【文章內容簡介】 正確網關 MAC 地址的主機，運行軟件時只需監(jiān)測主機向該主機申請網關 MAC地址。基本實現方法就是建立一應用程序，一層一層的添加頭部信息，發(fā)送到監(jiān)測主機，然后監(jiān)測主機在進行解析，得到用戶數據（正確的網關 MAC 地址）。圖 顯示了數據包的封裝過程。 傳輸層及其以下的通信機制由內核提供， 應用層由用戶進程提供，應用程序對通信數據的含義進行解釋，可以認為是應用層之間的協(xié)議。應用層數據通過協(xié)議棧發(fā)到網絡上時，每層協(xié)議都要加上一個數據首部（ header），稱為封 6 裝（ Encapsulation） [7]。 用 戶 數 據用 戶 數 據A P P L 首 部應 用 數 據T C P 首 部T C P段應 用 數 據T C P 首 部I P 首 部I P數據包應 用 數 據T C P 首 部I P 首 部以 太 網 頭 部以太網幀應 用 程 序T C PI P以 太 網 驅動 程 序 圖 ARP 工作原理 協(xié)議 ARP 協(xié)議 是常用的 TCP/IP 底層協(xié)議 。在以太網中進行 IP 通信的時候需要一個協(xié)議來建立 IP 地址與 MAC 地址的對應關系，以使 IP 數據包能發(fā)到一個確定的地方去。這就是 ARP(Address Resolution Protocol，地址解析協(xié)議 )。 ARP 幀共有 42 位，加上 18 位填充位以及 4位 CRC，組成 64 位物理幀。格式如圖 [8]所示。 7 幀類型硬件類型協(xié)議類型硬件地址長度源以太網地址協(xié)議地址長度操作字段目的以太網地址接收端以太網地址接收端I P發(fā)送端I P發(fā)送端以太網地址6 6 2 1 1 22 2 6 46 4 圖 ARP 協(xié)議的工作過程： 當一個基于 TCP/IP 的應用程序需要從一臺主機發(fā)送數據給另一臺主機時，它把信息分割并封裝成包，附上目的主機的 IP 地址。然后，尋找 IP地址到實際 MAC 地址的映射，這需要發(fā)送 ARP數據包 消息。當 ARP 找到了目的主機 MAC 地址后，就可以形成待發(fā)送幀的完整以太網幀頭。最后，協(xié)議棧將 IP 包封裝到以太網幀中進行傳送。如圖 所示，描述了 ARP 廣播過程。在圖 中，當主機 A要和主機 B 通信（如主機 A Ping 主機 B）時。主機 A 會先檢查其 ARP 緩存內是否有主機 B 的 MAC 地址。如果沒有，主機 A會發(fā)送一個 ARP 請求廣播包，此包內包含著其欲與之通信的主機的 IP地址，也就是主機 B的 IP地址。當主機 B 收到此廣播后，會將自己的 MAC地址利用 ARP響應包傳給主機 A，并更新自己的 ARP 緩存，也就是同時將主機 A 的 IP 地址 /MAC 地址對保存起來，以供后面使用。主機 A在得到主機 B的 MAC 地址后，就可以與主機 B通信了。同時，主機 A也將主機 B的 IP地址 /MAC 地址對保存在自己的 ARP 緩存內 也就是后面對應的 ARP緩沖表 。 8 H o s t AI P 地 址 9 0 . 0 . 1 1 6 . 1 3 0M A C 地 址 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1H o s t BI P 地 址 9 0 . 0 . 1 1 6 . 1 3 1M A C 地 址 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2H o s t CI P 地 址 9 0 . 0 . 1 1 6 . 1 3 2M A C 地 址 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3以 太 網A R P 請 求 廣 播 包I P 地 址 ： 9 0 . 0 . 1 1 6 . 1 3 1M A C 地 址 ： 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2A R P 響 應 包I P 地 址 ： 9 0 . 0 . 1 1 6 . 1 3 0M A C 地 址 ： 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 圖 ARP廣播 緩沖區(qū) 在工作站 PC的 windows 環(huán)境中， ARP 條目的壽命是 2 分鐘 。 