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ARP協(xié)議是什么鬼？這一篇源碼分析！

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2021-07-06 22:27
關(guān)鍵字： ARP 協(xié)議 源碼
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前言

閱讀本文需要對level-ip的整體架構(gòu)有所了解，如果讀者尚未接觸過level-ip，請先閱讀下面文章:
分享一款Linux平臺下的tcp協(xié)議棧！超級透徹!
level-ip之虛擬網(wǎng)卡接口封裝
level-ip之以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口封裝
請根據(jù)上述文章中的指引獲取leve-ip的全部源碼，并且嘗試在任意Linux發(fā)行版本上編譯運行。

知識回顧

在前面的文章中，我們已經(jīng)介紹了以太網(wǎng)卡的封裝接口，其中主要是以下幾個接口:
 這幾個接口是我們封裝ARP數(shù)據(jù)接口的基礎(chǔ)，最好還是先搞明白原理。

ARP協(xié)議的由來

在上面，我們介紹netdev_receive()函數(shù)的時候，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了以太網(wǎng)幀類型主要分兩大類型，一種是IP數(shù)據(jù)幀，另一種是ARP數(shù)據(jù)幀。也就是說ARP數(shù)據(jù)幀與IP數(shù)據(jù)幀同屬于網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)幀。如下圖:
IP數(shù)據(jù)幀我們知道，是用來傳輸用戶數(shù)據(jù)的。哪ARP數(shù)據(jù)幀有什么用呢?
其實，ARP協(xié)議是用來將目標主機的IP地址轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的以太網(wǎng)(MAC)地址的。因為當我們的應(yīng)用程序要向目標主機發(fā)送信息時，它只知道目標主機的IP地址，而IP地址是無法直接用于物理鏈路上傳輸數(shù)據(jù)的，所以需要ARP數(shù)據(jù)幀來把IP地址轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的MAC地址。
我們可以主動發(fā)起ARP查詢幀，在本地建立起IP地址和MAC地址的映射關(guān)系，也必須要及時回復(fù)別人的ARP查詢幀！

ARP報文組織結(jié)構(gòu)

ARP數(shù)據(jù)幀位于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的上一層，我們先來了解一下它的報文結(jié)構(gòu)，如下圖:
我們來詳解學(xué)習(xí)一下，里面每個字段所代表的具體含義；
 剩余四個字段的具體含義非常簡單易懂，就不羅列出來講解了。
了解ARP報文組織結(jié)構(gòu)之后，下一步，自然就是用c語言結(jié)構(gòu)體來構(gòu)造這個ARP報文組織，level-ip的ARP報文組織結(jié)構(gòu)體保存在include\ethernet.h文件中，如下圖:
這兩個結(jié)構(gòu)體的成員變量，與我們剛才介紹的ARP報文的每個字段是一一對應(yīng)的，這里不再重復(fù)解析。

ARP請求發(fā)送接口

ARP數(shù)據(jù)幀的發(fā)送接口為arp_request()函數(shù)。該函數(shù)保存在src/arp.c文件中。當我們在發(fā)送IP數(shù)據(jù)幀時，如果在ARP緩存表中找不到該IP所對應(yīng)的MAC地址時，就會通過廣播的形式，來進行ARP請求數(shù)據(jù)包的發(fā)送。
如下圖:

ARP數(shù)據(jù)讀取接口

ARP數(shù)據(jù)接收接口為arp_rcv()函數(shù)。該函數(shù)在以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀讀取接口netdev_receive()函數(shù)中調(diào)用。我們來了解一下這個函數(shù)，如下圖:

ARP應(yīng)答幀發(fā)送接口

在上面我們介紹ARP數(shù)據(jù)讀取接口時，當我們?nèi)绻邮盏搅薃RP請求幀，那么我們要調(diào)用arp_reply()函數(shù)進行ARP應(yīng)答幀的發(fā)送,我們來學(xué)習(xí)一下這個函數(shù)。
如下圖:

總結(jié)

通過我們這邊文章，我們已經(jīng)明白了ARP協(xié)議的報文結(jié)構(gòu)、ARP數(shù)據(jù)包的發(fā)送、ARP數(shù)據(jù)包的接收處理等等。知道了ARP協(xié)議在TCP協(xié)議棧中的重要地位。不過文中對ARP緩存表沒有做深入介紹，這是因為該知識點比較基礎(chǔ)，主要是對鏈表的插入、刪除等操作。




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