网络合约协议分析获取并解析ARP

成绩: 网络协议分析报告题目:获取并解析网络中的ARP数据包学院：计算机科学与技术学院专业：计算机科学与技术班级：0411203学号：2012211699姓名：李传根一、要求及功能编程序，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。

运行格式：程序名日志文件二、原理及方法2.0什么是ARP地址解析协议（Address Resolution Protocol，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（address resolution）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（ARP Proxy）。

2.1、ARP协议及工作原理ARP协议是“Address Resolution Protocol”（地址解析协议）的缩写。

在局域网中，网络中实际传输的是“帧”，帧里面是有目标主机的MAC地址的。

在以太网中，一个主机要和另一个主机进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址。

但这个目标MAC地址是如何获得的呢？它就是通过地址解析协议获得的。

所谓“地址解析”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。

ARP协议的基本功能就是通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC 地址，以保证通信的顺利进行。

ARP的基本运行过程：1、主机A希望发送数据分组给主机B，但不知道B的物理地址。

2、A发送广播报文，要求B主机用用他的物理地址来响应。

3、网站上所有的主机都接收到这个分组。

4、B识别自己的IP地址，发送响应报文，告诉A自己的物理地址。

2.2、ARP 的分组格式图一 ARP分组格式图二物理帧头图三 ARP帧结构2.3工作原理源主机在传输数据前，首先要对数据进行封装，在该过程中会把目的主机的IP地址和MAC地址封装进去。

在通信的初始阶段，我们能够知道目的主机的IP 地址，而MAC地址是不知道的。

这时如果目的主机和源主机在同一网络内，源主机会以第二层广播的方式发送ARP请求报文。

ARP请求报文中含有源主机的IP地址和MAC地址，以及目的主机的IP地址。

当报文通过广播的方式到达目的主机时，目的主机会响应请求报文，并返回ARP响应报文，从而源主机就可以获得目的主机的MAC地址，同样目的主机也可以获得源主机的MAC地址。

如果目的主机和源主机地址不在同一个网络中，源主机发送的IP数据包会送到交换机的默认网关，而默认网关的MAC地址同样可以通过ARP协议获取。

经过ARP协议解析IP地址之后，主机会在缓存中保存IP地址和MAC地址的映射条目，此后再进行数据交换只要从缓存中读取映射条目即可。

2.4 ARP包的填充将命令行的参数作适当的转换后填到ARP分组结构的个字段中即可。

要注意的是，填充请求包时，因为包要在Ethernet上广播，所以，物理帧头的“目的MAC”字段要填充为FFFFFFFFFFFF；而ARP帧结构中的目的MAC可填充任意值，因为它此时不起作用。