在工作站 PC的 Windows環(huán)境中，可以使用命令 arp a 查看當前的 ARP 緩存，如圖 3 所示。 為了能夠人工的修改 ARP 緩存，可以使用 arp – d來刪除 ARP 緩存里面存放的 IPMAC 地址對。 IPMAC 地址對也就是電腦里存儲的關于 IP 地址與 MAC 地 址的對應關系， dynamic 表示是臨時存儲在 ARP緩存中的條目，過一段時間就會超時被刪除 (具體時間不同操作系統(tǒng)不同 )。 Static表示是靜態(tài)存儲在 ARP緩存中的條目，不會因為超時而被刪除，這也為我們設計保護本機通信提供了一些方法依據。 9 圖 Windows環(huán)境下，命令 arp a的輸出 報文格式 IPMAC 映射 [9] 每個網卡都有自己全球唯一的 MAC地址，它們是以 MAC地 址來傳輸以太網數據包的，它們不可能識別 IP 包中的 IP 地址，實際上網卡把 收 到的包提交到協(xié)議棧的緩沖，成為鏈路層包，再分離出 IP 層的包，再分離出 TCP ， UDP? 。發(fā)送包則是相反的過程 ，進行添加頭部信息 。 包的格式 一個 ARP包是分為兩個部分的，前面一個是物理幀頭或 EtherHeader，后面一個才是 ARP 幀或 ArpFrame[10]。 首先，物理幀頭，它將存在于任何一個協(xié)議數據包的前面，叫 DLC Header，因為這個幀頭是在數據鏈路層構造的，并且其主要內容為收發(fā)雙方的 10 物理地址 （ MAC 地址） ，以便硬件設備識別。 表 對局域網內所有的主機 MAC 地址進行廣播，包括：接收方的 MAC 地址、發(fā)送方 MAC 地址、網絡的類型這里就是以太網默認值為（ 0X0806）。因為這里說的是廣播數據則接收 MAC地址為 ffffffffffff。另需填充是發(fā)送方的 MAC地址。 表 物理幀頭格式 DLC Header 字段 長度（ Byte） 默認值 備注 接收方 MAC 6 廣播時， 為 ffffffffffff 發(fā)送方 MAC 6 Etnertype 2 0x0806 0X0806 是 ARP 幀的類型值 采用 C語言中的枚舉類型 [11]就行設置同一結構體中的數據和結構體的設置如下： enum{ MAC_ADDR_LEN = 6, // mac 地址的長度 IP_ADDR_LEN = 4 // IP 地址的長度 }。 typedef struct { unsigned char eh_dst[MAC_ADDR_LEN]。 //以太網目的地址 unsigned char eh_src[MAC_ADDR_LEN]。 //以太網源地址 unsigned short eh_type。 //以太網類型，默認 0x0806 char data[1]。//字符指針用來執(zhí)行 ARP 頭部 } ETH_t, *pETH_t。 下面是 ARP 幀，硬件類型、上層協(xié)議類型等都是些固定的數值，針對常用的以太網，只需設置為默認值即可，硬件類型以太網類型 值默認為 0x1，上層協(xié)議類型為 IP 協(xié)議默認值為 0x0800， Mac 地址長度為 6， IP 地址長度對于 IP4， IP 地址長度為 4。，操作碼就是請求和應答，其他 MAC地址和 IP 地址根據發(fā)送接收的關系來填寫。 表 ARP 幀格式 11 ARP Frame 字段 長度（ byte） 默認值 備注 硬件類型 2 0x1 以太網類型值 上層協(xié)議類型 2 0x0800 上層協(xié)議為 IP 協(xié)議 Mac 地址長度 1 0x6 以太網 Mac地址長度為 6 IP地址長度 1 0x4 IP 地址長度為 4 操作碼 2 0x1表示 ARP請求 包， 0x2 表示應答包 發(fā)送方 Mac 6 發(fā)送方 Ip 4 接受方 Mac 6 接收 Ip 4 填充數據 18 物理幀至少為 64字節(jié)前面的 42字節(jié)加上 4個校驗字節(jié)還差 18 個字節(jié) 包的填充 對于 ARP包分為兩種：一種是 ARP 請求包，另一種是 ARP 應答包。 (Ⅰ )請求包的填充 比如電腦 MAC 地址為 aaaaaaaaaaaa ， IP 為 需查詢 的 MAC 地址 。首先填充 DLC Header，想要知道某個 主機 對應的 MAC 地 址是要給全網發(fā)送廣播的，所以接收方 MAC 肯定是 ffffffffffff， 如表 所示。 表 ARP 請求包中的 DLC 幀頭 12