，MFC是一个很大的C++类层次结构，其中封装了大量的类及其函数，很多Windows程序所共有的标准内容可以由M-FC的类来提供，MFC类为这些内容提供了用户接口的标准实现方法，程序员所要做的就是通过预定义的接口把具体应用程序特有的东西填入这个轮廓，这将简化编程工作，大大地减少程序员编写的代码数量，使编程工作变得更加轻松容易。
Visual C++6.0不仅是一个C++编译器，而且是一个基于Windows操作系统的可视化集成开发环境（integrated development environment，IDE）。Visual C++6.0由许多组件组成，包括编辑器、调试器以及程序向导AppWizard、类向导Class Wizard等开发工具。这些组件通过一个名为Developer Studio的组件集成为开发环境。Visual C++具有发展历史长、开发范围广泛、开发的应用程序运行效率高以及具备成熟的开发技术模式等特点。
微软公司在Visual C++6.0中保留了传统的开发模式，同时扩展C++语言，让V-isual C++6.0在编写纯粹的应用程序的同时，依然可以利用现有的成熟技术进行非托管应用程序的开发。
2.6.2 MFC
MFC（Microsoft Foundation Classes，微软基础类），同VCL类似，是一种Appl-ication Framework，随微软Visual C++ 开发工具发布。该类库提供一组通用的可重用类库供开发人员使用。大部分类均从CObject直接或间接派生，只有少部分类例外。
MFC 应用程序的总体结构通常由开发人员从MFC类派生的几个类和一个CWinA-pp类对象（应用程序对象）组成。MFC提供了MFC AppWizard自动生成框架。此外MFC的部分类为MFC/ATL通用，可以在Win32 应用程序中单独包含并使用这些类。由于其易用性，初学者常误认为VC++开发必须使用MFC。这种想法是错误的。作为Application Framework， MFC的使用只能提高某些情况下的开发效率，只起到辅助作用，而不能替代整个Win32 程序设计。
MFC实际上是微软提供的用于在C++环境下编写应用程序的一个框架和引擎，VC++是Win OS下开发人员使用的专业C++ SDK，MFC就是挂在这上面的一个辅助软件开发包。
MFC是Win API与C++的结合，是一种软件编程的规范，但不是一种程序开发语言本身，可以允许用户使用各种各样的第三方编程语言来进行对Win OS下应用程序的开发，使这些被开发出来的应用程序能在Win OS下运行，比如VB、VC++、Java和Dehpi编程语言函数本质上全部源于API。
MFC是一个很大的C++类层次结构，其中封装了大量的类、接口及函数，可以将诸如窗口类定义、注册及窗口创建等操作过程通过一定的处理机制自动完成。
从物理角度看，MFC是一个类库，对应于Windows下的一系列mfc*.dll文件，M-FC编程的本质就是选择该类库中合适的类来完成指定功能。
从逻辑角度来看，MFC是一个应用程序框架，是一种新的程序开发模式。在该模式下，对程序的控制主要由MFC框架完成。
因此程序员所要做的就是通过预定义的接口把具体应用程序特有的东西填入这个轮廓，这将简化编程工作，大大地减少程序员编写的代码数量，使编程工作变得更加轻松容易。

3 防火墙系统构成
3.1 需求分析
该防火墙的主要功能是实现包过滤，其他功能主要包括以下几个方面。
1、能设置过滤规则，包括：IP地址、子网掩码、端口号、协议。
2、能添加删除规则。
3、能将过滤规则保存。
4、能对过滤规则进行安装和卸载操作。
5、能正确完整的显示所添加的过滤规则。
3.2 设计思路
根据程序的需求来完成功能和模块化设计的思想，总体设计思路如下：
任何程序都必须具有和用户进行信息交互的功能，因此用户接口部必须考虑，根据功能要求，该部分应具备：用户操作的功能菜单、能对过滤规则进行设置、显示规则界面、添加规则界面。
这样程序的功能模块应该有：过滤规则添加删除功能模块，过滤规则显示功能模块，过滤规则存储功能模块，文件储存功能模块，安装卸载规则功能模块。
3.3 功能模块构成

