【网络协议】ARP协议

最新推荐文章于 2022-10-02 07:46:59 发布

anda0109

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分类专栏： C/C++ 网络协议

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ARP 概述

在以太网协议中规定，同一局域网中的一台主机要和另一台主机进行直接通信，必须要知道目标主机的 MAC 地址（硬件地址）。而在 TCP/IP 协议中，网络层和传输层只关心目标主机的 IP 地址。这就导致在以太网中使用 IP 协议时，数据链路层的以太网协议接到上层 IP 协议提供的数据中，只包含目的主机的 IP 地址。 ARP 是一种地址解析协议，是一个位于 TCP/IP 协议栈中低层的协议，主要是负责将 IP 地址解析为对应的 MAC 地址。ARP 协议只适用于局域网。另外，当发送主机和目的主机不在同一个局域网中时，即便知道目的主机的 MAC 地址，两者也不能直接通信，必须经过路由转发才可以。所以此时，发送主机通过 ARP 协议获得的将不是目的主机的真实 MAC 地址，而是一台可以通往局域网外的路由器的 MAC 地址。于是此后发送主机发往目的主机的所有帧，都将发往该路由器，通过它向外发送。这种情况称为 ARP 代理。

ARP 报文格式

报文格式如下图所示：其中操作类型：代表 ARP 数据包类型；0 表示 ARP 请求数据包，1 表示 ARP 应答数据包。

ARP 工作过程

局域网中每台主机都有一个 ARP 高速缓存，这个缓存存放的是最近发起的 IP 地址到 MAC 地址的映射记录。ARP 高速缓存中的表项一般都要设置超时值，如果一段时间内没有与某主机通信，就将该主机对应的 IP 与 MAC 之间的映射关系去掉，下次在需要通信时，依然发送广播。

ARP的基本工作原理如下：

每台主机都会根据以往在网络中与其他主机的通信，在自己的 ARP 缓存区（ARP Cache）中建立一个 ARP 列表，以表示网络中主机 IP 地址和 MAC 地址的对应关系。
当源主机需要将一个数据包发送到目标主机时，会首先检查自己 ARP 列表中是否存在该包中所包含的目标主机 IP 地址对应的 MAC 地址。如果有，则直接将数据包发送到这个 MAC 地址主机上；如果没有，就向本地网段（局域网）发起一个 ARP 请求的广播包，查询此 IP 地址目标主机对应的 MAC 地址。此 ARP 请求数据包里包括源主机的 IP 地址、硬件地址，以及目标主机的 IP 地址。
网络中所有的主机在收到这个 ARP 请求后，会检查数据包中的目标 IP 地址是否和自己的 IP 地址一致。如果不相同就忽略此数据包；如果相同，该主机首先将源端的MAC 地址和 IP 地址的对应表项添加到自己的 ARP 列表中。如果发现 ARP 表中已经存在该 IP 地址所对应的 MAC 地址表项信息，则将其覆盖，然后给源主机发送一个ARP 响应数据包，告诉对方自己是它需要查找的 MAC 地址主机。
源主机在收到这个 ARP 响应数据包后，将得到的目标主机的 IP 地址和 MAC 地址对应表项添加到自己的 ARP 列表中，并利用此信息开始数据的传输。如果源主机一直没有收到 ARP 响应数据包，则表示 ARP 查询失败。

下面是基于winpcap库的模拟发送ARP包的例子，通过抓包工具可以看到成功发送了ARP包和收到对方的ARP回应。但程序中未能读取到arp包。

// ArpAttack.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include "pcap.h"
#include "packet32.h"

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
#pragma comment(lib,"packet.lib")

#define EPT_ARP 0x0806                //定义了一些在构造包的时候要用到的常量
#define EPT_IP 0x0800
#define ARP_HARDWARE 0X0001
#define ARP_REPLY 0x0002
#define ARP_REQUEST 0x0001

#pragma pack(push,1)                //在定义结构的时候一顶要用到pack(push,1)和下面的pack(pop)
                                    //否则你构造的结构的长度会有问题

//以太网头部，长度14
typedef struct ethhdr               
{
  unsigned char dst[6];       //目的的MAC地址
  unsigned char src[6];       //源的MAC地址
  unsigned short type;        //帧类型
}ETHHDR,*PETHDHR;

//arp协议头，长度28
typedef struct eth_arphdr           
{
  unsigned short arp_hrd;     //硬件类型
  unsigned short arp_pro;     //协议类型
  unsigned char  arp_hln;     //硬件地址长度（6）
  unsigned char  arp_pln;     //协议地址长度（4）
  unsigned short arp_op;      //回应还是请求
 
  unsigned char arp_sha[6];   //发送者MAC地址
  unsigned long arp_spa;      //发送者IP
  unsigned char arp_tha[6];   //接收者MAC地址
  unsigned long arp_tpa;      //接收者IP
}ETH_ARPHDR,*PETH_ARPHDR;

//ARP包结构，以太网协议头+ARP协议头
typedef struct arp
{
  ETHHDR	ethhdr;
  ETH_ARPHDR eth_arp;
}ARP,*PARP;

#pragma pack(pop)

