计算机网络解析ARP数据包.docx
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计算机网络解析ARP数据包
计算机网络解析ARP数据包
成绩评定表
学生姓名
班级学号
09
专业
计算机科学与技术
课程设计题目
解析ARP数据包
评
语
组长签字：
成绩
日期
20年月日
课程设计任务书
学院
信息科学与工程学院
专业
计算机科学与技术
学生姓名
班级学号
课程设计题目
解析ARP数据包
实践教学要求与任务:
1.课程设计的目的是对网络上的ARP数据包进行解析，从而熟悉
ARP数据包的结构，对ARP协议有更好的理解和认识。
2.通过编写程序，获取网络中的ARP数据包，解析数据包的内容，
将结果显示在标准输出上，并同时写入日志文件。
工作计划与进度安排:
第15周
星期一：
设计任务分析和总体设计
星期二：
软件算法和流程设计
星期三：
软件编码实现
星期四：
软件总体调试
星期五：
交课程设计报告、答辩、验收程序
指导教师：
201年月日
专业负责人：
201年月日
学院教学副院长：
201年月日
摘要
7个人心得...................................................................1
摘要
本文首先介绍了解析ARP数据包课程设计的目的与意义，本次课程设计的要求，接着说明了，什么是ARPARP数据报消息格式以及ARP协议的工作流程加强我们对ARP协议的认识，然后分析了本次课程设计的难点、重点、参考算法、核心代码，以及对运行结果的分析，还有一些相关知识的拓展。
最后对本次课设进行了个人心得的总结。
1课程设计目的
课程设计的目的是对网络上的ARP数据包进行解析，从而熟悉
ARP数据包的结构，对ARP协议有更好的理解和认识。
2课程设计要求
通过编写程序，获取网络中的ARP数据包，解析数据包的内容，
将结果显示在标准输出上，并同时写入日志文件。
程序的具体要求如下所示：
（1）以命令行的形式运行，如下所示：
ParseArplog_file其中，arpparse为程序名；log_file为日志文件名。
（2）程序输出内容如下所示：
源IP地址源MAC地址目的IP地址目的MAC地址操作时间
各部分的说明如下所示：
源IP地址：
输出ARP消息格式中的源IP地址字段
源MAC地址：
输出ARP消息格式中的源物理地址字段
目的IP地址：
输出ARP消息格式中的目的IP地址字段。
目的MAC地址：
输出ARP消息格式中的目的物理地址字段
操作：
输出ARP消息格式中的操作字段，若为ARP请求，
则为1，若为ARP应答，则为2。
时间：
该ARP包产生的时间。
（3）当程序接收到键盘输入Ctrl+C时字段退出。
3相关知识
（1）什么是ARP
地址解析协议（AddressResolutionProtocol，ARP）是在仅知道主机的IP地址时确定其物理地址的一种协议。
因IPv4和以太网的广泛应用，其主要用作将IP地址翻译为以太网的MAC地址，但其也能在ATM和FDDIIP网络中使用。
从IP地址到物理地址的映射有两种方式：
表格方式和非表格方式。
ARP具体说来就是将网络层（IP层，也就是相当于OSI的第三层）地址解析为数据连接层（MAC层，也就是相当于OSI的第二层）的MAC地址。
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。
而在TCP/IP协议栈中，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。
于是需要一种方法，根据目的主机的IP地址，获得其MAC地址。
这就是ARP协议要做的事情。
所谓地址解析（addressresolution）就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。
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某个端口的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（ARPProxy）。
（2）ARP数据报的消息格式
网络上的每台主机或设备都有一个或多个IP地址。
IP地址是网络层的地址，在网络层，数据被组装成IP包。
但是发送IP包需要物理设备的支持（通常是Ethernet设备，在本课程设计中我们指定为Ethernet设备），即发送端必须知道目的物理地址才能将IP包发送出去，所以需要一种将IP地址映射为物理地址的机制。
ARP协议就是用来完成这个任务的。
ARP协议能够在同一个物理网络中，在给定目的主机或设备的IP地址的条件下，得到目的主机或设备的物理地址。
ARP协议的数据包格式如图所示：
08162431（位）
硬件类型
协议类型
物理地址长度
协议地址长度