图3.1 防火墙模块构成
3.4 功能模块介绍
（1）过滤规则添加删除功能模块
包过滤防火墙要进行数据包过滤就需要按照用户定义的规则进行包过滤，该功能模块就是使用户能够添加或删除过滤规则。过滤规则主要包括：源IP地址、子网掩码、端口号，目的IP地址、子网掩码、端口号，协议，以及对符合该规则的数据包是放行还是阻止进行设置。然后将设置好的规则添加到存储功能模块。
（2）过滤规则显示功能模块
该功能用于显示用户添加的规则，能够对每一条规则进行删除、安装、卸载的操作，使防火墙过滤规则能够很详细的显示给用户。
（3）过滤规则存储功能模块
该功能用于存储用户添加的过滤规则，接受用户对每一条规则的操作，并按照用户的操作将规则进行处理。如：安装规则，则把用户选择的规则安装到IP过滤驱动，IP接收到此规则后按照此规则进行数据包过滤。
（4）文件存储功能模块
使用户添加的过滤规则能够保存成文件的形式方便储存，在用户添加规则后可以选择某一条规则进行保存，防火墙会将该规则保存为后缀名为.rul的文件，在下次打开防火墙的时候可以直接加载该规则。
（5）文件载入功能模块
相对于文件储存功能模块，本文转载自http://www.biyezuopin.vip/onews.asp?id=15205该功能是实现用户可以导入一个后缀名为.rul的并且保存了有效规则的文件。
（6）安装卸载功能摸块
防火墙要过滤数据包，就需要将IP过滤驱动按照定义的规则进行过滤。用户通过添加规则将规则存储于防火墙的存储功能模块中，想要将规则发送给IP过滤驱动，就需要对该规则进行安装。安装和卸载的功能就是将过滤规则传送给IP过滤驱动或是将已安装的规则从过滤驱动中删除。
（7）IP封包过滤驱动功能模块
该功能模块是整个包过滤防火墙的核心部分，IP封包过滤驱动能按照用户定义的规则对数据包做出阻止或是放行的选择。

// MainFrm.cpp : implementation of the CMainFrame class
//

#include "stdafx.h"
#include "FireWall.h"

#include "MainFrm.h"
#include "RuleDlg.h"
#include "FireWallDoc.h"
#include "FireWallView.h"
#include "SockUtil.h"
#include "Rules.h"

#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_NEW
#undef THIS_FILE
static char THIS_FILE[] = __FILE__;
#endif

/
// CMainFrame

IMPLEMENT_DYNCREATE(CMainFrame, CFrameWnd)

BEGIN_MESSAGE_MAP(CMainFrame, CFrameWnd)
	//{{AFX_MSG_MAP(CMainFrame)
	ON_WM_CREATE()
	ON_COMMAND(ID_APP_EXIT, OnAppExit)
	ON_COMMAND(ID_BUTTONADD, OnButtonadd)
	ON_COMMAND(ID_BUTTONDEL, OnButtondel)
	ON_COMMAND(ID_BUTTONSTART, OnButtonstart)
	ON_COMMAND(ID_BUTTONSTOP, OnButtonstop)
	ON_COMMAND(ID_BUTTONUNINSTALL, OnButtonuninstall)
	ON_COMMAND(IDMENU_ADDRULE, OnMenuAddRule)
	ON_COMMAND(IDMENU_DELRULE, OnMenuDelRule)
	ON_COMMAND(IDMENU_INSTALLRULES, OnMenuInstallRules)
	ON_COMMAND(ID_MENUSTART, OnMenuStart)
	ON_COMMAND(ID_MENUSTOP, OnMenuStop)
	ON_COMMAND(IDMENU_SAVERULES, OnMenuSaveRules)
	ON_COMMAND(IDMENU_UNINSTALLRULES, OnMenuUninstallRules)
	ON_COMMAND(IDMENU_LOADRULES, OnMenuLoadRules)
	ON_UPDATE_COMMAND_UI(ID_BUTTONSTART, OnUpdateButtonStart)
	ON_UPDATE_COMMAND_UI(ID_BUTTONSTOP, OnUpdateButtonStop)
	ON_UPDATE_COMMAND_UI(ID_MENUSTART, OnUpdateMenuStart)
	ON_UPDATE_COMMAND_UI(ID_MENUSTOP, OnUpdateMenuStop)
	ON_COMMAND(ID_BUTTONINSTALL, OnButtonInstall)
	//}}AFX_MSG_MAP
END_MESSAGE_MAP()

static UINT indicators[] =
{
	ID_SEPARATOR,           // status line indicator
	ID_INDICATOR_CAPS,
	ID_INDICATOR_NUM,
	ID_INDICATOR_SCRL,
};

