计算机网络课程设计报告 解析ARP数据包含C++源码

课程设计任务书

学院 学生姓名 设计题目 计算机科学与技术学院 专业 学号 通信工程 解析ARP数据包 内容及要求： 1. 本课程以教师讲授和学生自学同步的方式进行，学校可提供上机操作，提高实际操作，设计能力。主要功能为设计程序，实现程序 2. 在完成基本技巧的讲解后，学号尾号相同的同学自行分成一组，布置不同的题目。学生独立完成 3. 教师面对面当场检查学生掌握程序情况，根据学生的学习情况及题目的完成情况评定成绩。 进度安排： 第一阶段：在学校计算机房掌握Visual C++6.0的基本使用。 第二阶段：学生自己解决上机，安装软件，自己在杂志，专业资料上参考，完成调试运行并打印出来，添加封面，完成课程设计。 指导教师（签字）： 年 月 日 学院院长（签字）： 年 月 日

目录

1. 课程设计目的………………………………………2 2. 课程设计要求………………………………………2 3. 相关知识………………………………………………2

1) ARP数据报的消息格式……………………3 2) ARP协议的工作流程………………………..4 4. 课程设计分析……………………………………….5

1) 课程设计中的重点及难点………………..5 2) 参考算法………….……………………………….6 3) 核心代码…………………………………………..7 5. 相关扩展………………………………………………8 6. 心得体会………………………………………………10 7. 参考文献………………………………………………11

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：

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

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

? 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

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

4)

5)

6) 7)

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。

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。

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）。 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。

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。

? 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。

流程图如图所示：

开始 获取网卡列表 选取Ethernet网打开网卡（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

? ARP数据包结构

struct arppkt{ };

unsigned short hdtyp; //硬件类型。值0001表示其为Ethernet 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)

{ }

for(d=alldevs;d;d=d->next)

cout<<\return;

//选择Ethernet卡

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