分析TCP/IP協(xié)議棧代碼之ARP（STM32平臺）

1. ARP的簡介

Address Resolution Protocol-地址解析協(xié)議

ARP為IP地址到對應的硬件地址之間提供動態(tài)映射。從邏輯Internet地址到對應的物理硬件地址需要進行翻譯。這就是ARP的功能。ARP的功能是在32 bit的IP地址和采用不同網(wǎng)絡技術(shù)的硬件地址之間提供動態(tài)映射。

2. ARP的應答流程

任何時候我們敲入下面這個形式的命令：

[html]view plaincopy

1. %ftpbsdi//示例而已

都會進行以下這些步驟。這些步驟的序號如圖 4 - 2所示。

1) 應用程序FTP客戶端調(diào)用函數(shù)gethostbyname(3)把主機名（bsdi）轉(zhuǎn)換成32 bit的IP地址。這個函數(shù)在DNS（域名系統(tǒng)）中稱作解析器，我們將在第1 4章對它進行介紹。這個轉(zhuǎn)換過程或者使用DNS，或者在較小網(wǎng)絡中使用一個靜態(tài)的主機文件（/etc/hosts） 。

2) FTP客戶端請求TCP用得到的IP地址建立連接。

3) TCP發(fā)送一個連接請求分段到遠端的主機，即用上述 IP地址發(fā)送一份IP數(shù)據(jù)報（在第1 8章我們將討論完成這個過程的細節(jié)） 。

4) 如果目的主機在本地網(wǎng)絡上（如以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)或點對點鏈接的另一端） ，那么IP數(shù)據(jù)報可以直接送到目的主機上。如果目的主機在一個遠程網(wǎng)絡上，那么就通過 IP選路函數(shù)來確定位于本地網(wǎng)絡上的下一站路由器地址，并讓它轉(zhuǎn)發(fā) IP數(shù)據(jù)報。在這兩種情況下，IP數(shù)據(jù)報都是被送到位于本地網(wǎng)絡上的一臺主機或路由器。

5) 假定是一個以太網(wǎng)，那么發(fā)送端主機必須把 32 bit的IP地址變換成48 bit的以太網(wǎng)地址。從邏輯Internet地址到對應的物理硬件地址需要進行翻譯。這就是 ARP的功能。ARP本來是用于廣播網(wǎng)絡的，有許多主機或路由器連在同一個網(wǎng)絡上。

6) ARP發(fā)送一份稱作ARP請求的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀給以太網(wǎng)上的每個主機。這個過程稱作廣播，如圖 4 - 2中的虛線所示。 ARP請求數(shù)據(jù)幀中包含目的主機的IP地址（主機名為bsdi） ，其意思是“如果你是這個IP地址的擁有者，請回答你的硬件地址。 ”

7) 目的主機的ARP層收到這份廣播報文后，識別出這是發(fā)送端在尋問它的 IP地址，于是發(fā)送一個ARP應答。這個ARP應答包含IP地址及對應的硬件地址。

8) 收到ARP應答后，使ARP進行請求—應答交換的IP數(shù)據(jù)報現(xiàn)在就可以傳送了。

9) 發(fā)送IP數(shù)據(jù)報到目的主機。

3. ARP的分組格式

?以太網(wǎng)報頭中的前兩個字段是以太網(wǎng)的源地址和目的地址。目的地址為全 1的特殊地址是廣播地址。電纜上的所有以太網(wǎng)接口都要接收廣播的數(shù)據(jù)幀。

?兩個字節(jié)長的以太網(wǎng)幀類型表示后面數(shù)據(jù)的類型。對于 A R P請求或應答來說，該字段的值為0 x 0 8 0 6。

?硬件類型字段表示硬件地址的類型。它的值為 1即表示以太網(wǎng)地址。

?協(xié)議類型字段表示要映射的協(xié)議地址類型。它的值為 0 x 0 8 0 0即表示I P地址。它的值與包含I P數(shù)據(jù)報的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中的類型字段的值相同，這是有意設計的（參見圖 2 - 1） -忘了截過來了。

?接下來的兩個1字節(jié)的字段，硬件地址長度和協(xié)議地址長度分別指出硬件地址和協(xié)議地址的長度，以字節(jié)為單位。對于以太網(wǎng)上I P地址的ARP請求或應答來說，它們的值分別為6和4。

?操作字段(op)指出四種操作類型，它們是 ARP請求（值為1） 、ARP應答（值為2） 、RARP請求（值為3）和R ARP應答（值為4） （我們在第5章討論RARP） 。這個字段必需的，因為ARP請求和ARP應答的幀類型字段值是相同的。

?接下來的四個字段是發(fā)送端的硬件地址（在本例中是以太網(wǎng)地址） 、發(fā)送端的協(xié)議地址（IP地址） 、目的端的硬件地址和目的端的協(xié)議地址。注意，這里有一些重復信息：在以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀報頭中和ARP請求數(shù)據(jù)幀中都有發(fā)送端的硬件地址。

對于一個ARP請求來說，除目的端硬件地址外的所有其他的字段都有填充值。當系統(tǒng)收到一份目的端為本機的 ARP請求報文后，它就把硬件地址填進去，然后用兩個目的端地址分別替換兩個發(fā)送端地址，并把操作字段置為 2，最后把它發(fā)送回去。

--------------------------------以上內(nèi)容整理于《TCP/IP協(xié)議詳解：卷1》----------------------------