/
// CMainFrame construction/destruction

CMainFrame::CMainFrame()//初始化加载驱动
{
	started = FALSE;
	Installed = FALSE;

	ipFltDrv.LoadDriver("IpFilterDriver", "System32\\Drivers\\IpFltDrv.sys", NULL, TRUE);//加载驱动

	ipFltDrv.SetRemovable(FALSE);

	if(filterDriver.LoadDriver("DrvFltIp", NULL, NULL, TRUE) != DRV_SUCCESS)
	{
		AfxMessageBox("加载驱动出错");

		exit(-1);
	}
	
	// TODO: add member initialization code here
	
}

CMainFrame::~CMainFrame()
{
	started = FALSE;
	ipFltDrv.LoadDriver("IpFilterDriver", "System32\\Drivers\\IpFltDrv.sys", NULL, TRUE);
	ipFltDrv.SetRemovable(FALSE);
	if(filterDriver.LoadDriver("DrvFltIp", NULL, NULL, TRUE) != DRV_SUCCESS)
	{
		AfxMessageBox("加载驱动出错");

		exit(-1);
	}
	
}

int CMainFrame::OnCreate(LPCREATESTRUCT lpCreateStruct)//创建主窗口
{
	if (CFrameWnd::OnCreate(lpCreateStruct) == -1)
		return -1;
	if (!m_wndToolBar.CreateEx(this, TBSTYLE_FLAT, WS_CHILD | WS_VISIBLE | CBRS_TOP
		| CBRS_GRIPPER | CBRS_TOOLTIPS | CBRS_FLYBY | CBRS_SIZE_DYNAMIC) ||
		!m_wndToolBar.LoadToolBar(IDR_MAINFRAME))
	{
		TRACE0("Failed to create toolbar\n");
		return -1;      // fail to create
	}

	if (!m_wndStatusBar.Create(this) ||
		!m_wndStatusBar.SetIndicators(indicators,
		  sizeof(indicators)/sizeof(UINT)))
	{
		TRACE0("Failed to create status bar\n");
		return -1;      // fail to create
	}

	// TODO: Delete these three lines if you don't want the toolbar to
	//  be dockable
	m_wndToolBar.EnableDocking(CBRS_ALIGN_ANY);
	EnableDocking(CBRS_ALIGN_ANY);
	DockControlBar(&m_wndToolBar);

	SetWindowText("简易windows防火墙");
	return 0;
}

BOOL CMainFrame::PreCreateWindow(CREATESTRUCT& cs)
{
	if( !CFrameWnd::PreCreateWindow(cs) )
		return FALSE;
	// TODO: Modify the Window class or styles here by modifying
	//  the CREATESTRUCT cs
	cs.style &= ~ FWS_ADDTOTITLE;


	return TRUE;
}

/
// CMainFrame diagnostics

#ifdef _DEBUG
void CMainFrame::AssertValid() const
{
	CFrameWnd::AssertValid();
}

void CMainFrame::Dump(CDumpContext& dc) const
{
	CFrameWnd::Dump(dc);
}

#endif //_DEBUG

/
// CMainFrame message handlers


BOOL CMainFrame::AddFilterToFw(unsigned long srcIp, 
					   unsigned long srcMask,
					   unsigned short srcPort, 
					   unsigned long dstIp,
					   unsigned long dstMask,
					   unsigned short dstPort,
					   unsigned int porotol,
					   int action)   //安装过滤钩子
{
	IPFilter pf;


	pf.protocol = porotol;

	pf.destinationIp = dstIp;			
	pf.sourceIp		 = srcIp;

	pf.destinationMask = dstMask;	
	pf.sourceMask	   = srcMask;		

	pf.destinationPort = htons(dstPort);						
	pf.sourcePort	   = htons(srcPort);				

	pf.drop = action;		
	
	
	DWORD result = filterDriver.WriteIo(ADD_FILTER, &pf, sizeof(pf));

	if (result != DRV_SUCCESS) 
	{
		AfxMessageBox("安装钩子失败");

		return FALSE;
	}

	else
		return TRUE;
}

void CMainFrame::OnAppExit() 
{
	// TODO: Add your command handler code here
	
}

void CMainFrame::OnButtonadd()   //添加规则
{
	CFireWallDoc *doc = (CFireWallDoc *)GetActiveDocument();
	CRuleDlg dlg;

	if(doc->nRules < MAX_RULES )   //过滤规则数未达到最大数目
	{
		if(dlg.DoModal() == IDOK)
		{
		
			if(doc->AddRule(dlg.srcIp, dlg.srcMask, dlg.srcPort, dlg.dstIp, dlg.dstMask,
			                dlg.dstPort, dlg.protocol, dlg.cAction) == FALSE)  //添加失败
				AfxMessageBox("添加过滤规则失败");
			else
			{
				CFireWallView *view = (CFireWallView *)GetActiveView();

				view->UpdateList();
			}
		}
	}
	else    //过滤规则数达到最大数目
		AfxMessageBox("你不能再添加规则了");

