ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）是网络通信中不可或缺的一部分，用于将IP地址解析为MAC地址。本文将深入探讨ARP输入处理的流程，包括数据包的解析、格式检查、请求与响应包的处理，以及ARP表的更新机制。通过代码示例和FAQ，帮助开发者掌握ARP协议的核心知识点。
一、ARP输入处理的流程概述
ARP输入处理的核心任务是解析从网络上接收到的ARP包，并根据其类型（请求或响应）进行相应的处理。以下是处理流程的简要概述：
数据包解析：从以太网数据包中提取ARP包。
格式检查：验证ARP包的格式是否正确。
类型判断：判断ARP包是请求包还是响应包。
请求包处理：如果接收到请求包，发送响应包，并更新ARP表。
响应包处理：如果接收到响应包，更新ARP表。
二、数据包解析与格式检查
ARP包封装在以太网数据包中，解析ARP包需要先移除以太网包头。以下是代码示例：
// 移除以太网包头
void remove_eth_header(struct packet *pkt) {
pkt->data += ETH_HEADER_LEN; // 移动数据指针
pkt->len -= ETH_HEADER_LEN; // 减少数据长度
}
// 检查ARP包格式
bool check_arp_packet(struct arp_packet *arp) {
if (arp->hardware_type != ARP_HARDWARE_TYPE_ETHERNET) {
return false; // 硬件类型不匹配
}
if (arp->protocol_type != ARP_PROTOCOL_TYPE_IP) {
return false; // 协议类型不匹配
}
if (arp->hardware_addr_len != MAC_ADDR_LEN) {
return false; // 硬件地址长度不匹配
}
if (arp->protocol_addr_len != IP_ADDR_LEN) {
return false; // 协议地址长度不匹配
}
if (arp->opcode != ARP_REQUEST && arp->opcode != ARP_REPLY) {
return false; // 操作码不匹配
}
return true; // 格式正确
}
三、请求包处理
当接收到ARP请求包时，需要发送响应包，并更新ARP表。以下是代码示例：
// 构造ARP响应包
void make_arp_response(struct arp_packet *req, struct arp_packet *resp) {
resp->hardware_type = ARP_HARDWARE_TYPE_ETHERNET;
resp->protocol_type = ARP_PROTOCOL_TYPE_IP;
resp->hardware_addr_len = MAC_ADDR_LEN;
resp->protocol_addr_len = IP_ADDR_LEN;
resp->opcode = ARP_REPLY;
memcpy(resp->sender_mac_addr, my_mac_addr, MAC_ADDR_LEN);
memcpy(resp->sender_ip_addr, my_ip_addr, IP_ADDR_LEN);
memcpy(resp->target_mac_addr, req->sender_mac_addr, MAC_ADDR_LEN);
memcpy(resp->target_ip_addr, req->sender_ip_addr, IP_ADDR_LEN);
}
// 更新ARP表
void update_arp_table(struct arp_packet *arp) {
memcpy(arp_table.sender_mac_addr, arp->sender_mac_addr, MAC_ADDR_LEN);
memcpy(arp_table.sender_ip_addr, arp->sender_ip_addr, IP_ADDR_LEN);
arp_table.state = ARP_STATE_OK;
}
四、响应包处理
当接收到ARP响应包时，只需更新ARP表。以下是代码示例：
// 处理ARP响应包
void handle_arp_reply(struct arp_packet *arp) {
if (memcmp(arp->target_ip_addr, my_ip_addr, IP_ADDR_LEN) != 0) {
return; // 不是发给我的包
}
update_arp_table(arp);
}
五、FAQ：常见问题与解答
以下是关于ARP输入处理的常见问题与解答：
问题 答案
ARP请求包和响应包的区别是什么？ ARP请求包用于查询某个IP地址对应的MAC地址，而ARP响应包用于告知查询结果。
如何判断ARP包是否有效？ 通过检查硬件类型、协议类型、地址长度和操作码等字段是否符合规范。
ARP表的作用是什么？ ARP表用于存储IP地址与MAC地址的映射关系，以便快速查找目标MAC地址。
ARP表更新的时机是什么？ 当接收到ARP请求包或响应包时，提取发送方的IP地址和MAC地址，更新ARP表。
如何处理无效的ARP表项？ 通过超时机制定期检查ARP表项的有效性，如果无效则重新请求MAC地址。
六、ARP请求与响应的对比
以下是ARP请求包与响应包的对比表：
特性 ARP请求包 ARP响应包
操作码 ARP_REQUEST (1) ARP_REPLY (2)
发送方MAC查询方的MAC地址 被查询方的MAC地址
目标MAC 广播地址 (FF:FF:FF:FF:FF:FF) 查询方的MAC地址
发送方IP 查询方的IP地址 被查询方的IP地址
目标IP 被查询方的IP地址 查询方的IP地址
七、ARP输入处理的完整流程
以下是ARP输入处理的完整流程图：
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| 接收以太网包 |
+-------------------+
|
v
+-------------------+
| 提取ARP包 |
+-------------------+
|
v
+-------------------+
| 格式检查 |
+-------------------+
|
v
+-------------------+
| 判断包类型 |
+-------------------+
|
v
+-------------------+
| 请求包处理 |
| (发送响应包) |
+-------------------+
|
v
+-------------------+
| 更新ARP表 |
+-------------------+
|
v
+-------------------+
| 响应包处理 |
| (更新ARP表) |
+-------------------+
八、超时机制的引入
ARP表项的有效性需要通过超时机制来维护。以下是超时机制的代码示例：
// 检查ARP表项是否超时
bool is_arp_entry_timeout(struct arp_entry *entry) {
if (entry->state != ARP_STATE_OK) {
return true; // 状态无效
}
if (time(NULL) - entry->timestamp > ARP_TIMEOUT) {
return true; // 超时
}
return false;
}
// 更新ARP表项时间戳
void update_arp_entry_timestamp(struct arp_entry *entry) {
entry->timestamp = time(NULL);
}
通过本文的详细讲解，开发者可以全面掌握ARP输入处理的流程与核心知识点，为实现高效的网络协议栈奠定基础。