“填充数据”字段要填充为0。

三、源程序核心函数说明#include<conio.h>#include<fstream.h>#include<iomanip.h>#include"pcap.h"#include<winsock2.h>#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")#pragma comment(lib,"wpcap.lib")//定义ARP包数据struct arppkt{unsigned short hdtyp; //硬件类型unsigned short protyp; //协议类型unsigned char hdsize; //硬件地址长度unsigned char prosize; //协议地址长度unsigned short op; //（操作类型）操作值: ARP/RARP u_char smac[6]; //源MAC地址u_char sip[4]; //源IP地址u_char dmac[6]; //目的MAC地址u_char dip[4]; //目的IP地址};void packet_handler(const pcap_pkthdr *header,const u_char *pkt_data,ostream& out){//从ARP包中找到头部位置arppkt* arph = (arppkt *)(pkt_data +14);//输出源IP地址for(int i=0;i<3;i++)out<<int(arph->sip[i])<<'.';out.setf(ios::left);out<<setw(3)<<int(arph->sip[3])<<" ";out.unsetf(ios::left);//输出源MAC地址char oldfillchar=out.fill('0');out.setf(ios::uppercase);for(i=0;i<5;i++)out<<hex<<setw(2)<<int(arph->smac[i])<<'-';out<<hex<<setw(2)<<int(arph->smac[5])<<" ";out.fill(oldfillchar);out.unsetf(ios::hex|ios::uppercase);//输出目的IP地址for(i=0;i<3;i++)out<<int(arph->dip[3])<<'.';out.unsetf(ios::left);out<<setw(3)<<int(arph->dip[3])<<' ';out.unsetf(ios::left);//输出目的MAC地址out.fill('0');out.setf(ios::uppercase);for(i=0;i<5;i++)out<<hex<<setw(2)<<int(arph->dmac[i])<<'-';out<<hex<<setw(2)<<int(arph->dmac[5])<<" ";out.fill(oldfillchar);out.unsetf(ios::hex|ios::uppercase);//输出操作类型out<<ntohs(arph->op)<<" ";//输出操作时间struct tm *ltime;ltime=localtime(&header->_sec);out.fill('0');out<<ltime->tm_hour<<':'<<setw(2)<<ltime->tm_min<<':'<<setw(2)<<l time->tm_sec;out.fill(oldfillchar);out<<endl;}void main(int argc,char *argv[ ])//命令行参数{//检查输入命令格式if(argc!=2){cout<<"Please input command: ParseArp output_file"<<endl;return;}//初始化网络设备相关参数pcap_if_t *alldevs;pcap_if_t *d;pcap_t *adhandle;char errbuf[PCAP_ERRBUF_SIZE];u_int netmask;char packet_filter[]="ether proto \\arp";struct bpf_program fcode;struct pcap_pkthdr *header;const u_char *pkt_data;//获取网络设备列表if(pcap_findalldevs(&alldevs,errbuf)==-1){cout<<"Error in pcap_find all devs:"<<errbuf;return;}//选取一个Ethernet网卡for(d=alldevs;d;d=d->next){// 网卡设为混杂模式，接收所有帧if((adhandle=pcap_open_live(d->name,1000,1,300,errbuf))==NULL) {cout<<"\nUnable to open the adapter.";pcap_freealldevs(alldevs);return;}//检查数据链路是否为Ethernetif(pcap_datalink(adhandle)==DLT_EN10MB&&d->addresses!=NULL) break;}if(d==NULL){cout<<"\nNo interfaces found! Make sure Winpcap is installed.\n"; return;}//获得子网掩码netmask=((sockaddr_in*)(d->addresses->netmask))->sin_addr.S_un.S_addr;//编译过滤器，只捕获ARP包if(pcap_compile(adhandle,&fcode,packet_filter,1,netmask)<0){ cout<<"\nUnable to compile the packet filter.Check the syntax.\n"; pcap_freealldevs(alldevs);return;}//设置过滤器if(pcap_setfilter(adhandle,&fcode)<0){ cout<<"\nError setting the filter.\n";pcap_freealldevs(alldevs);return;}//显示提示信息及每项含义cout<<"listening on "<<d->description<<"..."<<endl<<endl;ofstream fout(argv[1],ios::app); //日志记录文件//为了查看日志时的方便，其中加入了日期记录time_t t;time(&t);fout.seekp(0,ios::end);if(fout.tellp()!=0)fout<<endl;fout<<"\t\tARP request(1)/reply(2) on"<<ctime(&t);cout<<"Sour Ip Addr"<<" "<<"Sour MAC Address" <<" "<<"Des Ip Addr"<<" "<<"Des MAC Address"<<" "<<"OP"<<" "<<"Time"<<endl; fout<<"Sour Ip Addr"<<" "<<"Sour MAC Address" <<" "<<"Des Ip Addr"<<" "<<"Des MAC Address" <<" "<<"OP"<<" "<<"Time"<<endl; //释放设备列表pcap_freealldevs(alldevs);//开始截获ARP包int result;while((result=pcap_next_ex(adhandle,&header,&pkt_data))>=0){ //循环解析ARP数据包if(result==0)continue;//解析ARP包，结果输出到屏幕与文件packet_handler(header,pkt_data,cout);packet_handler(header,pkt_data,fout);}}四、实验环境及平台搭建操作系统：windows 8运行环境：Microsoft Visual C++ 6.0开发包：wincap SDK，以及最新platform SDK的一些库文件1.把wincap SDK里面的库文件以及lib包含到源程序中，避免包含wincap 头文件时出现找不到头文件的错误具体方法：在菜单栏中->工具->选项—>目录，然后选择include要包含的库的路径2.下载最新platform SDK里面的部分库文件strsafe.h，然后添加到vc6.0安装目录里面的include文件夹里面，源程序需要用到这个头文件，但是vc6.0里面没有这个开发语言：C语言，C++五、实验结果及分析实验结果：相关扩展与分析：算法和代码提示：调用socket（）打开协议簇为PF_PACKET的原始套接字，这样我们就可以收到数据链路帧：int fd = socket(PF_PACKET,SOCK_RAM,htons(ETH_P_ALL));对打开的套接字调用ioct1（），将网卡设置为混杂模式，这样我们就可以接受到局域网中所有的包（包括目的地址不是本机的帧）：struct ifreq req;memset (&req,0,sizeof(req));strncpy(req.ifr_name,”eth0”,strlen(“eth0”)+1);ioctl(fd,SIOCGIFFLAS,&req);req.ifr_flags|=IFF_PROMISC; //设置为混杂模式icotl(fd, SIOCGIFFLAGS,&req);利用recvfrom（）接收包：recvform(fd,buffer,sizeof(buffer),0,(struct sockaddr *)&from,&from_len);接收到包后，判断是否为ARP包，若是ARP包则进行处理，否则丢弃。