	// TODO: Add your command handler code here
	
}

void CMainFrame::OnButtondel()  //删除规则
{
	CFireWallView *view = (CFireWallView *)GetActiveView();
	CFireWallDoc *doc = (CFireWallDoc *)GetActiveDocument();
	POSITION pos = view->m_rules.GetFirstSelectedItemPosition();  //指向选中的规则
	if(doc->nRules <=0 )   //没有规则
	{
		AfxMessageBox("过滤规则0条");
		return;
	}
	else 
	{
		if (pos == NULL)    //规则未选中
		{
			AfxMessageBox("请选择要删除的规则");
			return;
		}
		else if(started == TRUE)   //正在进行过滤
		{	
			CString strTemp;
			strTemp.Format("确定要删除该条规则吗？");
			if(MessageBox(strTemp,"删除规则",MB_YESNO|MB_ICONQUESTION)==IDNO)
				return;
			else
				OnButtonstop();   //先停止过滤
		}
		
	}
	int position;
	position = view->m_rules.GetNextSelectedItem(pos);   //position为当前选中规则序数nRules+1

	CFireWallDoc *doco = (CFireWallDoc *)GetActiveDocument();
	doco->DeleteRule(position);    //调用DeleteRule(),将当前规则以后的所以规则向前移动1，即删除当前规则


	// Actualizo la vista
	view->UpdateList();        //刷新列表
	// TODO: Add your command handler code here
	
}


void CMainFrame::OnButtonstart()   //开始过滤
{
	CFireWallDoc *doco = (CFireWallDoc *)GetActiveDocument();  //从存放规则的文档中获取数据
	if(doco->nRules <=0 )   //没有规则
	{
		AfxMessageBox("请先添加过滤规则");
		started = FALSE;
	}
	else if(Installed == FALSE)   //没有安装
	{
		AfxMessageBox("你的过滤规则尚未被安装");
	}
	else if(filterDriver.WriteIo(START_IP_HOOK, NULL, 0) != DRV_ERROR_IO)
	{
		started = TRUE;
	}// TODO: Add your command handler code here
	
}

void CMainFrame::OnButtonstop()    //停止过滤
{
	if(filterDriver.WriteIo(STOP_IP_HOOK, NULL, 0) != DRV_ERROR_IO)
	{
		started = FALSE;
	}	// TODO: Add your command handler code here
	
}

void CMainFrame::OnButtonInstall()   //安装规则
{
	CFireWallDoc *doco = (CFireWallDoc *)GetActiveDocument();
	if(doco->nRules <=0 )    //没有规则
		AfxMessageBox("请先添加过滤规则");

	CFireWallDoc *doc = (CFireWallDoc *)GetActiveDocument();
	unsigned int i;
	DWORD result;

	for(i=0;inRules;i++)   //依次安装每条规则
	{
		result = AddFilterToFw(doc->rules[i].sourceIp, 
							   doc->rules[i].sourceMask,
							   doc->rules[i].sourcePort,
							   doc->rules[i].destinationIp,
							   doc->rules[i].destinationMask,
							   doc->rules[i].destinationPort,
							   doc->rules[i].protocol, 
							   doc->rules[i].action);

		if (!result) 
			break;
		Installed = TRUE;
	}
	
}

void CMainFrame::OnButtonuninstall()   //卸载规则
{
	CFireWallDoc *doco = (CFireWallDoc *)GetActiveDocument();
	if(doco->nRules <=0 )        
		AfxMessageBox("你还没有安装过滤规则");

	if(filterDriver.WriteIo(CLEAR_FILTER, NULL, 0) == DRV_ERROR_IO)
	{
		AfxMessageBox("卸载失败");
	}
	// TODO: Add your command handler code here
	
}



void CMainFrame::OnMenuAddRule() //
{
	OnButtonadd();	// TODO: Add your command handler code here
	
}

void CMainFrame::OnMenuDelRule() //
{
	OnButtondel();// TODO: Add your command handler code here
	
