arp报文定义与基本介绍

tcpip/header/arp.go

@@ -0,0 +1,99 @@
+package header
+
+import "netstack/tcpip"
+
+const (
+	// ARPProtocolNumber是ARP协议号，为0x0806
+	ARPProtocolNumber tcpip.NetworkProtocolNumber = 0x0806
+
+	// ARPSize是ARP报文在IPV4网络下的长度
+	ARPSize = 2 + 2 + 1 + 1 + 2 + 2*6 + 2*4 // 28 Bytes
+)
+
+// ARPOP 代表ARP的操作码
+type ARPOp uint16
+
+// RFC 826 定义的操作码
+const (
+	// arp 请求
+	ARPRequest ARPOp = 1
+	// arp应答
+	ARPReply ARPOp = 2
+)
+
+/*
+ARP报文的封装
+1. 2B 硬件类型(hard type) 硬件类型用来指代需要什么样的物理地址，如果硬件类型为 1，表示以太网地址
+2. 2B 协议类型 协议类型则是需要映射的协议地址类型，如果协议类型是 0x0800，表示 ipv4 协议。
+3. 1B 硬件地址长度 表示硬件地址的长度，单位字节，一般都是以太网地址的长度为 6 字节。
+4. 1B 协议地址长度： 表示协议地址的长度，单位字节，一般都是 ipv4 地址的长度为 4 字节。
+5. 2B 操作码 这些值用于区分具体操作类型，因为字段都相同，所以必须指明操作码，不然连请求还是应答都分不清。
+         1=>ARP 请求, 2=>ARP 应答，3=>RARP 请求，4=>RARP 应答。
+6. 6B 源硬件地址 源物理地址，如02:f2:02:f2:02:f2
+7. 4B 源协议地址 源协议地址，如192.168.0.1
+8. 6B 目标硬件地址 目标物理地址，如03:f2:03:f2:03:f2
+9. 4B 目标协议地址 目标协议地址，如 192.168.0.2
+*/
+type ARP []byte
+
+// 从报文中得到硬件类型
+func (a ARP) hardwareAddressSpace() uint16 { return uint16(a[0])<<8 | uint16(a[1]) }
+
+// 从报文中得到协议类型
+func (a ARP) protocolAddressSpace() uint16 { return uint16(a[2])<<8 | uint16(a[3]) }
+
+// 从报文中得到硬件地址的长度
+func (a ARP) hardwareAddressSize() int { return int(a[4]) }
+
+// 从报文中得到协议的地址长度
+func (a ARP) protocolAddressSize() int { return int(a[5]) }
+
+// Op从报文中得到arp操作码.
+func (a ARP) Op() ARPOp { return ARPOp(a[6])<<8 | ARPOp(a[7]) }
+
+// SetOp设置arp操作码.
+func (a ARP) SetOp(op ARPOp) {
+	a[6] = uint8(op >> 8)
+	a[7] = uint8(op)
+}
+
+// SetIPv4OverEthernet设置IPV4网络在以太网中arp报文的硬件和协议信息.
+func (a ARP) SetIPv4OverEthernet() {
+	a[0], a[1] = 0, 1       // htypeEthernet
+	a[2], a[3] = 0x08, 0x00 // IPv4ProtocolNumber
+	a[4] = 6                // macSize
+	a[5] = uint8(IPv4AddressSize)
+}
+
+// ProtocolAddressSender从报文中得到arp发送方的协议地址，为ipv4地址
+func (a ARP) ProtocolAddressSender() []byte {
+	const s = 8 + 6   // 8 是arp的协议头部 6是本机MAC
+	return a[s : s+4] // 本机IP
+}
+
+// HardwareAddressTarget从报文中得到arp目的方的硬件地址
+func (a ARP) HardwareAddressTarget() []byte {
+	const s = 8 + 6 + 4 // 8是arp协议头部 6 是本机MAC 4是本机ip
+	return a[s : s+6]   // 目标MAC
+}
+
+// ProtocolAddressTarget从报文中得到arp目的方的协议地址，为ipv4地址
+func (a ARP) ProtocolAddressTarget() []byte {
+	const s = 8 + 6 + 4 + 6 // 8是arp协议头部 6 是本机MAC 4是本机ip 6是目标MAC
+	return a[s : s+4]       // 目标IP
+}
+
+// IsValid检查arp报文是否有效
+func (a ARP) IsValid() bool {
+	// 比arp报文的长度小，返回无效
+	if len(a) < ARPSize {
+		return false
+	}
+	const htypeEthernet = 1
+	const macSize = 6
+	// 是否以太网、ipv4、硬件和协议长度都对
+	return a.hardwareAddressSpace() == htypeEthernet &&
+		a.protocolAddressSpace() == uint16(IPv4ProtocolNumber) &&
+		a.hardwareAddressSize() == macSize &&
+		a.protocolAddressSize() == IPv4AddressSize
+}

