解析ARP数据包课程设计.doc

-本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可-内页可以根据需求调整合适字体及大小-解析ARP数据包课程设计(总18页)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:1设计时间：2011年06月13日2011年06月16日目录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。，程序输出内容如下所示： 源地址 源地址 目的地址 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 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： 0 8 16 24 31（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03） 源物理地址（八位组45） 源IP地址（八位组01） 源IP地址（八位组23） 目的物理地址（八位组01） 目的物理地址（八位组25） 目的IP地址（八位组03）ARP数据包的消息格式下面对数据包的各个部分进行说明l 硬件类型：指定硬件接口类型。例如，值为1表示Ethernetl 协议类型：指定发送方支持的上层协议的类型l 物理地址长度：指定物理（硬件）地址的长度l 协议地址长度：网络层协议的地址长度。若为IP协议，其值为4l 操作：指定ARP的操作类型，例如，1表示ARP请求，2表示ARP应答l 源物理地址：指定发送方的IP地址l 目的物理地址：指定目的物理地址。l 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ARP消息帧头部 帧数据 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：l 输出网卡设备列表。l 选择网卡并打开。l 捕获数据包时，可能需要设置过滤器。l 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“ether protoarp”。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：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3. 核心代码l ARP数据包结构struct arppkt unsigned short hdtyp; ;pcap_freealldevs(alldevs); n" pcap_freealldevs(alldevs); return;n" pcap_freealldevs(alldevs); return;l 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 l 源程序#include<>#pragma comment(lib,"") 0001unsigned short protyp;unsigned char hdsize;unsigned char prosize;unsigned short op;u_char smac6;u_char sip4;u_char dmac6;u_char dip4;void packet_handler(const pcap_pkthdr *header,const u_char *pkt_data,ostream& out);void main(int argc,char *argv )if(argc!=2)cout<<"Usage:arpparse logfilename"<<endl;cout<<"press any key to continue."<<endl;_getch();return;pcap_if_t *alldevs;pcap_if_t *d;pcap_t *adhandle;char errbufPCAP_ERRBUF_SIZE;u_int netmask;char packet_filter="ether proto arp"struct bpf_program fcode;struct pcap_pkthdr *header;const u_char *pkt_data;if(pcap_findalldevs(&alldevs,errbuf)=-1)cout<<"Error in pcap_findalldevs:"<<errbuf;return;for(d=alldevs;d;d=d->next) if(adhandle=pcap_open_live(d->name,1000,1,300,errbuf)=NULL)cout<<"nUnable to open the adapter."pcap_freealldevs(alldevs);return;if(pcap_datalink(adhandle)=DLT_EN10MB&&d->addressess!=NULL)break;if(d=NULL) cout<<"nNo interfaces found! Make sure Winpcap is installed.n" return;n" pcap_freealldevs(alldevs); return;n" pcap_freealldevs(alldevs); return;cout<<"ttlistening on "<<d->description<<"."<<endl<<endl; (ios:left); out<<setw(3)<<int(arph->sip3)<<" " (ios:uppercase); for(i=0;i<5;i+) out<<hex<<setw(2)<<int(arph->smaci)<<'-' out<<hex<<setw(2)<<int(arph->smac5)<<" " (oldfillchar); (ios:hex|ios:uppercase); for(i=0;i<3;i+) out<<int(arph->dip3)<<'.'(ios:left);1. 计算机网络（第四版）大连理工大学出版社20032. 宋凯等著. 计算机网络. 北京：清华大学出版社 20103. 吴功宜等著. 计算机网络课程设计. 北京:机械工业出版社4. 李爱华等著. 面向对象程序设计（C+语言）. 北京：清华大学出版社2010