}

void CMainFrame::OnMenuInstallRules() //
{
	OnButtonInstall();// TODO: Add your command handler code here
	
}

void CMainFrame::OnMenuStart() //
{
	OnButtonstart();// TODO: Add your command handler code here
	
}

void CMainFrame::OnMenuStop() //
{
	OnButtonstop();// TODO: Add your command handler code here
	
}

void CMainFrame::OnMenuSaveRules()   //保存规则
{
	CFireWallDoc *doc = (CFireWallDoc *)GetActiveDocument();

	if(doc->nRules == 0)
	{
		AfxMessageBox("你还没有添加过滤规则");

		return;
	}


	CFileDialog dg(FALSE, NULL, NULL, OFN_HIDEREADONLY | OFN_CREATEPROMPT,"Rule Files(*.rul)|*.rul|all(*.*)|*.*||", NULL);
	if(dg.DoModal()==IDCANCEL)   //取消
		return;
	
	CString nf=dg.GetPathName();   //nf取得保存路径

	if(nf.GetLength() == 0)
	{
		AfxMessageBox("请选择有效的文件");

		return;
	}

	CFile file;
	CFileException e;
	
	if( !file.Open( nf, CFile::modeCreate | CFile::modeWrite, &e ) )  //新建可写文件
	{
		AfxMessageBox("打开文件失败");

		return;
	}


	unsigned int i;

	for(i=0;inRules;i++)   //依次写入第1-nRules条规则
	{
		file.Write(&doc->rules[i], sizeof(RuleInfo));
	}
	
	file.Close();   //关闭文件
	// TODO: Add your command handler code here
	
}

void CMainFrame::OnMenuUninstallRules() //
{
	OnButtonuninstall();// TODO: Add your command handler code here
	
}

void CMainFrame::OnMenuLoadRules()   //加载规则
{
	CFile file;
	CFileException e;
	DWORD nRead;

	CFireWallDoc *doc = (CFireWallDoc *)GetActiveDocument();

	CFileDialog dg(TRUE,NULL, NULL, OFN_HIDEREADONLY |
				   OFN_CREATEPROMPT,"Rule Files(*.rul)|*.rul|all(*.*)|*.*||", NULL);
	if(dg.DoModal()==IDCANCEL)   //取消
		return;
	
	CString nf=dg.GetPathName();

	if(nf.GetLength() == 0)
	{
		AfxMessageBox("请选择有效的文件.");

		return;
	}

	if( !file.Open(nf, CFile::modeRead, &e ) )
	{
		AfxMessageBox("打开文件失败.");

		return;
	}

	doc->ResetRules();   //加载时清除现有规则
	RuleInfo rule;

    do  //依次加载文件中的规则
    {
 		nRead = file.Read(&rule, sizeof(RuleInfo));
		
		if(nRead == 0)
			break;

		if(doc->AddRule(rule.sourceIp,
				        rule.sourceMask,
						rule.sourcePort,
						rule.destinationIp,
						rule.destinationMask,
						rule.destinationPort,
						rule.protocol,				   
						rule.action)  != 0)
		{

			AfxMessageBox("加载规则成功.");

			break;
		}
    }while (1);

	CFireWallView *view = (CFireWallView *)GetActiveView();

	view->UpdateList();
	// TODO: Add your command handler code here
	
}

void CMainFrame::OnUpdateButtonStart(CCmdUI* pCmdUI)//
{
	if(started)
		pCmdUI->Enable(FALSE);   //“开始”按钮不可用

	else
		pCmdUI->Enable(TRUE);	//“开始”按钮可用
}

void CMainFrame::OnUpdateButtonStop(CCmdUI* pCmdUI)//
{
	if(started)
		pCmdUI->Enable(TRUE);  //“停止”按钮可用

	else
		pCmdUI->Enable(FALSE); //“停止”按钮不可用
}

void CMainFrame::OnUpdateMenuStop(CCmdUI* pCmdUI)//
{
	if(started)
		pCmdUI->Enable(TRUE);//“停止过滤”菜单可用

	else
		pCmdUI->Enable(FALSE);//“停止过滤”菜单不可用
}

void CMainFrame::OnUpdateMenuStart(CCmdUI* pCmdUI)//
{
	if(started)
		pCmdUI->Enable(FALSE);  //“开始过滤”菜单不可用

	else
		pCmdUI->Enable(TRUE);	//“开始过滤”菜单可用
}


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