地址轉換協議ARP

　　在以太網協議中規定，同一局域網中的一臺主機要和另一臺主機進行直接通信，必須要知道目標主機的MAC地址。而在TCP/IP協議中，網絡層和傳輸層只關心目標主機的IP地址。這就導致在以太網中使用IP協議時，數據鏈路層的以太網協議接到上層IP協議提供的數據中，只包含目的主機的IP地址。于是需要一種方法，根據目的主機的IP地址，獲得其MAC地址。這就是ARP協議要做的事情。

　　所謂地址解析（address resolution）就是主機在發送幀前將目標IP地址轉換成目標MAC地址的過程。

理論結構

　　ARP軟件可分為三部分：

• 輸出模塊
  • 將高層協議地址與相應的物理地址進行綁定，返回給網絡接口程序
• 輸入模塊
  • 處理來自網絡的ARP分組，并通過增加新的綁定來修改ARP高速緩存的內容
• 高速緩存管理程序
  • 實現高速緩存替換策略；檢測高速緩存中的所有表項，刪除已達到規定時限的表項

輸出模塊

　　該模塊主要是要接收IP數組請求，然后查找物理地址，返回。

　　主要步驟為：

　　1. 睡眠，直到IP軟件收到IP分組。

　　2. 檢查高速緩存表，尋找對應于這個IP分組的項目。

　　3. if ( 找到 )｛

　　　 ?　if ( 狀態為 RESOLVED ){

　　　　 ?　　提取硬件物理地址;

　　　　　　 ?將分組連同硬件物理地址一起發送到數據鏈路層;

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?return;

　　　　 ?}

　　　　 ?else if ( 狀態為 PENDING ){

　　　　　　　將分組放入相應的隊列;

? ? ? ? ? ? ? ?　 ?return;

　　　　　}

　　 ?｝

　　 ?else{

　　　　 ?創建一個隊列;

　　　　 ?將分組加入到隊列中;

　　　　 ?創建一個高速緩存項目，狀態設置為 PENDING ，ATTEMPTS 為 1;

　　　　 ?發送ARP請求;

　　 ?}

ARP高速緩存隊列

　　它是用數組來存儲的。

extern struct arpentry arptable[ARP_TSIZE]

搜索ARP高速緩存

/* arpfind.c - arpfind */ #include <conf.h> #include <kernel.h> #include <network.h> /*------------------------------------------------------------------------ * arpfind - find an ARP entry given a protocol address and interface *------------------------------------------------------------------------ */ struct arpentry * arpfind(u_char *pra, u_short prtype, struct netif *pni) { struct arpentry *pae; /* 定義ARP緩存結構體指針 */int i; for (i=0; i<ARP_TSIZE; ++i) { /* 遍歷ARP高速緩存 */pae = &arptable[i]; /* 高速緩存數組 */if (pae->ae_state == AS_FREE) /* 緩存為空閑接找下一個 */continue; if (pae->ae_prtype == prtype && /* 協議類型相同 */pae->ae_pni == pni && /* 接口和協議地址相同 */BLKEQU(pae->ae_pra, pra, pae->ae_prlen)) /* BLKEQU的定義 #define BLKEQU(b1, b2, len) (!memcmp((b1), (b2), len))*/return pae; } return 0; }

ARP請求分組的廣播

/* arpsend.c - arpsend */#include <conf.h> #include <kernel.h> #include <network.h>/*------------------------------------------------------------------------* arpsend - broadcast an ARP request* N.B. Assumes interrupts disabled*------------------------------------------------------------------------*/ int arpsend(pae) struct arpentry *pae; //指向高速緩存的表項 {struct netif *pni = pae->ae_pni;struct ep *pep;struct arp *parp;int arplen;pep = (struct ep *) getbuf(Net.netpool); //生成ARP請求分組if ((int)pep == SYSERR)return SYSERR;blkcopy(pep->ep_dst, pni->ni_hwb.ha_addr, pae->ae_hwlen);pep->ep_type = EPT_ARP;pep->ep_order = EPO_NET;parp = (struct arp *) pep->ep_data;parp->ar_hwtype = hs2net(pae->ae_hwtype);parp->ar_prtype = hs2net(pae->ae_prtype);parp->ar_hwlen = pae->ae_hwlen;parp->ar_prlen = pae->ae_prlen;parp->ar_op = hs2net(AR_REQUEST);blkcopy(SHA(parp), pni->ni_hwa.ha_addr, pae->ae_hwlen);blkcopy(SPA(parp), &pni->ni_ip, pae->ae_prlen);bzero(THA(parp), pae->ae_hwlen);blkcopy(TPA(parp), pae->ae_pra, pae->ae_prlen);arplen = ARP_HLEN + 2*(parp->ar_hwlen + parp->ar_prlen);write(pni->ni_dev, pep, EP_HLEN+arplen); //發送請求分組return OK; }

