分析TCP/IP协议栈代码之ARP（STM32平台）

1. ARP的简介

Address Resolution Protocol-地址解析协议

ARP为IP地址到对应的硬件地址之间提供动态映射。从逻辑Internet地址到对应的物理硬件地址需要进行翻译。这就是ARP的功能。ARP的功能是在32 bit的IP地址和采用不同网络技术的硬件地址之间提供动态映射。

2. ARP的应答流程

任何时候我们敲入下面这个形式的命令：

[html]view plaincopy

1. %ftpbsdi//示例而已

都会进行以下这些步骤。这些步骤的序号如图 4 - 2所示。

1) 应用程序FTP客户端调用函数gethostbyname(3)把主机名（bsdi）转换成32 bit的IP地址。这个函数在DNS（域名系统）中称作解析器，我们将在第1 4章对它进行介绍。这个转换过程或者使用DNS，或者在较小网络中使用一个静态的主机文件（/etc/hosts） 。

2) FTP客户端请求TCP用得到的IP地址建立连接。

3) TCP发送一个连接请求分段到远端的主机，即用上述 IP地址发送一份IP数据报（在第1 8章我们将讨论完成这个过程的细节） 。

4) 如果目的主机在本地网络上（如以太网、令牌环网或点对点链接的另一端） ，那么IP数据报可以直接送到目的主机上。如果目的主机在一个远程网络上，那么就通过 IP选路函数来确定位于本地网络上的下一站路由器地址，并让它转发 IP数据报。在这两种情况下，IP数据报都是被送到位于本地网络上的一台主机或路由器。

5) 假定是一个以太网，那么发送端主机必须把 32 bit的IP地址变换成48 bit的以太网地址。从逻辑Internet地址到对应的物理硬件地址需要进行翻译。这就是 ARP的功能。ARP本来是用于广播网络的，有许多主机或路由器连在同一个网络上。

6) ARP发送一份称作ARP请求的以太网数据帧给以太网上的每个主机。这个过程称作广播，如图 4 - 2中的虚线所示。 ARP请求数据帧中包含目的主机的IP地址（主机名为bsdi） ，其意思是“如果你是这个IP地址的拥有者，请回答你的硬件地址。 ”

7) 目的主机的ARP层收到这份广播报文后，识别出这是发送端在寻问它的 IP地址，于是发送一个ARP应答。这个ARP应答包含IP地址及对应的硬件地址。

8) 收到ARP应答后，使ARP进行请求—应答交换的IP数据报现在就可以传送了。

9) 发送IP数据报到目的主机。

3. ARP的分组格式

?以太网报头中的前两个字段是以太网的源地址和目的地址。目的地址为全 1的特殊地址是广播地址。电缆上的所有以太网接口都要接收广播的数据帧。

?两个字节长的以太网帧类型表示后面数据的类型。对于 A R P请求或应答来说，该字段的值为0 x 0 8 0 6。

?硬件类型字段表示硬件地址的类型。它的值为 1即表示以太网地址。

?协议类型字段表示要映射的协议地址类型。它的值为 0 x 0 8 0 0即表示I P地址。它的值与包含I P数据报的以太网数据帧中的类型字段的值相同，这是有意设计的（参见图 2 - 1） -忘了截过来了。

?接下来的两个1字节的字段，硬件地址长度和协议地址长度分别指出硬件地址和协议地址的长度，以字节为单位。对于以太网上I P地址的ARP请求或应答来说，它们的值分别为6和4。

?操作字段(op)指出四种操作类型，它们是 ARP请求（值为1） 、ARP应答（值为2） 、RARP请求（值为3）和R ARP应答（值为4） （我们在第5章讨论RARP） 。这个字段必需的，因为ARP请求和ARP应答的帧类型字段值是相同的。

?接下来的四个字段是发送端的硬件地址（在本例中是以太网地址） 、发送端的协议地址（IP地址） 、目的端的硬件地址和目的端的协议地址。注意，这里有一些重复信息：在以太网的数据帧报头中和ARP请求数据帧中都有发送端的硬件地址。

