计算机网络课程设计
课程（设计）题目：解析ARP数据包
学 院：＿计算机科学与信息学院＿
专 业：＿通信工程＿＿＿＿＿＿＿
班 级：＿082班＿＿＿＿＿＿＿＿
学 号：＿************＿＿＿＿＿
学生姓名：＿杨邑＿＿＿＿＿＿＿＿＿
指导教师：＿何勇、杨平＿＿＿＿＿＿
2011年 12月 27日
1.摘要……………………………………………………..3
2014世界女排锦标赛2.意义与目的…………………………………………..3 3.课程设计要求………………………………………3
4.相关知识………………………………………………4
a)RP数据报的消息格式……………………..4
5.课程设计分析………………………………………..6
1)课程设计中的重点及难点………………. 6
2)参考算法………….……………………………….6
3)核心代码…………………………………………..7
6.相关扩展………………………………………………..16
7.心得体会………………………………………………..17
8.参考文献………………………………………………..18
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arp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，最后对本次试验进行了总结.
正文：
绪论：
1.意义与目的
这次课程设计的意义与目的：
我们已经学习了一个学期的计算机网络课程，在网络协议体系结构中，不管采用哪一种划分形式，网络层都是作为独立的一层，可见其在网络通信中的重要性。在网络层中有对重要协议：ARP/RARP，用于网卡物理地址（MAC地址）与网络协议地址（IP地址）之间的转换。通过这个课程设计，加深对课本知识的理解与掌握，同时自己亲自动手实现，对知识的领悟能够起到事半功倍的效果。 2.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：
arpparse logfile其中，arpparse为程序名；ｌｏｇｆｉｌｅ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
一、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1所示：
0 8 16 24 31（位） 方立天
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） |
| | |
图1 数据报的消息格式
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2所示
图2 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高速缓存表中查与之对应的目的物理地址。如果到对应的物理地址，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。
桃交易电影公安情报学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。虹膜识别
●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“ether proto\\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3所示：
图3 流程图
3.核心代码
●ARP数据包结构
struct arppkt{
unsigned short hdtyp; //硬件类型。值0001表示其为Ethernet张庭玉
unsigned short protyp; //协议类型。值0800表示上层协议为IP
unsigned char hdsize; //硬件地址长度。值为06
unsigned char prosize; //协议地址长度。值为04
unsigned short op; //操作值为0001/0002，分别表示ARP请求/应答
u_char smac[6]; //源MAC地址，6B
u_char sip[4]; //源IP地址，4B
u_char dmac[6]; //目的MAC地址
u_char dip[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)
{
cout<<"Error in pcap_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<<"\nUnable to open the adapter.";
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
char packet_filter[]=”ether proto \\arp”; //过滤，选择arp协议
if(pcap_compile(adhandle,&fcode,packet_filter,1,netmask)<0)
{ cout<<"\nUnable to compile the packet filter.Check the syntax.\n";
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