輸入模塊

?　 ?從一個隊列中拿走一個分組，并連同解析出的物理地址一起發送給數據報鏈路層傳輸。

　　主要步驟為

　　1. 睡眠，直到ARP分組到達（請求或回答）。

　　2. 檢查高速緩存表，尋找對應這個ARP分組的項目。

　　3. if ( 找到 ){

　　　　　if ( 狀態是 RESOLVED ){

　　　　　　更新項目;

　　　　　　return;

　　　　　}

　　　　　else if ( 狀態是 PENDING ){

　　　　　　更新項目;

? ? ? ? ? ? ? ? ?如果隊列非空的話，將一個分組從隊列中取出，將它與硬件地址一起發送給數據鏈路層;

　　　　　　return;

　　　　　{

　　 ?}

　　 ?else{

　　　　創建一個項目;

　　　　將此項目添加到表中;

　　　　return;

　　 ?}

　　4. ?如果分組是一個請求， 發送ARP回答。

向表中增加已轉換的表項

/* arpadd.c - arpadd */#include <conf.h> #include <kernel.h> #include <network.h>struct arpentry *arpalloc(void);/*------------------------------------------------------------------------* arpadd - Add a RESOLVED entry to the ARP cache* N.B. Assumes interrupts disabled*------------------------------------------------------------------------*/ struct arpentry * arpadd(struct netif *pni, struct arp *parp) {struct arpentry *pae;pae = arpalloc(); //在高速緩存中分配一個表項/* 利用ARP分組信息填寫表項 */pae->ae_hwtype = parp->ar_hwtype;pae->ae_prtype = parp->ar_prtype;pae->ae_hwlen = parp->ar_hwlen;pae->ae_prlen = parp->ar_prlen;pae->ae_pni = pni;pae->ae_queue = EMPTY;memcpy(pae->ae_hwa, SHA(parp), parp->ar_hwlen);memcpy(pae->ae_pra, SPA(parp), parp->ar_prlen);/* 初始化 */pae->ae_ttl = ARP_TIMEOUT;pae->ae_state = AS_RESOLVED;return pae; }

發送等待發送的分組

/* arpqsend.c - arpqsend */#include <conf.h> #include <kernel.h> #include <network.h>int netwrite(struct netif *, struct ep *, unsigned);/*------------------------------------------------------------------------* arpqsend - write packets queued waiting for an ARP resolution*------------------------------------------------------------------------*/ void arpqsend(struct arpentry *pae) {struct ep *pep;struct netif *pni;if (pae->ae_queue == EMPTY)return;pni = pae->ae_pni;/* 遍歷等待發送的分組隊列，調用netwrite逐個放入網絡輸出隊列中 */while (pep = (struct ep *)deq(pae->ae_queue)) netwrite(pni, pep, pep->ep_len);freeq(pae->ae_queue); //隊列為空后，釋放自身pae->ae_queue = EMPTY; }

高速緩存管理

?　　高速緩存是用來存儲IP地址與物理地址的。如果一個IP進行需要發送一個數據報，但其目的地址不在ARP高速緩存中，就會創建一個新的表項，然后廣播相應的請求分組，并等待分組置入隊列中。

　　主要步驟:

1. 睡眠，周期性的喚醒。

2. 遍歷高速緩存的每一個項目：

　　if ( 狀態為FREE )

? ? ? ? ? ?continue;

? ? ? if ( 狀態為PENDING ){

　　　　嘗試次數+1;

　　　　if ( 嘗試次數達到最大次數 ){

　　　　　　該項目狀態->FREE;

? ? ??　　　　撤銷相應的隊列;

　　　　}

　　　　else {

　　　　　　發送ARP請求;

　　　　}

　　　　continue;

　　}

?　　else if( 狀態為RESOLVED ){

　　　　將超時字段的值減去已經過去的時間;

　　　　若結果小于0，狀態->FREE，撤銷相應隊列。

　　}

?替換策略

/* arpalloc.c - arpalloc */ #include <conf.h> #include <kernel.h> #include <proc.h> #include <network.h> void arpdq(struct arpentry *); /*------------------------------------------------------------------------ * arpalloc - allocate an entry in the ARP table * N.B. Assumes interrupts DISABLED *------------------------------------------------------------------------ */ struct arpentry *arpalloc() { static int aenext = 0; //靜態變量，保證循環 struct arpentry *pae; int i; for (i=0; i<ARP_TSIZE; ++i) { //遍歷表if (arptable[aenext].ae_state == AS_FREE) break; aenext = (aenext + 1) % ARP_TSIZE; //循環替換} pae = & arptable[aenext]; aenext = (aenext + 1) % ARP_TSIZE; if (pae->ae_state == AS_PENDING && pae->ae_queue >= 0) arpdq(pae); pae->ae_state = AS_PENDING; return pae; }

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的地址转换协议ARP的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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