操作
源物理地址（八位组0~3）
源物理地址（八位组4~5）
源IP地址（八位组0~1）
源IP地址（八位组2~3）
目的物理地址（八位组0~1）
目的物理地址（八位组2~5）
目的IP地址（八位组0~3）
ARP数据包的消息格式
下面对数据包的各个部分进行说明
硬件类型：
指定硬件接口类型。
例如，值为1表示Ethernet
协议类型：
指定发送方支持的上层协议的类型
物理地址长度：
指定物理（硬件）地址的长度
协议地址长度：
网络层协议的地址长度。
若为IP协议，其值为4
操作：
指定ARP的操作类型，例如，1表示ARP请求，2表示ARP应答
源物理地址：
指定发送方的IP地址
目的物理地址：
指定目的物理地址。
目的IP地址：
指定目的IP地址
ARP分组必须在数据链路层中被封装成侦，才能发送出去封装形式如图所示
将ARP数据包封装成一个帧
（3）ARP协议的工作流程。
1）在发送一个ARP分组之前，源主机首先根据目的IP地址，在本地ARP高速缓存表中查找与之对应的目的物理地址。
如果找到对应的物理地址，就不用进行地址解析，否则需要进行地址解析。
2）实现地址解析的第一步是产生ARP请求分组。
在相应的字段写入本地主机的源物理地址、源IP地址，在目的物理地址字段写入0，并在操作字段写入1。
3）将ARP分组发送到本地的数据链路层，并封装成帧。
以源物理地址作为源地址，以物理广播地址（FF-FF-FF-FF-FF-FF）作为目的地址，通过物理层发送出去。
4）由于采用了广播地址，因此网段内所有的主机或设备都能接受到该帧。
除了目的主机外，所有接受到该分组的主机和设备都会丢弃该分组，因为目的主机能够识别ARP消息中的目的IP地址。
5）目的主机发送ARP应答分组。
在ARP应答分组中，以请求分组中源物理地址、源IP地址作为其目的物理地址、目的IP地址，并将目的主机自身的物理地址、IP地址填入应答分组的源物理地址、源IP地址字段，并在操作字段中写入2。
该分组通过数据链路层以点对点的方式发送出去（因为现在目的方已经知道双方的物理地址）。
6）源结点接收到ARP应答分组，知道对应于目的IP地址的目的物理地址，将它作为一条新记录加入到ARP高速缓存表。
源结点将有完整源IP地址、源物理地址、目的IP地址、目的物理地址的信息和数据作为一个发送分组，传送给它的数据链路层并封装成桢，然后以点对点的方式发送到目的主机。
4课程设计分析
1.课程设计中的重点及难点
1）程序中会用到Winpcap，Winpcap是Win32环境下数据包捕获的开放代码函数库。
基于Winpcap的应用程序一般按照下面几个步骤进行设计：
输出网卡设备列表。
选择网卡并打开。
捕获数据包时，可能需要设置过滤器。
捕获数据包或者发送数据包。
2）在程序设计过程中需要注意网络—主机字节顺序的转化。
由于不同的计算机系统所采用的数据表示方式不同，对于2B或4B的数据，有的采用低字节地址存放数据的高权值位，而有的却以低地址字节存放数据低权位值，在网络的数据传输中，我们应该统一表示，所以我们在捕获数据包后，应将数据包头部的表示长度或类型的数据转换成本地机的表达形式。
可以利用函数ntohs（）将网络字节序转换为主机字节序。
3）选择网卡并打开时，注意选择可用的网卡。
2.参考算法
1）取得当前网卡设备列表。
2）选择Ethernet网卡并打开，注意判断所选网卡是否为实际存在的可用网卡。
3）设置过滤器，此处的过滤器正则表达式为“arp”或者“etherproto\\arp”。
4）捕获数据包并进行处理（包括输出各IP地址，物理地址，操作类型以及时间）。
由于要记录日志文件，为了便于输出流参数，建议采用pcap_next_ex（）函数。
流程图如图所示：
5程序代码
#include<>
#include<>
#include<>
#include""
#include<>
#pragmacomment（lib,""）
#pragmacomment（lib,""）
;
（ios:
:
left）;
out<sip[3]）<<"";
（ios:
:
left）;
;
（ios:
:
left）;
out<dip[3]）<<'';
（ios:
:
left）;
;
pcap_freealldevs（alldevs）;
return;
}
n";
return;
}
n";
pcap_freealldevs（alldevs）;
return;
}
n";
pcap_freealldevs（alldevs）;
return;
}
."<ofstreamfout（argv[1],ios:
:
app）;
计算机网络（第5版）.北京：
电子工业出版社，2008
[2]吴宜功吴英编着.计算机网络课程设计（第2版）.北京:
机械工业出版社，2012
[3]XX百科
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