对于一个ARP请求来说，除目的端硬件地址外的所有其他的字段都有填充值。当系统收到一份目的端为本机的 ARP请求报文后，它就把硬件地址填进去，然后用两个目的端地址分别替换两个发送端地址，并把操作字段置为 2，最后把它发送回去。

--------------------------------以上内容整理于《TCP/IP协议详解：卷1》----------------------------

理是那个那个理，但是过于抽象了，不过是基础，看完上面再看实现，那感觉很爽的~~~

------------------------------------------以下内容产生于代码及分析--------------------------------------

4. ARP的宏定义实现

以太网协议而非802.3协议，看ETH命名的头名字就晓得了，地址位置可以结合两个header算算就出来了

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//*******ARP*******
//ARP包长度
#defineETH_ARP_PACKET_LEN28

//硬件地址长度值
#defineETHTYPE_ARP_L_V0x06
//协议地址长度值
#defineETHTYPE_ARP_PROTOCOL_SIZE_V0x04
//操作码位置2字节
#defineETH_ARP_OPCODE_H_P0x14
#defineETH_ARP_OPCODE_L_P0x15
//ARP请求操作码值
#defineETH_ARP_OPCODE_REQUEST_V0x0001
#defineETH_ARP_OPCODE_REQUEST_H_V0x00
#defineETH_ARP_OPCODE_REQUEST_L_V0x01
//ARP响应操作码值
#defineETH_ARP_OPCODE_REPLY_V0x0002
#defineETH_ARP_OPCODE_REPLY_H_V0x00
#defineETH_ARP_OPCODE_REPLY_L_V0x02
//发送者源硬件地址位置6字节
#defineETH_ARP_SRC_MAC_P0x16
//发送者源IP地址位置4字节
#defineETH_ARP_SRC_IP_P0x1c
//目标硬件地址位置6字节
#defineETH_ARP_DST_MAC_P0x20
//目标IP地址位置4字节
#defineETH_ARP_DST_IP_P0x26

5. ARP的实现函数

以太网的header在ARP的header之前，很简单的，介绍先。

配置以太网的头，为14字节：6字节目的mac地址+6字节源mac地址+2字节协议类型，如图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++;
}
}

展开就是这样的，看看宏定义是否与此一一对应呢。

在判断为arp请求之后，填充以太网的头之后响应arp请求

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voidmake_arp_answer_from_request(unsignedchar*buf)
{
unsignedchari=0;
//配置以太网的头，为14字节：6字节目的mac地址+6字节源mac地址+2字节协议类型
make_eth(buf);
buf[ETH_ARP_OPCODE_H_P]=ETH_ARP_OPCODE_REPLY_H_V;//arp响应
buf[ETH_ARP_OPCODE_L_P]=ETH_ARP_OPCODE_REPLY_L_V;

//后面的ARP_DEBUG插入此处即可。

//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);
}

当然，响应ARP请求的前提是你得确定有人向你发出ARP请求（下面那个函数就是了），并且这个人是谁，你是要知道的（通过发送者的IP和MAC地址），这个很容易，本协议是将地址放在几个全局变量里面的，大家就都知道了，虽然全局变量用起来很爽，但是对模块化以及后期维护带来的不便也是很大的。

检查是否为合法的eth，并且只接受发给本机的arp数据，此函数在上面那个函数之前被调用，再下面的代码就是演示的例程

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//检查是否为合法的eth，并且只接受发给本机的arp数据
unsignedchareth_type_is_arp_and_my_ip(unsignedchar*buf,unsignedintlen)
{
unsignedchari=0;

//帧长度不得小于以太网的最小帧长度值，即46-除以太网头和CRC检测
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);
}

//不是发给本机IP地址的不接收，那么如此说来，我在这里可以设定监听其他IP的信息!
while(i{
if(buf[ETH_ARP_DST_IP_P+i]!=ipaddr[i])
{
return(0);
}

i++;
}

return(1);
}