理是那個那個理，但是過于抽象了，不過是基礎，看完上面再看實現(xiàn)，那感覺很爽的~~~

------------------------------------------以下內(nèi)容產(chǎn)生于代碼及分析--------------------------------------

4. ARP的宏定義實現(xiàn)

以太網(wǎng)協(xié)議而非802.3協(xié)議，看ETH命名的頭名字就曉得了，地址位置可以結(jié)合兩個header算算就出來了

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//*******ARP*******
//ARP包長度
#defineETH_ARP_PACKET_LEN28

//硬件地址長度值
#defineETHTYPE_ARP_L_V0x06
//協(xié)議地址長度值
#defineETHTYPE_ARP_PROTOCOL_SIZE_V0x04
//操作碼位置2字節(jié)
#defineETH_ARP_OPCODE_H_P0x14
#defineETH_ARP_OPCODE_L_P0x15
//ARP請求操作碼值
#defineETH_ARP_OPCODE_REQUEST_V0x0001
#defineETH_ARP_OPCODE_REQUEST_H_V0x00
#defineETH_ARP_OPCODE_REQUEST_L_V0x01
//ARP響應操作碼值
#defineETH_ARP_OPCODE_REPLY_V0x0002
#defineETH_ARP_OPCODE_REPLY_H_V0x00
#defineETH_ARP_OPCODE_REPLY_L_V0x02
//發(fā)送者源硬件地址位置6字節(jié)
#defineETH_ARP_SRC_MAC_P0x16
//發(fā)送者源IP地址位置4字節(jié)
#defineETH_ARP_SRC_IP_P0x1c
//目標硬件地址位置6字節(jié)
#defineETH_ARP_DST_MAC_P0x20
//目標IP地址位置4字節(jié)
#defineETH_ARP_DST_IP_P0x26

5. ARP的實現(xiàn)函數(shù)

以太網(wǎng)的header在ARP的header之前，很簡單的，介紹先。

配置以太網(wǎng)的頭，為14字節(jié)：6字節(jié)目的mac地址+6字節(jié)源mac地址+2字節(jié)協(xié)議類型，如圖4-3

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//makeareturnethheaderfromareceivedethpacket
voidmake_eth(unsignedchar*buf)
{
unsignedchari=0;

//copythedestinationmacfromthesourceandfillmymacintosrc
while(i{
buf[ETH_DST_MAC+i]=buf[ETH_SRC_MAC+i];
buf[ETH_SRC_MAC+i]=macaddr[i];
i++;
}
}

展開就是這樣的，看看宏定義是否與此一一對應呢。

在判斷為arp請求之后，填充以太網(wǎng)的頭之后響應arp請求

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voidmake_arp_answer_from_request(unsignedchar*buf)
{
unsignedchari=0;
//配置以太網(wǎng)的頭，為14字節(jié)：6字節(jié)目的mac地址+6字節(jié)源mac地址+2字節(jié)協(xié)議類型
make_eth(buf);
buf[ETH_ARP_OPCODE_H_P]=ETH_ARP_OPCODE_REPLY_H_V;//arp響應
buf[ETH_ARP_OPCODE_L_P]=ETH_ARP_OPCODE_REPLY_L_V;

//后面的ARP_DEBUG插入此處即可。

//fillthemacaddresses:
while(i{
buf[ETH_ARP_DST_MAC_P+i]=buf[ETH_ARP_SRC_MAC_P+i];
buf[ETH_ARP_SRC_MAC_P+i]=macaddr[i];
i++;
}

i=0;
//filltheipv4addresses
while(i{
buf[ETH_ARP_DST_IP_P+i]=buf[ETH_ARP_SRC_IP_P+i];
buf[ETH_ARP_SRC_IP_P+i]=ipaddr[i];
i++;
}

//eth+arpis42bytes:
enc28j60PacketSend(ETH_HEADER_LEN+ETH_ARP_PACKET_LEN,buf);
}

當然，響應ARP請求的前提是你得確定有人向你發(fā)出ARP請求（下面那個函數(shù)就是了），并且這個人是誰，你是要知道的（通過發(fā)送者的IP和MAC地址），這個很容易，本協(xié)議是將地址放在幾個全局變量里面的，大家就都知道了，雖然全局變量用起來很爽，但是對模塊化以及后期維護帶來的不便也是很大的。

檢查是否為合法的eth，并且只接受發(fā)給本機的arp數(shù)據(jù)，此函數(shù)在上面那個函數(shù)之前被調(diào)用，再下面的代碼就是演示的例程

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//檢查是否為合法的eth，并且只接受發(fā)給本機的arp數(shù)據(jù)
unsignedchareth_type_is_arp_and_my_ip(unsignedchar*buf,unsignedintlen)
{
unsignedchari=0;

//幀長度不得小于以太網(wǎng)的最小幀長度值，即46-除以太網(wǎng)頭和CRC檢測
if(len{
return(0);
}

if(buf[ETH_TYPE_H_P]!=ETHTYPE_ARP_H_V||buf[ETH_TYPE_L_P]!=ETHTYPE_ARP_L_V)
{
return(0);
}

//不是發(fā)給本機IP地址的不接收，那么如此說來，我在這里可以設定監(jiān)聽其他IP的信息!
while(i{
if(buf[ETH_ARP_DST_IP_P+i]!=ipaddr[i])
{
return(0);
}

i++;
}

return(1);
}