解析ARP数据包课程设计

南京工程学院（课程设计）院系：通信工程学院课程名称:计算机网络与通信设计名称：解析ARP数据包班级：算通081班姓名：周洁学号:208080311设计时间：2011年06月13日——2011年06月16日南京工程学院算通081周洁2目录1.课程设计目的………………………………………22.课程设计要求………………………………………23.相关知识………………………………………………31)ARP数据报的消息格式……………………32)ARP协议的工作流程………………………..44.课程设计分析……………………………………….61)课程设计中的重点及难点………………..62)参考算法………….………………………………73)核心代码…………………………………………..85.相关扩展………………………………………………156.心得体会………………………………………………167.参考文献………………………………………………17南京工程学院算通081周洁3一、课程设计目的：本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。二、课程设计要求：通过编制程序，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：11ARP其中，11ARP为程序名；11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时字段三、相关知识a)ARP数据报的消息格式南京工程学院算通081周洁4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）地址的长度南京工程学院算通081周洁5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b）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ARP消息帧头部帧数据南京工程学院算通081周洁6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。7)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。四、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。南京工程学院算通081周洁7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：南京工程学院算通081周洁83.核心代码ARP数据包结构structarppkt{unsignedshorthdtyp;//硬件类型。值0001表示其为Ethernetunsignedshortprotyp;//协议类型。值0800表示上层协议为IPunsignedcharhdsize;//硬件地址长度。值为06unsignedcharprosize;//协议地址长度。值为04unsignedshortop;//操作值为0001/0002，分别表示ARP请求/应答u_charsmac[6];//源MAC地址，6Bu_charsip[4];//源IP地址，4Bu_chardmac[6];//目的MAC地址u_chardip[4];//目的IP地址};获取网络设备列表，并以混杂模式打开网络设备//获取网络设备列表if(pcap_findalldevs(&alldevs,errbuf)==-1){开始获取网卡列表选取Ethernet网卡打开网卡（混杂模式）编译设置过滤器捕获ARP包并将其相应内容输出南京工程学院算通081周洁9coutErrorinpcap_findalldevs:errbuf;return;}//选择Ethernet卡for(d=alldevs;d;d=d-next){//以混杂模式打开网卡，以接受所有的帧if((adhandle=pcap_open_live(d-name,1000,1,300,errbuf))==NULL){cout\nUnabletoopentheadapter.;pcap_freealldevs(alldevs);//释放设备列表return;}if(pcap_datalink(adhandle)==DLT_EN10MB&&d-addresses!=NULL)break;}编译过滤器并设置过滤器，只捕获ARP数据包charpacket_filter[]=”etherproto\\arp”;//过滤，选择arp协议if(pcap_compile(adhandle,&fcode,packet_filter,1,netmask)0){cout\nUnabletocompilethepacketfilter.Checkthesyntax.\n;pcap_freealldevs(alldevs);return;}//设置过滤器if(pcap_setfilter(adhandle,&fcode)0){cout\nErrorsettingthefilter.\n;pcap_freealldevs(alldevs);return;}循环捕获ARP包，并进行解析while((result=pcap_next_ex(adhandle,&header,&pkt_data))=0){输出ARP数据包的各个域的内容到文件和屏幕上}源程序#includewinsock2.h#pragmacomment(lib,Ws2_32.lib)//用到ntobs()南京工程学院算通081周洁10//等同于点击project-setting-link打开object/librarymodule编辑框后加入文件#pragmacomment(lib,wpcap.lib)#includepcap.h//此头文件没有包含在VC中,需要另外加入#includefstream.h#includeiomanip.h//格式化输出需要用到#includeconio.h//用到_getch()//注意到接收的数据包头中代表类型,数据长度的字段采用的是big-endian//所以对于2B/4B的数据要用ntohs()转换为本机形式//ARP包结构structarppkt{unsignedshorthdtyp;//硬件类型.值0001unsignedshortprotyp;unsignedcharhdsize;unsignedcharprosize;unsignedshortop;u_charsmac[6];u_charsip[4];u_chardmac[6];u_chardip[4];};voidpacket_handler(constpcap_pkthdr*header,constu_char*pkt_data,ostream&out);voidmain(intargc,char*argv[]){if(argc!=2)南京工程学院算通081周洁11{coutUsage:arpparselogfilenameendl;coutpressanykeytocontinue.endl;_getch();return;}pcap_if_t*alldevs;pcap_if_t*d;pcap_t*adhandle;charerrbuf[PCAP_ERRBUF_SIZE];u_intnetmask;charpacket_filter[]=etherproto\\arp;structbpf_programfcode;structpcap_pkthdr*header;constu_char*pkt_data;if(pcap_findalldevs(&alldevs,errbuf)==-1){coutErrorinpcap_findalldevs:errbuf;return;}for(d=alldevs;d;d=d-next){if((