#define Max_Num_Adapter 10

char        AdapterList[Max_Num_Adapter][1024];  //定义的网络适配器列表

int main (int argc,char* argv[])
{
	LPADAPTER  lpAdapter = 0;               
	LPPACKET   lpPacket,lpPacketRecv;
	int        i;
	DWORD      dwErrorCode;
	char     AdapterName[8192]; 
	char     *temp,*temp1;                 //将AdapterNames的内容转存到AdapterList时用
	int     AdapterNum=0;
	ULONG     AdapterLength;
	ARP arpPacket;                           //定义的包结构实例
	char szPktBuf[256000];                   //用于存放包的内容


	printf("%d\n",sizeof(ETHHDR));           //这3行是我在测试结构长度时用的，如果没有使用之
	printf("%d\n",sizeof(ETH_ARPHDR));       //前说的pack(push,1),pack(pop）长度就成了14，32
	printf("%d\n",sizeof(ARP));              //48，与我们的arp包的格式不符
	i=0;  
	AdapterLength = sizeof(AdapterName);
	if(PacketGetAdapterNames((char *)AdapterName,&AdapterLength)==FALSE)//获取所有网络适配器
	{
		printf("Unable to retrieve the list of the adapters!\n");
		return -1;
	}
	temp=AdapterName;
	temp1=AdapterName;
	while ((*temp!='\0')||(*(temp-1)!='\0'))          //将AdapterNames的内容转存到AdapterList
	{
		if (*temp=='\0') 
		{
		  memcpy(AdapterList[i],temp1,(temp-temp1)*2);
		  temp1=temp+1;
		  i++;
		}
		temp++;
	}

	AdapterNum=i;
	for (i=0;i<AdapterNum;i++)
		printf("\n%d- %s\n",i+1,AdapterList[i]); //输出获得的所有网络适配器
	printf("\n");  

	lpAdapter =   PacketOpenAdapter(AdapterList[0]);   //得到对应网络适配器的_Adapter结构,我  
	
	//就一个当然是0了  
	if (!lpAdapter || (lpAdapter->hFile == INVALID_HANDLE_VALUE))
	{
		dwErrorCode=GetLastError();
		printf("Unable to open the adapter, Error Code : %lx\n",dwErrorCode); 
		return -1;
	}  

	//以太网协议头
	arpPacket.ethhdr.dst[0]=0xff;                     //目的MAC地址
	arpPacket.ethhdr.dst[1]=0xff;
	arpPacket.ethhdr.dst[2]=0xff;
	arpPacket.ethhdr.dst[3]=0xff;
	arpPacket.ethhdr.dst[4]=0xff;
	arpPacket.ethhdr.dst[5]=0xff;
	//本机MAC地址38-59-F9-1B-42-F2
	arpPacket.ethhdr.src[0]=0x38;                     //源MAC地址
	arpPacket.ethhdr.src[1]=0x59;
	arpPacket.ethhdr.src[2]=0xF9;
	arpPacket.ethhdr.src[3]=0x1B;
	arpPacket.ethhdr.src[4]=0x42;
	arpPacket.ethhdr.src[5]=0xF2;

	arpPacket.ethhdr.type=htons(EPT_ARP);

	//ARP协议头
	arpPacket.eth_arp.arp_hrd=htons(ARP_HARDWARE);
	arpPacket.eth_arp.arp_pro=htons(EPT_IP);
	arpPacket.eth_arp.arp_hln=6;
	arpPacket.eth_arp.arp_pln=4;
	arpPacket.eth_arp.arp_op=htons(ARP_REQUEST);

	arpPacket.eth_arp.arp_sha[0]=0x38;                    //源MAC地址
	arpPacket.eth_arp.arp_sha[1]=0x59;
	arpPacket.eth_arp.arp_sha[2]=0xF9;
	arpPacket.eth_arp.arp_sha[3]=0x1B;
	arpPacket.eth_arp.arp_sha[4]=0x42;
	arpPacket.eth_arp.arp_sha[5]=0xF2;
	arpPacket.eth_arp.arp_spa=inet_addr("192.168.1.102");   //源IP地址

	arpPacket.eth_arp.arp_tha[0]=0x00;						//目的MAC地址
	arpPacket.eth_arp.arp_tha[1]=0x00;
	arpPacket.eth_arp.arp_tha[2]=0x00;
	arpPacket.eth_arp.arp_tha[3]=0x00;
	arpPacket.eth_arp.arp_tha[4]=0x00;
	arpPacket.eth_arp.arp_tha[5]=0x00;
	arpPacket.eth_arp.arp_tpa=inet_addr("192.168.1.105");   //目的IP地址

	lpPacket=PacketAllocatePacket();                       //得到一个包的_Packet结构
	if(lpPacket==NULL)
	{
		printf("alloc lppacket failed");
		return -1;
	}
	PacketInitPacket(lpPacket,(char*)&arpPacket,sizeof(arpPacket));

	if(PacketSendPacket(lpAdapter,lpPacket,true)==false)
	{
		printf("error in sending packet");
		return -1;
	}
	printf("send arp ok");
	//准备接收ARP包
	lpPacketRecv = PacketAllocatePacket();
	PacketReceivePacket(lpAdapter,lpPacketRecv,true);//未收到，通过抓包工具可以看到对方已经回复了ARP请求
	printf("send ok");

	PacketFreePacket(lpPacket);        //一点扫尾的工作
	PacketCloseAdapter(lpAdapter);

	return 1;
}

参考文章：

http://blog.youkuaiyun.com/chenhanzhun/article/details/41476449