网络数据包监控与分析系统（一）：需求梳理

此项目旨在开发一个运行于 Linux 环境下的网络数据包监控与分析系统。系统会实时捕获网络数据包，运用多线程技术对数据包进行解析和处理，同时将处理结果存储于本地文件。深入理解网络数据包的结构与传输机制，提升多线程编程、网络编程以及数据处理的能力。
一：功能需求
1.数据包捕获
能够通过 libpcap 库在 Ubuntu 系统上捕获指定网络接口（如 eth0）的网络数据包。
支持设置捕获过滤器，例如只捕获 TCP 或 UDP 数据包，或者只捕获特定 IP 地址或端口的数据包。
2.多线程处理
利用 C++ 的 std::thread 实现多线程机制，将捕获到的数据包分配给不同的线程进行并行处理，提高处理效率。
线程之间需要进行有效的同步和通信，避免数据竞争和冲突。
3.数据包解析
根据 TCP/IP 协议栈，解析捕获到的数据包，提取关键信息，如源 IP 地址、目的 IP 地址、源端口号、目的端口号、协议类型（TCP、UDP 等）、数据包长度等。
对于 TCP 数据包，还需解析 TCP 头部信息，如序列号、确认号、标志位等。
4.数据存储
将解析后的数据包信息存储到本地文件，文件格式可以是文本文件（如 CSV 格式）或二进制文件，方便后续分析和查看。
支持按时间或数据包数量进行文件分割，避免单个文件过大。
5.统计分析
对捕获到的数据包进行统计分析，例如统计不同 IP 地址或端口的数据包数量、不同协议类型的数据包占比等。
生成统计报表，以直观的方式展示分析结果。
6.用户界面
提供一个简单的命令行界面或图形界面，让用户可以方便地配置捕获参数（如网络接口、过滤器等）、启动和停止捕获、查看统计信息等。

二：其他要求
1.性能要求
系统应具有较高的处理性能，能够在高网络流量下稳定运行，不出现数据包丢失或处理延迟过大的情况。
多线程处理应合理分配资源，避免线程过多导致系统性能下降。
2.稳定性要求
系统应具有较高的稳定性，能够长时间运行而不出现崩溃或异常退出的情况。
对可能出现的异常情况（如网络中断、文件读写错误等）进行有效的处理和恢复。
3.可维护性要求
代码应具有良好的结构和注释，便于后续的维护和扩展。
采用模块化设计，将不同的功能模块分离，降低模块之间的耦合度。

三：开发节奏
第一阶段：环境搭建
在 Ubuntu 系统上安装必要的开发工具和库，如 g++、libpcap、GDB、Wireshark等。
配置开发环境，确保能够正常编译和运行 C++ 代码。
第二阶段：数据包捕获和解析模块开发
1.数据包捕获
学习和使用 libpcap 库，实现网络数据包的捕获功能。
编写代码设置捕获过滤器，根据需求过滤特定的数据包。
2.数据包解析
研究 TCP/IP 协议栈，编写代码解析捕获到的数据包，提取关键信息。
对解析后的数据包信息进行验证和测试，确保解析的准确性。
第三阶段：多线程处理和数据存储模块开发
1.多线程处理
使用 C++ 的 std::thread 实现多线程机制，将捕获到的数据包分配给不同的线程进行处理。
实现线程之间的同步和通信，避免数据竞争和冲突。
2.数据存储
设计数据存储格式，如 CSV 或二进制文件。
编写代码将解析后的数据包信息存储到本地文件，支持文件分割和错误处理。
第四阶段：统计分析和用户界面开发
1.统计分析
对捕获到的数据包进行统计分析，编写代码计算不同 IP 地址、端口和协议类型的数据包数量和占比。
生成统计报表，以直观的方式展示分析结果。
2.用户界面
根据需求选择合适的界面库（如 ncurses 用于命令行界面，GTK+ 或 Qt 用于图形界面）。
设计和实现用户界面，让用户可以方便地配置捕获参数、启动和停止捕获、查看统计信息等。
第五阶段：测试和优化
1.测试
对系统进行功能测试，确保各个模块的功能正常工作。
进行性能测试，在高网络流量下测试系统的处理性能和稳定性。
进行兼容性测试，确保系统在不同版本的 Ubuntu 系统和网络环境下都能正常运行。
2.优化
根据测试结果，对系统进行优化，如优化代码性能、改进错误处理机制等。
对系统进行代码审查，确保代码的质量和可维护性。