tcpip/network/arp/README.md

@@ -0,0 +1,24 @@
+# arp协议介绍
+
+在以太网协议中规定，同一局域网中的一台主机要和另一台主机进行直接通信，必须要知道目标主机的 MAC 地址。而在 TCP/IP 协议中，网络层和传输层只关心目标主机的 IP 地址。这就导致在以太网中使用 IP 协议时，数据链路层的以太网协议接到上层 IP 协议提供的数据中，只包含目的主机的 IP 地址。于是需要一种方法，根据目的主机的 IP 地址，获得其 MAC 地址。这就是 ARP 协议要做的事情。所谓地址解析（address resolution）就是主机在发送帧前将目标 IP 地址转换成目标 MAC 地址的过程。
+
+当发送主机和目的主机不在同一个局域网中时，即便知道目的主机的 MAC 地址，两者也不能直接通信，必须经过路由转发才可以。所以此时，发送主机通过 ARP 协议获得的将不是目的主机的真实 MAC 地址，而是一台可以通往局域网外的路由器的 MAC 地址。于是此后发送主机发往目的主机的所有帧，都将发往该路由器，通过它向外发送。这种情况称为委托 ARP 或 ARP 代理（ARP Proxy）。
+
+
+还有一种免费 ARP（gratuitous ARP），它是指主机发送 ARP 查询（广播）自己的 IP 地址，当 ARP 功能被开启或者是端口初始配置完成，主机向网络发送免费 ARP 来查询自己的 IP 地址确认地址唯一可用。用来确定网络中是否有其他主机使用了 IP 地址，如果有应答则产生错误消息。免费 ARP 也可以做更新 ARP 缓存用，网络中的其他主机收到该广播则在缓存中更新条目，收到该广播的主机无论是否存在与 IP 地址相关的条目都会强制更新，如果存在旧条目则会将 MAC 更新为广播包中的 MAC。
+
+## arp报文组成
+
+1. 硬件类型(hard type) 硬件类型用来指代需要什么样的物理地址，如果硬件类型为 1，表示以太网地址
+2. 协议类型 协议类型则是需要映射的协议地址类型，如果协议类型是 0x0800，表示 ipv4 协议。
+3. 硬件地址长度 表示硬件地址的长度，单位字节，一般都是以太网地址的长度为 6 字节。
+4. 协议地址长度： 表示协议地址的长度，单位字节，一般都是 ipv4 地址的长度为 4 字节。
+5. 操作码 这些值用于区分具体操作类型，因为字段都相同，所以必须指明操作码，不然连请求还是应答都分不清。 1=>ARP 请求, 2=>ARP 应答，3=>RARP 请求，4=>RARP 应答。
+6. 源硬件地址 源物理地址，如02:f2:02:f2:02:f2
+7. 源协议地址 源协议地址，如192.168.0.1
+8. 目标硬件地址 目标物理地址，如03:f2:03:f2:03:f2
+9. 目标协议地址。 目标协议地址，如 192.168.0.2
+
+## ARP 高速缓存
+
+知道了 ARP 发送的原理后，我们不禁疑惑，如果每次发之前都要发送 ARP 请求硬件地址会不会太慢，但是实际上 ARP 的运行是非常高效的。那是因为每一个主机上都有一个 ARP 高速缓存，我们可以在命令行键入 arp -a 获取本机 ARP 高速缓存的所有内容。

tcpip/network/arp/arp.go

@@ -0,0 +1,7 @@
+// 主机的链路层寻址是通过 arp 表来实现的
+package arp
+
+const (
+	ProtocolName   = "arp"
+	ProtocolNumber = "arp"
+)

tcpip/network/arp/arp_test.go

@@ -0,0 +1 @@
+package arp_test

tcpip/stack/nic.go

@@ -345,9 +345,12 @@ func (n *NIC) getRef(protocol tcpip.NetworkProtocolNumber, dst tcpip.Address) *r
 	return nil
 }
 
+// 当 NIC 从物理接口接收数据包时，将调用函数 DeliverNetworkPacket，用来分发网络层数据包。
+// 比如 protocol 是 arp 协议号，那么会找到arp.HandlePacket来处理数据报。
+// 简单来说就是根据网络层协议和目的地址来找到相应的网络层端，将网络层数据发给它，
+// 当前实现的网络层协议有 arp、ipv4 和 ipv6。
 func (n *NIC) DeliverNetworkPacket(linkEP LinkEndpoint, remoteLinkAddr, localLinkAddr tcpip.LinkAddress,
 	protocol tcpip.NetworkProtocolNumber, vv buffer.VectorisedView) {
-	// TODO 需要完成逻辑
 	netProto, ok := n.stack.networkProtocols[protocol]
 	if !ok {
 		n.stack.stats.UnknownProtocolRcvdPackets.Increment()